O que é força elétrica e qual sua origem? O que é a Lei de Coulomb? Como funciona o campo elétrico? Saiba mais sobre esses conceitos e mande bem em Física no Enem!
Nessa aula de Física para o Enem você irá rever a força elétrica de origem eletrostática, decorrente de cargas elétricas em repouso. Irá compreender e saber operar a famosa Lei de Coulomb, entendendo quando a força é de atração e quando é de repulsão. Vai revisar ainda o que é campo elétrico e vetor campo elétrico.
A força elétrica é uma das quatro forças existentes na natureza. Assim como a gravidade (outra força da natureza), ela age a distância. Ela pode ser muito mais forte que a força da gravidade, tudo depende das cargas geradoras de tal força como veremos mais a seguir.
Podemos dizer que força elétrica é capacidade de atração ou repulsão entre duas cargas elétricas. Tal força é definida pela Lei de Coulomb.
A Lei de Coulomb
A Lei de Coulomb diz que a força existente entre duas cargas é diretamente proporcional ao produto de suas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa e sempre será positiva. Matematicamente, temos:
Sendo,
F a força elétrica (medida em Newtons),
as cargas elétricas (medidas em Coulombs),
d a distância entre as cargas (medidas em metros), e,
K a constante eletrostática do meio, que no caso é o vácuo cujo valor é 9 x 109 N.m²/C²
Essa força elétrica pode ser de atração caso as cargas elétricas tenham sinais diferentes, ou repulsão caso sejam de sinais iguais. Acompanhe as figuras abaixo:
Sinais iguais se repelem:
Sinais diferentes se atraem:
Exemplos de como calcular a força elétrica
Vamos ver alguns exemplos de cálculo:
Exemplo 1: Determine a intensidade da força elétrica entre duas cargas elétricas positivas e iguais a 1C, situadas no vácuo e a 1 metro de distância entre elas e escreva se é de repulsão ou atração.
Dados:
Q1 = Q2 = 1C
Distância entre as cargas = 1 m
K = 9 x109 N.m²/C²
Resolução usando a Lei de Coulomb:
F = 9 x109 . 1 . 1/1²
F = 9 x109 N.m²/C²
A força é de repulsão pois as cargas elétricas possuem mesmo sinal.
Exemplo 2: Considere duas partículas carregadas respectivamente com +2,5 µC e -1,5 µC, dispostas conforme mostra a figura abaixo. Determine a intensidade da força que atua sobre a carga 2?
Como os sinais das cargas são diferentes, posso concluir que será força de atração. Vamos calcular então seu valor.
Portanto a força de atração que atua sobre a carga 2 tem módulo 0,375N.
Campo elétrico
A região do espaço ao redor de uma carga elétrica onde ela influencia é denominado campo elétrico.
Esse campo elétrico é um tipo de força existente ao redor das cargas elétricas. Convém falar aqui sobre carga elétrica puntiforme. Ela é um corpo eletrizado com dimensões desprezíveis. É muito, mas muito pequeno mesmo. Tendeu?!
Todo campo elétrico, como possui sentido, é uma grandeza vetorial também com módulo e direção.
Como calcular o campo elétrico
O campo elétrico pode ser calculado através da seguinte expressão:
Sendo:
E a intensidade do campo elétrico (medido em N/C)
K a constante eletrostática do meio (cujo valor é 9×109 N.m2/C2)
d a distância entre a carga e um ponto distante onde se deseje calcular.
Lembre-se sempre de que, se a carga elétrica for positiva, as linhas do campo elétrico tem sentido saindo dela.
Por outro lado, se a carga elétrica for negativa, as linhas do campo elétrico tem sentido entrando nela.
Resumo sobre campo elétrico
Vetor campo elétrico
A cada campo elétrico observado, associamos um vetor campo elétrico. É importante lembrar que o vetor campo elétrico depende apenas do sinal da carga elétrica que o está gerando.
A força elétrica gerada pela carga tem mesma direção que o vetor campo elétrico, podendo apresentar sentidos iguais ou opostos.
Para compreender melhor isso que escrevi acima, vamos usar uma carga de prova que nada mais é do que uma outra carga elétrica colocada em um campo elétrico.
