"Faraday, um dos maiores físicos experimentais que já existiram, criador do conceito de campo elétrico, era também um incansável divulgador da ciência. Suas palestras eram muito concorridas e a eletricidade, o seu tema predileto.
Esta curiosa caricatura, publicada pela revista inglesa Punch em 1881, satiriza uma resposta de Faraday ò pergunta que alguém lhe teria feito numa dessas palestras: "Para que serve
a eletricidade?" Faraday teria respondido com outra pergunta: "Para que serve um bebé?".
Conceito de campo
O estudo de campo gravitacional possibilitou a primeira abordagem do conceito de campo, que, por ser um dos mais importantes da física, terá alguns aspectos básicos retomados. O conceito de campo foi criado pela necessidade de explicar o fenômeno da ação a distância; foi proposto por Faraday na primeira metade do século XIX.
Embora na Lei da Gravitação Universal já esteja implícita a ação a distancia, essa ação é imperceptível. É impossível ver ou perceber dois corpos se atraindo gravitacionalmente. Mas no eletromagnetismo ela é evidente e intrigante.
Veja Faraday e o conceito de campo - pequena história pelo link a seguir
Como é possível um canudo eletrizado atrair ou repelir um pêndulo, ou um ímã atrair uma pequena argola de aço a distância} Como o canudo ou o ímã exercem essa ação? Como o pêndulo ou a argola de aço "sentem" essa ação?
Como eles "sabem" que há um corpo nas proximidades para os atrair?
As respostas a essas perguntas começaram a ser dadas com a formulação do conceito de campo.
A figura apresenta uma observação que talvez você já tenha feito. Quando o canudo eletrizado está distante do pêndulo nada indica que exista "algo" entre eles. Mas à medida que o canudo se aproxima do pêndulo, a partir de determinada distância, tor-na-se clara a existência de uma ação, ou interação, entre eles. Não é difícil imaginar a existência de uma região em torno do canudo eletrízado dentro da qual ele atua, uma espécie de região de influência do canudo, devida à carga elétrica que possui. Nessa região, onde ocorrem ações ou interações elétricas, dizemos que existe um campo elêtrico.
A palavra campo
Os significados cotidianos da palavra campo auxiliam a compreensão do seu significado físico. Quando se fala em campo de futebol, por exemplo, fica clara a ideia da região onde ocorrem determinadas interações que seguem determinadas regras em determinado intervalo de tempo.
Já em política e em economia internacionais, há regiões geográficas ou campos de influência de nações, ou grupos de nações, bem definidos. Essa influência varia: em algumas regiões é mais intensa, em outras pode ser muito pequena. A globalização é a tendência à unificação de todos esses campos de influência.
Em física, essa ideia também é válida. A grande diferença está na possibilidade que a física tem de medir numérica ou vetorialmen-te essa influência e, sobretudo, de definir com clareza a fonte ou a origem do campo, o que nas relações internacionais, por exemplo, nem sempre é facilmente identificável.
Vetor campo elétrico
A ideia de campo, como qualquer ideia em física, só adquire significado se puder ser expressa matematicamente. Em outras palavras, em física, uma região só se caracteriza como campo de determinada grandeza, escalar ou vetorial, se for possível associar a cada ponto dessa região um valor numérico ou um vetor que expresse essa grandeza.
Assim, é possível afirmar que numa sala existe um campo de temperaturas porque a temperatura de cada ponto pode ser medida e expressa numericamente. A correnteza de um rio pode ser considerada um campo de velocidades, pois a cada ponto da água podemos associar um vetor velocidade. O campo de temperaturas é escalar, porque temperatura é grandeza escalar - ele pode ser descrito por valores numéricos correspondentes às temperaturas em cada ponto e mapeado por linhas que ligam esses valores numéricos.
Ligando-se os pontos de mesma temperatura por linhas, chamadas isotermas, pode-se mapear ou visualizar o campo escalar de temperaturas de uma sala.
O campo de velocidades da correnteza é vetorial porque velocidade é grandeza vetorial - ele pode ser descrito pelo vetor velocidade de cada partícula da água em cada ponto e mapeado por linhas que ligam ou tangenciam esses vetores.
Traçando-se linhas tangentes ao vetor velocidade de cada ponto da correnteza de um rio, pode-se mapear ou visualizar o campo vetorial de velocidades.
Para caracterizar o campo eletrico, no entanto, é preciso inicialmente criar a grandeza que o define. Essa grandeza chama-se, também, campo eletrico e, por ser vetorial, é caracterizada pelo vetor campo eletrico E.
Observação importante: os vetores serão escritos em negrito que aqui será o mesmo de ter uma seta em cima da grandeza representando uma grandeza vetorial, por motivos de facilitar a digitação, quando nos referirmos ao módulo de uma grandeza vetorial ela será escrita sem ser em negrito. Peço perdão pela imprecisão no rigor da representação, solicito sua compreensão para que as grandezas vetoriais e escalares sejam mais rapidamente digitadas, apenas por esse motivo. Portanto, caso você vir uma grandeza em negrito é a representação com uma seta acima, significando grandeza vetorial, mais uma vez peço desculpas pela imprecisão na representação. Obrigado.
Para definir o vetor campo eletrico E, vamos supor que uma partícula de carga q seja colocada num ponto P de uma região do espaço. Se nessa região existe um campo eletrico, sobre essa partícula vai atuar a força F. Veja a figura:
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| Representação vetorial correta do vetor E e o vetor F |
A partícula de carga q colocada no ponto P fica sujeita à ação da força F. Nesse ponto o vetor campo elétrico é E.
Nessas condições, o vetor campo elétrico no ponto P é, por definição:
cuja unidade no SI é newton por coulomb (N/C).
Por essa definição ambos os vetores E e F têm sempre a mesma direção. Quando a carga q da partícula é positiva (carga de prova) ), o sentido também coincide; quando a carga q é negativa, os sentidos são opostos. Veja as figuras:
Da definição de campo, obtém-se a expressão da força F que atua sobre a partícula de carga q colocada no ponto onde o vetor campo elétrico é E:
Campo elétrico e vetor campo elétrico - clique no link a seguir para obter a discussão sobre o significado de campo elétrico e a diferença ou não do vetor campo elétrico.
Agora clique no link a seguir se quiser um aprofundamento sobre o sentido da grandeza campo elétrico e a força atuante sobre a carga de prova.
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Prof. Sérgio Torres