O que acontece com o campo elétrico quando aumentamos a distância entre as cargas explique?

Na resolução de exercícios sobre força elétrica, são necessários conhecimentos sobre as propriedades das cargas elétricas e a Lei de Coulomb.

Publicado por: Mariane Mendes Teixeira em Exercícios de Física

Questão 1

(CESGRANRIO) A lei de Coulomb afirma que a força de intensidade elétrica de partículas carregadas é proporcional:

I. às cargas das partículas;

II. às massas das partículas;

III. ao quadrado da distância entre as partículas;

IV. à distância entre as partículas.

Das afirmações acima

a) somente I é correta;

b) somente I e III são corretas;

c) somente II e III são corretas;

d) somente II é correta;

e) somente I e IV são corretas.

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Questão 2

(UF - JUIZ DE FORA) Duas esferas igualmente carregadas, no vácuo, repelem-se mutuamente quando separadas a uma certa distância. Triplicando a distância entre as esferas, a força de repulsão entre elas torna-se:

a) 3 vezes menor

b) 6 vezes menor

c) 9 vezes menor

d) 12 vezes menor

e) 9 vezes maior

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Questão 3

Duas cargas puntiformes igualmente carregadas com carga elétrica de 3μC estão afastadas uma da outra por uma distância igual a 3 cm e no vácuo. Sabendo que K0 = 9.109 N.m2/C2, a força elétrica entre essas duas cargas será:

a) de repulsão e de intensidade de 27 N

b) de atração e de intensidade de 90 N

c) de repulsão e de intensidade de 90 N

d) de repulsão e de intensidade de 81 N

e) de atração e de intensidade de 180 N

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Questão 4

Uma esfera carregada eletricamente com uma carga Q = 5 nC é colocada na presença de um campo elétrico e de intensidade 5 N/C. A intensidade da força elétrica que atua sobre a esfera é:

a) 10 . 10-10 N

b) 2,5. 10-10 N

c) 1 . 10-10 N

d) 2,5 . 10-8 N

e) 50 . 10-9 N

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Respostas

Resposta Questão 1

A Lei de Coulomb é escrita matematicamente da seguinte forma:

F = K0.Q1.Q2
        d2

A partir dessa equação, vemos que a força elétrica é diretamente proporcional ao valor das cargas elétricas que interagem e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. Assim, a única opção correta é a afirmativa I, conforme a letra A.

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Resposta Questão 2

A força elétrica é dada pela expressão:

F = K0.Q1.Q2
        d2

Aumentando a distância de d para 2d, a força elétrica passa a ser:

F' = K0.Q1.Q2
         (3d)2

Resolvendo o denominador da equação, encontramos:

F' = K0.Q1.Q2
          9d2

Assim, podemos reescrever que:

F' = F
      9

Ou seja, se triplicarmos a distância, a força elétrica será nove vezes menor, conforme a alternativa C.

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Resposta Questão 3

Dados:

K0 = 9.109 N.m2/C2
Q1 = Q2 = 3μC = 3.10-6 C
d = 3 cm = 3 . 10-2 m

Utilizamos a equação:

F = K0.Q1.Q2
         d2

Substituindo os dados, temos:

F = 9.109. 3.10-6. 3.10-6
      (3.10-2)2

F = 81. 10-3
           9.10-4

F = 90 N

Como as duas cargas são idênticas, elas têm o mesmo sinal, portanto, a força é de repulsão, visto que cargas com sinais iguais repelem-se. Assim, a alternativa correta é a letra C.

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Resposta Questão 4

Dados:

E = 5 N/C
Q = 5 nC = 5.10-9 C

Usamos a equação:

F = E.Q
F = 5 . 5.10-9
F = 25 . 10-9 N
F = 2,5 . 10-8N

Alternativa D

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Eletricidade. É difícil imaginar a vida sem ela. Do chuveiro ao computador, é necessário que aqueles invisíveis elétrons estejam correndo pelas fiações para que nossa vida diária possa manter os confortos e praticidades com os quais nos acostumamos.

