Eletrostática - Equilíbrio Eletrostático e Aplicações Práticas
Introdução
- Exemplo inicial: Carro levando um raio sem causar danos aos ocupantes; o mesmo ocorre com aviões.
- Objetivo da aula: Entender por que as pessoas dentro de um carro ou avião ficam protegidas e explorar o conceito de equilíbrio eletrostático.
Equilíbrio Eletrostático
- Definição: Quando um corpo está carregado e suas cargas se repelem, espalhando-se ao longo do material para ficar o mais afastadas possível.
- Exemplo: Esfera metálica carregada.
Conceitos Importantes
- Campo Elétrico Gerado: Cargas positivas geram campo elétrico saindo do corpo.
- Equilíbrio Eletrostático: Potenciais elétricos são iguais em qualquer ponto dentro do corpo. Ex.: Se no ponto A o potencial é 10V, no ponto B também será 10V.
- Diferença de Potencial: Em equilíbrio eletrostático, a diferença de potencial entre quaisquer dois pontos é zero (10V - 10V = 0).
Conclusões Fundamentais
- Potencial Elétrico Existe: Não é zero, mas é constante dentro do corpo, pois está eletrizado.
- Diferença de Potencial é Zero: Potenciais são iguais em qualquer ponto dentro do corpo.
- Campo Elétrico é Zero: Dentro do condutor em equilíbrio eletrostático, o campo elétrico é zero.
Aplicações Práticas
- Gaiola de Faraday: Conceito que explica a proteção dentro de um carro ou avião, onde a eletricidade flui pelo lado de fora e o campo elétrico interno é zero.
- Pneus de Borracha: Falsa crença de que protegiam contra raios; o real motivo é a gaiola de Faraday.
- Perigo: Ao sair de um carro atingido por um raio, há risco de choque devido à diferença de potencial entre o interior e o exterior.
Análise de Campo Elétrico
- Representação Gráfica: Campo elétrico em função da distância do centro da esfera.
- Campo Elétrico Interno: Sempre zero.
- Campo Elétrico Externo: Calculado por K * Q / d^2, aumenta conforme a distância diminui até ser máximo na superfície, depois diminui novamente ao afastar-se.
- Campo Elétrico na Superfície: Metade do valor máximo.
Potencial Elétrico
- Gráfico de Potencial: Potencial em função da distância do centro da esfera.
- Potencial Interno: Constante, calculado por K * Q / R.
- Potencial Externo: Calculado por K * Q / d, diminui com a distância.
- Observação: Potencial em qualquer ponto dentro da esfera é o mesmo, independentemente da distância ao centro.
Exercícios Práticos
- Campo Elétrico em Cavidade Interna: Sempre nulo, independentemente da forma geométrica (vale para carro, avião, etc.).
- Cálculo do Potencial a uma Distância: Se a distância aumenta proporcionalmente, o potencial diminui na mesma proporção inversa.
Conclusão
- Importância do Conceito: Equações e conceitos de equilíbrio eletrostático são frequentemente cobrados em provas, especialmente em questões teóricas e práticas.
- Resumo: A parte de decoreba é importante, mas a aplicação prática do conceito, como a proteção em carros e aviões, é muito enfatizada.
Confira os exercícios resolvidos para melhor compreensão dos conceitos.