Exemplos
Vamos exemplificar quatro situações para que você entenda bem os sentidos do vetor campo elétrico e a força elétrica existente, ok?
Exemplo 1: Carga elétrica positiva e carga de prova positiva
Exemplo 2: Carga elétrica positiva e carga de prova negativa
Exemplo 3: Carga elétrica negativa e carga de prova positiva
Exemplo 4: . Carga elétrica negativa e carga de prova negativa
Importante você ter observado que enquanto a força elétrica é regida pelos sinais das duas cargas, se os sinais forem iguais há repulsão caso contrário é atração, o campo elétrico é regido apenas pelo sinal da carga geradora dele, se for negativa, tem sentido apontada para ela, e se for positiva, tem sentido de afastamento dela. Entendeu?!
Como calcular a intensidade do campo elétrico
Bom, agora que entendemos os sentidos da força do campo elétrico, podemos passar para o cálculo de sua intensidade.
Ele pode ser calculado através da seguinte expressão:
E = F / |q|
Sendo:
E a intensidade do campo elétrico (medido em N/C)
F a força elétrica (medida em Newton)
q a carga elétrica geradora do campo (medida em Coulomb)
Campo elétrico uniforme
Quando certa região do espaço tem um campo elétrico e apresenta um vetor campo elétrico associado a ele com mesma direção, mesmo sentido e mesma intensidade em todos os pontos desse campo, nós definimos ele como campo elétrico uniforme.
Em todo campo elétrico uniforme, todas as linhas de força, que saem ou que chagam a carga, são necessariamente, paralelas e espaçadas igualmente uma da outra com mesmo sentido.
Exercícios resolvidos
Vamos ver uns exemplos de exercícios então.
1. Uma partícula puntiforme, de carga elétrica igual a 2,0.10-6C, é deixada em uma região de campo elétrico igual a 100 V/m. Calcule o módulo da força elétrica produzida sobre essa carga.
Dados:
E = 100 V/m
q = 2,0.10-6 C
Resolução:
2. Na ilustração, estão representados os pontos I, II, III e IV em um campo elétrico uniforme.
Uma partícula de massa desprezível e carga positiva adquire a maior energia potencial elétrica possível se for colocada em qual ponto? Justifique:
Resolução:
Em um campo elétrico uniforme, uma partícula positiva está com maior energia potencial elétrica quanto mais próxima estiver da placa positiva. Neste caso, o ponto I é o que a carga terá maior energia potencial.
Videoaula sobre força elétrica
Para terminar, assista à videoaula abaixo, gravada pelo nosso professor de Física, em que ele explica o que é força elétrica e como calculá-la.
Exercícios sobre força elétrica, campo elétrico e lei de Coulomb
Por fim, resolva os exercícios abaixo e veja se você realmente aprendeu tudo sobre força elétrica, campo elétrico e lei de Coulomb!
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Pergunta 1 de 10
1. Pergunta
(IFMT/2019)
As linhas de força de campo elétrico foram descobertas pelo físico experimentalista Michael Faraday, no século XVIII. Com essa descoberta, Faraday pôs fim ao intenso debate entre os físicos daquela época sobre a ideia da ação de uma força a distância, possibilitando uma melhor compreensão desse fenômeno, alavancando, assim, o estudo da eletricidade naquele século. Baseando-se na disposição que a limalha de ferro assumia diante de um imã ou de uma partícula eletrizada, Faraday podia descobrir a intensidade do campo, a direção da força elétrica e, ainda, se o corpo estava carregado com carga elétrica negativa ou positiva.
Considerando os aspectos verbais do texto e visuais da figura abaixo, assinale a alternativa CORRETA:
Correto
Parabéns, resposta correta! Siga com o simulado.
Incorreto
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Pergunta 2 de 10
2. Pergunta
(ITA SP/2019)
Na figura mostra-se o valor do potencial elétrico para diferentes pontos P(50 V), Q(60 V), R(130 V) e S(120 V) situados no plano xy. Considere o campo elétrico uniforme nessa região e o comprimento dos segmentos igual a 5,0 m. Pode-se afirmar que a magnitude do campo elétrico é igual a
Correto
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Incorreto
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Pergunta 3 de 10
3. Pergunta
(UERJ/2017)
A aplicação de campo elétrico entre dois eletrodos é um recurso eficaz para separação de compostos iônicos. Sob o efeito do campo elétrico, os íons são atraídos para os eletrodos de carga oposta.
