terça-feira, 12 de abril de 2022
_AULA 07 SEGUNDOS - CALORIMETRIA
_AULA 06 SEGUNDOS - DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOS
QUESTÕES DE INTEGRAÇÃO - ELETRIZAÇÃO - LEI DE COULOMB - CAMPO E POTENCIAL
POTENCIAL ELÉTRICO - LIVRO BASE TERCEIROS
domingo, 3 de abril de 2022
Carga de prova e sentido de E e F
No campo gravitacional, como não existe massa positiva nem negativa, o sentido da força peso P é sempre o mesmo do sentido do vetor campo gravitacionai g (aceleração da gravidade). Veja a figura a seguir.
No campo elétrico isso não ocorre. Como há dois tipos de carga elétrica, de comportamentos opostos, o sentido da força que atua sobre uma carga elétrica colocada num ponto de um campo elétrico depende do tipo, ou sinal, dessa carga. Por essa razão, por convenção, considera-se que o sentido do vetor campo elétrico E, num ponto de um campo elétrico, é igual ao sentido da força F que atua sobre uma partícula de carga elétrica q positiva colocada nesse ponto. Essa partícula, às vezes representada por qo costuma ser chamada de carga de prova e pode ser real ou não. Ela "denuncia" ou "prova" a existência de um campo elétrico numa região do espaço. Além disso, a carga de prova é suposta bastante pequena para não alterar significativamente o campo que ela deve detectar.
A partir dessa convenção, os adjetivos positivo e negativo, que serviam apenas para distinguir os dois tipos diferentes de carga elétrica, passam a ter status de sinal algébrico, ou seja, o nome passa a significar, de fato, um sinal algébrico vinculado ao sentido dos vetores F e E.
No campo elétrico, a força pode ter o mesmo sentido ou sentido oposto ao vetor campo elétrico E, dependendo do sinal da carga elétrica da partícula nele colocada.
Assim, a expressão F = qE tem significados diferentes para cargas positivas ou negativas:
F e E têm o mesmo sentido quando q é positiva e sentidos opostos quando q é negativa.
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Campo elétrico e vetor campo elétrico
Infelizmente, a ideia de campo elétrico torna-se mais difícil de entender porque a grandeza que o caracteriza também é chamada de campo elétrico. Explicando melhor: o campo de temperaturas de uma sala é caracterizado pela grandeza temperatura, o campo de velocidades da correnteza de um rio é caracterizado pela grandeza velocidade. Ninguém confunde campo de temperaturas com a grandeza temperatura, nem campo de velocidades com a grandeza velocidade. A diferença entre as duas coisas é óbvia. Mas com o campo elétrico essa confusão é frequente, pois o campo elétrico costuma ser caracterizado pela grandeza campo elétrico.
Para evitar essa confusão, vamos adotar uma diferenciação clara entre essas duas ideias. Chamaremos sempre de campo elétrico a região em que partículas eletricamente carregadas sofrem a ação de força ou adquirem energia devido à sua carga elétrica, e de vetor campo elétrico E a grandeza que permite determinar, em cada ponto, a intensidade da força que atua sobre a carga aí colocada. Uma última analogia pode esclarecer melhor essa questão: quando se fala em campo gravitacional da Terra ou em campo elétrico de uma carga, estamos falando em coisas equivalentes.
Mas o conceito equivalente ao vetor campo elétrico E é o vetor campo gravitacional, mais conhecido como aceleração da gravidade g.
Faraday e o conceito de campo
Michael Faraday (1791 -1867) físico e químico inglês, era um dos dez filhos de um ferreiro londrino. Embora tivesse pouca formação escolar, pôde ler muito trabalhando como aprendiz de encadernador. Essas leituras despertaram seu interesse pela ciência, sobretudo por química e eletricidade.
Em 1812, Faraday assistiu a algumas aulas de química destinadas ao público promovidas por um famoso químico inglês, sir Humphry Davy (1778-1829). Tentando conseguir um emprego, Faraday anotou tudo com cuidado e capricho e, ao final do curso, enviou suas anotações muito bem encadernadas ao professor - o capricho foi tanto que o professor sugeriu que ele continuasse encadernando livros.
Mas, algum tempo depois, uma explosão no laboratório deixou Davy temporariamente cego. Davy lembrou-se de Faraday e contratou-o como ajudante. Logo Faraday passou de ajudante a discípulo preferido e não tardou a superar o mestre, a quem sucedeu no laboratório.
Dedicando-se inicialmente à química, Faraday descobriu o benzeno em 1825. Mas, passou a dedicar-se.ao eletromagnetismo, ciência que o consagrou como um dos maiores físico experimentais de todos os tempos
Entre as muitas contribuições de Faraday ao eletromagnetismo, está o conceito de campo elétrico. Na verdade, ele propôs um conceito correlato - o de linhas de força-observando o espectro formado por limalhas de ferro espalhadas numa folha de papei colocada sobre um ímã.
O espectro formado por limalhas de ferro espalhadas numa folha de papel sobre um ímã deu a Faraday a ideia de linhas de força, origem do conceito de campo?
Para ele, as materializadas pelas limalhas de ferro, embora invisíveis, tinham existência real. A maior ou menor concentração de linhas numa região de espaço indicava a maior ou menor intensidade da força exercida naquela região.
Faraday imaginava que ímãs ou cargas elétricas criavam turbilhões invisíveis que preenchiam todo o espaço, permeado por um meio sutil e imperceptível, o éter. Esses turbilhões possibilitavam a ação a distância.
Mas, eram ideias intuitivas, não tinham a fundamentação teórica e matemática de uma formulação científica. Por isso, o conceito de campo foi se aprimorando com o tempo e se consolidou mais tarde, com os trabalhos de James Clerk Maxwell, um discípulo de Faraday que também superou seu mestre.
CAMPO ELÉTRICO - TERCEIRO ANO - ENSINO MÉDIO
"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:
 |
| 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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