Força Elétrica e Campo Elétrico

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. Vai perder isso? Fique com a gente, estude e mande bem no Enem e vestibulares quando o assunto for força e 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.

Mas o que é a força elétrica e a Lei de Coulomb?

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 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:

fórmula da Lei de Coulomb

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:

Lei de Coulomb e as cargas iguais

Sinais diferentes se atraem:

cargas elétricas sinais diferentes

Vamos ver alguns exemplos de cálculo:

  • 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:

fórmula da 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.

  • 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?

exercício Lei de Coulomb

Como os sinais das cargas são diferentes, posso concluir que será força de atração. Vamos calcular então seu valor.

resolução com a Lei de Coulomb

Portanto a força de atração que atua sobre a carga 2 tem módulo 0,375N.

Se ficou alguma dúvida sobre força elétrica e Lei de Coulomb, você pode assistir a aula:

O que é 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.

Ele pode ser calculado através da seguinte expressão:

fórmula Campo Elétrico

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.

Para lembrar sempre:

  • Se a carga elétrica for positiva as linhas do campo elétrico tem sentido saindo dela.

carga elétrica positiva

  • Se a carga elétrica for negativa as linhas do campo elétrico tem sentido entrando nela.

carga elétrica negativa

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.

Vamos exemplificar quatro situações para que você entenda bem os sentidos do vetor campo elétrico e a força elétrica existente, ok?

I. Carga elétrica positiva e carga de prova positiva

carga positiva

II. Carga elétrica positiva e carga de prova negativa

carga de prova negativa

III. Carga elétrica negativa e carga de prova positiva

carga negativa

IV. Carga elétrica negativa e carga de prova negativa

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?!

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.

Vamos ver uns exemplos de exercícios então.

  • 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:

resolução: F = 2 . 10 elevado a -4

  • Na ilustração, estão representados os pontos I, II, III e IV em um campo elétrico uniforme.

Campo Elétrico e Lei de Coulomb

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.

Se você ainda tem dúvidas, veja a aula:

Questões sobre Lei de Coulomb e Campo Elétrico

Questão 01 – (PUCCAMP SP/2019)

Duas partículas, A e B, eletrizadas com cargas positivas, são colocadas próximas uma da outra, no vácuo. Sabe-se que as massas das partículas são iguais e que a carga elétrica da partícula A é maior que a carga elétrica da partícula B. Considerando que sobre as partículas atuem apenas as forças de natureza eletrostática, de acordo com as leis de Coulomb e de Newton, imediatamente após serem soltas, as partículas se

a) repelem e ficam sujeitas à mesma aceleração.

b) repelem e a aceleração a que a partícula A fica sujeita é menor que a da partícula B.

c) repelem e a aceleração a que a partícula A fica sujeita é maior que a da partícula B.

d) atraem e ficam sujeitas à mesma aceleração.

e) atraem e a aceleração a que a partícula A fica sujeita é menor que a da partícula B.

Gab: A

Questão 02 – (UFRGS/2019)

Duas pequenas esferas idênticas, contendo cargas elétricas iguais, são colocadas no vértice de um perfil quadrado de madeira, sem atrito, conforme representa a figura 1 abaixo.

exercício força elétrica

 

As esferas são liberadas e, devido à repulsão elétrica, sobem pelas paredes do perfil e ficam em equilíbrio a uma altura h em relação à base, conforme representa a figura 2.

Sendo P, Fe e N, os módulos, respectivamente, do peso de uma esfera, da força de repulsão elétrica entre elas e da força normal entre uma esfera e a parede do perfil, a condição de equilíbrio ocorre quand

a) P = Fe.

b) P = –Fe.

c) P – Fe = N.

d) Fe – P = N.

e) P + Fe = N.

Gab: A

Questão 03 – (Mackenzie SP/2018)

Duas cargas elétricas +6,0 e +1,0 estão fixadas em uma região no vácuo a uma distância de 1,0 m uma da outra.

A força resultante que atua em uma carga de –2,0, colocada entre elas, será igual a zero, quando esta estiver a uma distância da carga de +1,0 de, aproximadamente,

Considere: √2 = 1,4 e √3 = 1,7

a) 0,3 m

b) 0,4 m

c) 0,5 m

d) 0,7 m

e) 1,2 m

Gab: A

Questão 04 – (PUC GO/2019)

Uma promissora alternativa aos motores a explosão, largamente utilizados em automóveis, é o motor elétrico. Diferente do motor elétrico, o motor a explosão contribui para um grave problema ambiental e social: a poluição. A respeito de um motor elétrico simples, considere uma única espira quadrada de lado 40 cm e resistência elétrica 10 ligada a uma bateria de 50 V e colocada entre as extremidades de um ímã de campo magnético constante igual a 0,2 T. O torque exercido na espira, ao ser ligada na bateria, quando esta estiver fazendo um ângulo de 30º com as linhas de campo magnético, está corretamente indicado na alternativa:

a) 0,04 N.m.

b) 0,08 N.m.

c) 0,12 N.m.

d) 0,16 N.m.

Gab: B

Questão 05 – (UFT TO/2019)

Duas bobinas circulares idênticas são montadas paralelas, uma em relação à outra, sendo separadas por uma distância igual ao raio de uma delas. Uma das bobinas está com os terminais ligados a uma fonte de tensão, onde a corrente varia conforme o gráfico mostrado na figura que segue; já a outra encontra-se com os terminais ligados a um galvanômetro. Portanto, é CORRETO afirmar que:

a) devido ao comportamento da corrente entre os instantes 7 e 10 s, o campo elétrico na bobina ligada à fonte será constante e nulo.

b) devido ao comportamento da corrente entre os instantes 5 e 7 s, a tensão induzida na bobina ligada ao galvanômetro será constante e nula.

c) devido ao comportamento da corrente entre os instantes 11 e 13 s, o campo magnético criado pela bobina ligada à fonte será constante e nulo.

d) devido ao comportamento da corrente entre os instantes 1 e 4 s, a resistência elétrica na bobina ligada ao galvanômetro será constante e nula.

Gab: B

Questão 06 – (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:

campo eletrico

a) O campo elétrico da esfera A é maior que o campo elétrico da esfera B.

b) Tanto a esfera A quanto a esfera B estão eletrizadas com cargas de mesmo sinal.

c) A carga da esfera A é positiva e a carga da esfera B é negativa.

d) A carga da esfera A é negativa e a carga da esfera B é positiva.

e) O campo elétrico da esfera B é maior que o campo elétrico da esfera A.

Gab: C

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.