Admita que a distância entre os eletrodos de um campo elétrico é de 20 cm e que a diferença de potencial efetiva aplicada ao circuito é de 6 V.
Nesse caso, a intensidade do campo elétrico, em V/m, equivale a:
Correto
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Incorreto
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Pergunta 4 de 10
4. Pergunta
(UEFS BA/2018)
Duas cargas elétricas puntiformes, Q1 e Q2, estão fixas sobre uma circunferência de centro O, conforme a figura.
Considerando que E representa o vetor campo elétrico criado por uma carga elétrica puntiforme em determinado ponto e que E representa o módulo desse vetor, é correto afirmar que, no ponto O:
Correto
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Incorreto
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Pergunta 5 de 10
5. Pergunta
(FCM MG/2019)
Duas partículas com cargas de mesmo sinal Q1 e Q2 encontram-se nos vértices do lado horizontal de um quadrado. O ponto P situa-se na metade de uma das arestas do quadrado menor, como ilustrado na figura. A carga Q1 cria no ponto P um campo elétrico de módulo E.
Para que o campo elétrico resultante no ponto P, devido às duas cargas, seja na direção vertical, o campo elétrico criado pela carga Q2 terá módulo de
Correto
Parabéns, resposta correta! Siga com o simulado.
Incorreto
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Pergunta 6 de 10
6. Pergunta
Na figura abaixo, está representado, em corte, um sistema de três cargas elétricas com seu respectivo conjunto de superfícies equipotenciais.
Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.
A partir do traçado das equipotenciais, pode-se afirmar que as cargas …….. têm sinais …….. e que os módulos das cargas são tais que …….. .
Correto
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Incorreto
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Pergunta 7 de 10
7. Pergunta
(PUCCAMP SP/2018)
No interior das válvulas que comandavam os tubos dos antigos televisores, os elétrons eram acelerados por um campo elétrico. Suponha que um desses campos, uniforme e de intensidade 4,0 102 N/C, acelerasse um elétron durante um percurso de 5,0 10–4 m. Sabendo que o módulo da carga elétrica do elétron é 1,6 10–19 C, a energia adquirida pelo elétron nesse deslocamento era de
Correto
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Incorreto
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Pergunta 8 de 10
8. Pergunta
(FCM PB/2018)
Qual a intensidade do vetor campo elétrico observado em um ponto 3 metros distante da carga de 3 10–4C que produz o campo?
Dado: a constante eletrostática vale 9 109 Nm² / C².
Correto
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Incorreto
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Pergunta 9 de 10
9. Pergunta
(FAMERP SP/2018)
A figura representa um elétron atravessando uma região onde existe um campo elétrico. O elétron entrou nessa região pelo ponto X e saiu pelo ponto Y, em trajetória retilínea.
Sabendo que na região do campo elétrico a velocidade do elétron aumentou com aceleração constante, o campo elétrico entre os pontos X e Y tem sentido
Correto
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Incorreto
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Pergunta 10 de 10
10. Pergunta
(FGV/2018)
A gaiola de Faraday é um curioso dispositivo que serve para comprovar o comportamento das cargas elétricas em equilíbrio. A pessoa em seu interior não sofre descarga.
(vcfaz.tv)
Dessa experiência, conclui-se que o campo elétrico no interior da gaiola é
Correto
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Incorreto
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Sobre o(a) autor(a):
Rodinei Pachani é mestre em Geofísica pela USP-SP, com licenciatura plena em matemática, possui pós-graduação em Gerência Financeira e especialização em Estatística Aplicada. Possui experiência de mais de 28 anos em sala de aula, tendo trabalhado com ensino médio, cursinhos e Faculdades. É autor do livro “Ciência ao alcance de todos” e possui um canal no YouTube onde realiza experimentos, explica conteúdos e resolve exercícios de física.
Sobre o(a) autor(a):
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