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Eletrostática
Professor Sandro Dias Martins
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Potencial elétrico:
Agora, quando as dimensões do corpo não puderem ser desprezadas, temos duas situações a considerar: Condutor esférico e Condutor pontiagudo.
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Para um corpo de pequenas dimensões e carregado de eletricidade, desprezamos o seu volume e consideramos como se fosse uma carga elétrica puntiforme, ou seja, uma carga elétrica concentrada num ponto. Nesse caso:
Campo elétrico:
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A carga elétrica em uma esfera condutora, em equilíbrio eletrostático e isolada de outras cargas, distribui-se uniformemente pela sua superfície, devido à repulsão elétrica.
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Sejam R o raio da esfera e d a distância de centro da esfera até o ponto onde se querem o campo elétrico E e o potencial elétrico V.
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Para pontos:
1) Externos à esfera Para pontos externos à esfera (d >R),
consideramos como se a carga fosse puntiforme e localizada no centro da esfera:
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2) Na superfície da esfera
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 de um ponto muito próximo.
Superfície – (d = R)
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3) No interior da esfera
A intensidade do vetor campo da esfera, a intensidade do campo elétrico é nula e o potencial elétrico coincide com o da superfície.
Interior – (d < R)
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Observação:
A intensidade do vetor campo elétrico no interior de um condutor carregado de eletricidade e em equilíbrio eletrostático é sempre nula.
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Dada uma esfera condutora, carregada e em equilíbrio eletrostático:
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A intensidade do campo elétrico na região da esfera se comporta em função da distância, de acordo com o diagrama a seguir:
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Epróx – intensidade do campo elétrico próximo da superfície.
Esup – intensidade do campo elétrico na superfície da esfera.
Eint – intensidade do campo elétrico no interior da esfera.
Eext – intensidade do campo elétrico em pontos externos da esfera.
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Dada uma esfera condutora, carregada e em equilíbrio eletrostático:
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O potencial elétrico na região da esfera se comporta de acordo com os diagramas a seguir:
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Num condutor de eletricidade, carregado e em equilíbrio eletrostático, as cargas elétricas se distribuem pela sua superfície. Tal fato ocorre devido à repulsão elétrica que ocorre entre elas.
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Verifica-se que num condutor pontiagudo, além das cargas se distribuírem pela sua superfície, elas se concentram em maior densidade superficial nas regiões de pontas. Tal fenômeno é conhecido como poder das pontas
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Devido ao poder das pontas, podemos explicar o funcionamento do para-raios.
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Nos dias quentes, as camadas de ar se movem rapidamente (convecção) e isso provoca um alto atrito entre o ar e as nuvens e entre as próprias camadas das nuvens. Tais atritos geram cargas elétricas.
Algumas nuvens adquirem, no atrito, cargas elétricas positivas e outras negativas.
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O pára-raios, devidamente aterrado, sofre indução e se eletriza com carga elétrica de sinal contrário ao da nuvem.
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Devido ao poder das pontas, e por isso o pára-raios é pontiagudo, este vai acumular uma densidade superficial de cargas elétricas maior do que na superfície da Terra.
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No momento em que o ar não conseguir mais suportar o campo elétrico criado pelas cargas elétricas, nuvem e pára-raios, ocorre a descarga, ou seja, o raio. No momento do raio, dizemos que a rigidez dielétrica do ar foi vencida.
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A luz emitida pelo raio (relâmpago) ocorre devido ao efeito Joule, ou seja, aquecimento do ar que ocorre a milhares de graus Celsius.
O som emitido pelo raio (trovão) ocorre pelas ondas mecânicas geradas na expansão do ar, devido ao seu aquecimento.
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Observação:
A blindagem eletrostática é determinada pelo campo elétrico sendo nulo no interior de um condutor carregado e em equilíbrio eletrostático.