Potencial e Campo Elétrico

Um campo elétrico é dito uniforme, quando uma carga de prova, nele colocada, fica submetida a uma força, cuja intensidade é:

• nula.

• constante, não nula

• inversamente proporcional ao quadrado da distância entre a carga de prova e as cargas que criam o campo

• diretamente proporcional ao valor das cargas de prova e das que criam o campo

• inversamente proporcional ao valor das cargas de prova e das que criam o campo

Michael Faraday, um dos fundadores da moderna teoria da eletricidade, introduziu o conceito de campo na Filosofia Natural. Uma de suas demonstrações da existência do campo elétrico se realizou da seguinte maneira: Faraday construiu uma gaiola metálica perfeitamente condutora e isolada do chão e a levou para uma praça. Lá ele se trancou dentro da gaiola e ordenou a seus ajudantes que a carregassem de eletricidade e se afastassem. Com a gaiola carregada, Faraday caminhava sem sentir qualquer efeito da eletricidade armazenada em suas grades, enquanto quem de fora encostasse nas grandes sem estar devidamente isolado sofria uma descarga elétrica dolorosa. Por que Faraday nada sofreu, enquanto as pessoas fora da gaiola podiam levar choques?

• O potencial elétrico dentro e fora da gaiola é diferente de zero, mas dentro da gaiola este potencial não realiza trabalho.

• O campo elétrico no interior de um condutor em equilíbrio eletrostático é nulo, no entanto fora da gaiola existe um campo elétrico não nulo.

• O campo elétrico não é capaz de produzir choques em pessoas presas em lugares fechados.

• O valor do potencial elétrico e do campo elétrico são constantes dentro e fora da gaiola.

• A diferença de potencial elétrico entre pontos dentro da gaiola e entre pontos da gaiola com pontos do exterior é a mesma, mas, em um circuito fechado, a quantidade de carga que é retirada é igual àquela que é posta.

Uma placa isolante bem comprida tem uma camada superficial de cargas positivas em uma face e outra camada de cargas negativas em outra face, como indicado na figura. Assim você conclui que sendo A e C pontos próximos à placa, a intensidade do campo elétrico:

• é maior em A

• é maior em B.

• é maior em C

• é igual em todos os pontos

• é nula em B

A figura a seguir mostra uma visão lateral de duas placas finas não condutoras, paralelas e infinitas, separadas por uma distância d. As duas placas possuem densidades uniformes de cargas, iguais em módulo e de sinais contrários.

Sendo E o módulo do campo elétrico devido a somente uma das placas, então os módulos do campo elétrico acima, entre e abaixo das duas placas, são, respectivamente:

• EA = E; EB = 2E; EC = E

• EA = E; EB = 0; EC = 2E

• EA = 0; EB = 2E; EC = 0

• EA = 2E; EB = 2E; EC = 2E

• EA = 2E; EB = E; EC = 2E

Em 1752, o norte-americano Benjamin Franklin, estudioso de fenômenos elétricos, relacionou-os aos fenômenos atmosféricos, realizando a experiência descrita seguir.

Durante uma tempestade, Franklin soltou uma pipa em cuja ponta de metal estava amarrada a extremidade de um longo fio de seda; da outra extremidade do fio, próximo de Franklin, pendia uma chave de metal. Ocorreu, então, o seguinte fenômeno: quando a pipa captou a eletricidade atmosférica, o toque de Franklin na chave, com os nós dos dedos, produziu faíscas elétricas.

Esse fenômeno ocorre sempre que em um condutor:

• as cargas se movimentam, dando origem a uma corrente elétrica constante na sua superfície

• as cargas se acumulam nas suas regiões pontiagudas, originando um campo elétrico muito intenso e uma consequente fuga de cargas

• as cargas se distribuem uniformemente sobre sua superfície externa, fazendo com que em pontos exteriores o campo elétrico seja igual ao gerado por uma carga pontual de mesmo valor

• as cargas positivas se afastam das negativas, dando origem a um campo elétrico no seu interior

• as cargas se distribuem uniformemente sobre sua superfície externa, tornando nulo o campo elétrico em seu interior

Uma constante da ficção científica é a existência de regiões na superfície da Terra em que a gravidade seria nula. Seriam regiões em que a gravidade seria bloqueada da mesma forma que uma gaiola metálica parece "bloquear" o campo elétrico, pois dentro dela não atuam forças elétricas. Pensando na diferença entre a origem da gravitação e as fontes do campo elétrico, o que seria necessário para se construir uma "gaiola de gravidade nula"?