Essa forma de energia obedece a algumas leis bem simples que lhes permitem aplicações versáteis, as quais vão do girar motores pesados a projetar na tela de seu computador o texto que você está lendo agora.

Antes de falar das leis e suas equações, vamos dar uma olhada em alguns conceitos. Sabemos que os elétrons têm carga negativa e os prótons têm carga positiva. Sabemos também que, quando próximos, corpos carregados com cargas opostas se atraem, enquanto os carregados com cargas iguais se repelem.

Carga elétrica

Tudo bem, mas o que é exatamente carga elétrica? Bem, para falar a verdade, ninguém sabe... Carga elétrica se inclui entre o que chamamos em ciência de conceitos primitivos, entidades que podemos observar e cujas propriedades e comportamento podemos mensurar, mas não temos como defini-las exatamente. Uma das propriedades que podemos observar e mensurar nas cargas elétricas é a formação de campos elétricos.

Campos elétricos

Campos elétricos se comportam de modo análogo aos campos gravitacionais e magnéticos, uma vez que campos elétricos (assim como os outros campos citados) interagem entre si quando colocados próximos uns dos outros, produzindo forças.

Estas forças são as que produzem a atração entre um corpo carregado com carga positiva e outro com carga negativa, da mesma forma que a repulsão, se ambos forem negativos ou positivos.

Uma forma esquemática de compreender os campos elétricos é representá-las através de linhas de força. A figura abaixo mostra as linhas de força que formam os campos elétricos em torno de uma carga positiva e outra negativa:

• 

  Linhas de força de cargas positivas e negativas

Também podemos usar as linhas de força para esquematizar as interações entre dois campos elétricos, conforme a figura que segue:

• 

  Interações entre campos elétricos

Um tipo particular de campo elétrico, muito utilizado para simulações, experimentos ou em exercícios de física é o campo elétrico uniforme, esquematizado na figura a seguir:

• 

  Representação de um campo elétrico uniforme

Como mostra a figura, o que caracteriza o campo elétrico uniforme são suas linhas de força, que se comportam como paralelas igualmente espaçadas. Isso ocorre quando duas placas paralelas e uniformemente carregadas com cargas de sinais opostos são posicionadas a uma distância próxima uma da outra.

A lei de Coulomb

O campo elétrico uniforme apresenta esta igualdade em suas linhas de força, implicando que o campo se mantém igual entre as placas e, por consequência, uma carga elétrica posicionada entre elas estará sujeita a uma força cuja intensidade e sentido são constantes ao longo do campo. Vistos os conceitos, vamos à lei de Coulomb. Como quase sempre nestes casos, esta lei leva o nome de seu propositor, o cientista francês Charles Coulomb.

Coulomb descobriu que a força elétrica que atua sobre dois corpos eletricamente carregados é diretamente proporcional às suas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância.

Se você se lembrou da definição de Newton para a força da gravidade acertou em cheio. Como dissemos, campos elétricos e gravitacionais são análogos.

Portanto, o enunciado da Lei de Coulomb pode ser escrito assim:

Onde:
F = força (medida em Newtons [N]);
q = carga elétrica (medida em Coulombs [C])
r = distância (medida de metros [m])
k= constante eletrostática (medida em N.m2/C2)

A próxima figura representa como estas grandezas se relacionam:

• 

  Representação das grandezas da Lei de Coulomb

A constante eletrostática varia conforme o meio em que estão imersas as cargas. No vácuo, k = 9.109 N.m2/C2.

E foi assim que a era da eletricidade começou. Sabendo que existem cargas elétricas e como se comportam mecanicamente, aprendemos como controlar a movimentação dessas cargas e aproveitar a sua energia.

O que acontece com a força elétrica quando a distância entre as cargas aumenta?

O que acontece quando o campo elétrico quando a carga se movimenta?

Como se explica o campo elétrico?

Qual a relação da distância e a carga elétrica que produz o campo elétrico?