Blindagem eletrostática Show
Vamos começar recordando o conceito de condutor elétrico. Como já sabemos, todo corpo metálico é um condutor elétrico. Nele, cargas elétricas podem se movimentar com facilidade. Durante a eletrização de um corpo condutor, as cargas elétricas apresentam um movimento ordenado que dura pouco tempo. Cessando esse movimento, dizemos que o corpo atingiu o equilíbrio eletrostático. Dessa forma, podemos dizer que no interior de um condutor eletrostático, seja ele maciço ou oco, o campo elétrico é sempre nulo, já o potencial elétrico é constante e diferente de zero. Vejamos abaixo dois exemplos: Primeiro exemplo Vamos supor que temos um condutor metálico oco, como mostra a figura abaixo. Internamente, nesse condutor, têm-se vários detectores de carga elétrica, como: pêndulo duplo, pêndulo simples e um eletroscópio. Eletrizamos o condutor e esperamos algum tempo, observando a reação dos detectores de carga no seu interior. Com o passar do tempo veremos que nenhum deles se manifesta. Veja a figura abaixo:  Segundo exemplo Vamos usar o mesmo condutor oco do exemplo acima, com os mesmos detectores de carga em seu interior. Esse experimento tem por finalidade verificar o que acontece com os detectores de carga em seu interior. Aproximamos de A outro corpo eletrizado, B, que será o indutor. Imediatamente observamos a indução na superfície externa de A e o deslocamento das cargas elétricas, como mostra a figura abaixo. No entanto, os detectores de carga no interior de A não se manifestam, o que demonstra que o campo interno permanece nulo. Consequentemente, permanece constante o potencial interno. Dizemos que a carcaça metálica de A protegeu os instrumentos no seu interior, funcionando como uma espécie de escudo protetor, ou seja, como uma blindagem eletrostática. Condutor esférico Vamos considerar uma esfera condutora eletrizada com carga elétrica Q e de raio R. Vamos supor que essa esfera esteja em equilíbrio eletrostático e afastada de qualquer outro corpo. Como a esfera encontra-se carregada, ela produz um campo elétrico à sua volta. Sendo assim, vamos determinar o valor do campo elétrico e o potencial elétrico criado por essa esfera condutora eletrizada desde pontos infinitamente afastados até pontos internos. 1 - Campo e potencial para pontos externos O campo e o potencial elétrico podem ser calculados partindo do pressuposto de que toda a carga elétrica distribuída na superfície da esfera seria puntiforme e localizada no centro da mesma. Sendo d a distância do ponto considerado até o centro da esfera e supondo-a imersa em um meio cuja constante eletrostática é k, temos, para os pontos externos à esfera: Onde: k – é constante eletrostática 2 - Campo e potencial para pontos próximos à superfície Para pontos externos, mas infinitamente próximos da superfície externa do condutor esférico isolado e em equilíbrio eletrostático, as expressões anteriores ainda se aplicam, mas a distância d, agora, tende para um valor igual ao raio R da esfera. Assim, podemos escrever: 3 - Campo e potencial para pontos da superfície A superfície da esfera é equipotencial e o valor do potencial em pontos de sua superfície é obtido com a expressão do item 1, fazendo-se d = R. Portanto, para todos os efeitos práticos, o potencial na superfície é igual àquele em um ponto externo infinitamente próximo da esfera. 4 – Campo e potencial para pontos internos As primeiras observações experimentais foram feitas por Benjamin Franklin, e resultaram na descrição da força elétrica, por Coulomb. Verifica-se que, para uma esfera em equilíbrio eletrostático, o potencial elétrico é constante em todos os seus pontos internos. Quanto ao campo elétrico, no interior da esfera em equilíbrio eletrostático ele é nulo. Assim temos: Distribuição das cargas elétricas em excesso em um condutor em equilíbrio eletrostático Capacitância A capacitância ou capacidade é a grandeza elétrica de um capacitor, que é determinada pela quantidade de energia elétrica que pode ser armazenada em si por uma determinada tensão e pela quantidade de corrente alternada que atravessa o capacitor numa determinada freqüência. Sua unidade é dada em farad (símbolo F), que é o valor que deixará passar uma corrente de 1 ampere quando a tensão estiver variando na razão de 1 volt por segundo. A capacitância pode ser medida pela seguinte fórmula: onde q é a quantidade de carga, dada em Coulomb e U é o potencial eletroestático, dado em Volts. Quanto maior for o material, maior capacitância ele terá. Tensão elétrica ou diferencial de potencial (ddp)A tensão elétrica pode ser definida como a diferença de potencial entre dois pontos. Ou seja, a quantidade de energia gerada para movimentar uma carga elétrica, portanto, o gerador necessita liberar energia elétrica para movimentar uma carga eletrizada. A partir daí, a fórmula para calcular a tensão é: Onde: Outra fórmula para calcular a tensão elétrica é a partir da energia elétrica utilizada e quantidade de carga: Onde: Também é possível calcular a tensão elétrica de um circuito tendo as grandezas de corrente e resistência: Onde: Se analisarmos mais profundamente para calcular a tensão, poderemos calcular também através da potência elétrica: Onde:
Guia do Estudante - Disponível em <https://guiadoestudante.abril.com.br/estudo/resumo-de-fisica-capacitancia-e-tensao-eletrica/> Acesso em 23 abr. 2022. Como e o campo elétrico de um condutor eletrizado?Quando o condutor está eletrizado positivamente, o campo elétrico é de afastamento (fig. 7) e quando ele está eletrizado negativamente é de aproximação (fig. 8). A necessidade de o campo elétrico ser perpendicular à superfície do condutor decorre do fato de o condutor estar em equilíbrio eletrostático.
Como se comporta o campo elétrico em um condutor esférico de exemplo?a intensidade do campo elétrico na superfície da esfera fica reduzido à metade do campo elétrico muito próximo dessa superfície. Entretanto, o potencial elétrico coincide com o potencial num ponto muito próximo.
O que ocorre com o potencial elétrico e o campo elétrico em um condutor esférico em equilíbrio eletrostático?O potencial elétrico em qualquer ponto situado no interior de uma esfera eletrizada em equilíbrio eletrostático é igual ao potencial em sua superfície. O potencial para pontos no interior da esfera (r ≤ R) é constante, e para pontos fora da esfera (r > R) decresce de forma inversamente proporcional à distância (r).
Como e o campo elétrico no interior de um condutor eletrizado em equilíbrio?Para que existam condutores em equilíbrio eletrostático, esse fenômeno deve apresentar as seguintes condições: O campo elétrico no interior do condutor deve ser nulo (E =0). O potencial elétrico na parte externa do condutor deve ser o mesmo em todos os pontos.
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Como é o campo elétrico criado por um condutor esférico eletrizado?
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