• Para cancelar a força gravitacional, seria necessário construir do lado oposto à superfície da Terra um bloco que tivesse a mesma massa da região onde existiria a "gaiola de gravidade".

• Seria necessário que o campo gravitacional também fosse repulsivo, pois a gaiola metálica parece "bloquear" o campo elétrico, em razão de a resultante da superposição dos campos elétricos das cargas positivas e negativas, distribuídas na superfície metálica, ser nula.

• Seria necessário que o campo gravitacional interagisse com o campo elétrico, de modo que essa superposição anulasse o campo.

• Seria necessário haver interação entre os quatro campos que existem, ou seja, entre o campo elétrico, o campo magnético, o campo nuclear e o campo gravitacional.

• Seria necessário haver ondas gravitacionais, pois, diferentemente da gravidade, elas oscilam e podem ter intensidade nula.

O relâmpago é um fenômeno muito comum em dias chuvosos. Isso acontece porque as nuvens, quando muito carregadas, têm em seu topo moléculas de água eletrizadas positivamente, ao passo que, em sua base, predominam partículas eletrizadas positivamente. Essa disparidade de cargas gera um campo elétrico que pode ser considerado uniforme e que leva à geração de uma descarga elétrica. Considerando que o campo elétrico dentro de uma nuvem pode ser considerado aproximadamente uniforme, podemos afirmar que

• tem direção horizontal alinhada ao campo magnético da terra.

• tem direção horizontal alinhada à direção do deslocamento da nuvem

• tem direção horizontal alinhada à direção da corrente elétrica que percorre a nuvem

• tem direção vertical e sentido de baixo para cima

• tem direção vertical e sentido de cima para baixo.

Existe na natureza a tendência das cargas se acumularem nas regiões pontiagudas dos condutores. Com isso, nessas regiões o campo elétrico nessas regiões é mais intenso e, por conseguinte, descarregam mais facilmente. Para evitar acidentes, caminhões que transportam combustíveis têm suas extremidades arredondadas, o que pode ser explicado por:

• O acúmulo de cargas em uma extremidade aumentaria a temperatura desta, podendo causar uma explosão.

• O acúmulo de cargas em uma extremidade poderia gerar uma faísca, o que provocaria uma explosão

• As extremidades aumentam o efeito Joule, aumentando o risco de explosão

• A presença de pontas prejudicaria a aerodinâmica do caminhão, aumentando a chance de um acidente automotivo.

• A presença de pontas melhoraria a aerodinâmica do caminhão, diminuindo a chance de um acidente automotivo.

Uma partícula de massa 1 g, eletrizada com carga elétrica positiva de 40 µC, é abandonada do repouso no ponto A de um campo elétrico uniforme, no qual o potencial elétrico é 300 V. Essa partícula adquire movimento e se choca em B, com um anteparo rígido. Sabendo-se que o potencial elétrico do ponto B é de 100 V, a velocidade dessa partícula ao se chocar com o obstáculo é de

• 4 m/s

• 5 m/s

• 6 m/s

• 7 m/s

• 8 m/s

Um próton movimenta-se em linha reta paralelamente às linhas de força de um campo elétrico uniforme, conforme mostrado na figura. Partindo do repouso no ponto 1 e somente sob ação da força elétrica, ele percorre uma distância de 0,6 m e passa pelo ponto 2. Entre os pontos 1 e 2 há uma diferença de potencial igual a 32 V. Considerando a massa do próton igual a 1,6.10^-27 kg e sua carga igual a 1,6.10^-19 C , assinale a alternativa que apresenta corretamente a velocidade do próton ao passar pelo ponto 2.

• 2,0.10⁴ m/s

• 4,0.10⁴ m/s

• 8,0.10⁴ m/s

• 1,6.10⁵ m/s

• 3,2.10⁵ m/s