1. Força Elétrica

A força elétrica é uma das quatro forças fundamentais da natureza, juntamente com a gravitacional, a forte e a fraca. Ela é responsável por muitos dos fenômenos elétricos e eletrostáticos observados cotidianamente. A compreensão desses conceitos é crucial para o desenvolvimento de tecnologias e para a aplicação em diversas áreas da ciência e engenharia.

A força elétrica é gerada a partir de dois ou mais corpos eletrizados, nossas considerações iniciais são que, os corpos tem dimensões despresíveis, chamados então de cargas elétricas puntiformes.

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Fig 1: Coulomb Utilizando Balança de Torção em seus estudos sobre a interação em cargas elétricas puntiformes
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Fig 2: Balança de torção: Instrumento utilizado para mensurar determinado parâmetro.

Força entre duas cargas elétricas puntiformes:

Força elétrica é a força de atração ou repulsão entre partículas carregadas. Essa força é de natureza eletromagnética e pode ser observada tanto em cargas em repouso quanto em movimento. No caso de cargas em repouso, essa interação é puramente elétrica e é descrita pela Lei de Coulomb.

Considerando duas cargas elétricas puntiformes Q1 e Q2, separadas por uma distância d , como visto na última aula, as cargas podem se repelir ou se atrair.

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Figura 1: Força de atração e repulsão entre as cargas elétricas

A intensidade da força elétrica depende de principalmente 3 aspectos:

1.Das cargas elétricas Q1 e Q2 .

2.Da distância que separa as cargas elétricas puntiformes.

3.Do meio em que as cargas se encontram.

Nessa aula, vamos considerar em que o meio que as cargas elétricas se encontram é o vacuo

A lei de Coulomb:

Segundo Charles August de Coulomb (1736-1806), a intensidade da força elétrica entre duas cargas puntiformes é:

  • Diretamente proporcional ao produto dos módulos das cargas elétricas.
  • Inversamente proporcional ao quadrado da distância que separa as cargas elétricas.

 

\large{F = k \cdot \frac{|q_1 \times q_2|}{r^2}}

Onde:

    • F é a magnitude da força entre as cargas,

    • q1​ e q2​ são as magnitudes das cargas,

    • r é a distância entre as cargas,

    • k é a constante de Coulomb, cujo valor depende do meio no qual as cargas estão inseridas. No vácuo, k é aproximadamente 8,987×10^9 N m^2/C^2 .

Unidades:

De acordo com as unidades do sistema internacional (SI), temos que:

  1. Força Elétrica F é dado em Newtons [N].
  2. A carga Q1 e Q2 é dado em Coulomb [C].
  3. A distância entre a carga é dado em Metro [m].

Já a constante de proporcionalidade pode ser descoberta da seguinte forma:

\large{F = k \cdot \frac{|Q_1|.|Q_2|}{r^2} }

Isolando a constante de proporcionalidade na fórmula temos que:

    1. Ko = F.r2 / |Q1|.|Q2|
    2. Substituindo todas as variáveis pelas unidades do SI, temos:
    3. K = [N].[m2] / C2

Ou seja:

\large{K = \frac{[F]. [r]^2}{|Q_1||Q_2|}}

Importante relembrar que a constante de proporcionalidade depende principalmente do meio em que as cargas elétricas se situam, para Coulomb, K no vácuo é dado por K = 9.109[N][m2]/C2

É comum o emprego dos seguintes submúltiplos:

1 microcoulomb: 1 \mu C = 10^{-6}C

1 nanocoulomb: 1  nC = 10^{-9}C

1 picocoulomb: 1  pC = 10^{-12}C

Veja esse vídeo sobre Força Elétrica:

Exemplos Resolvidos:

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