Deutsche Post DHL AG

Já vimos acima que no caso de material con- dutor, pouco importa se temos uma esfera maciça, oca ou se temos uma simples casca esférica; qualquer que seja o objeto, o campo interno sempre será nulo.

De modo análogo ao caso da carga puntiforme, argumentos de simetria nos levam à conclusão de que o campo de uma esfera condutora tem simetria esférica, de modo que a melhor Gaus- siana será uma esfera concêntrica com a distribui- ção de cargas. O campo é igual ao de uma carga puntiforme, dado na equação acima descrita. Portanto, uma esfera condutora de raio R compor- ta-se, para pontos externos, r > R, como se toda sua carga estivesse concentrada no seu centro. ESFERA DIELÉTRICA

Vamos considerar o caso em que a distribuição de cargas é uniforme. Isto é, a densidade ρ, dada em C/m3_{, é constante. Poderíamos ter}

uma distribuição mais complexa, na qual a den- sidade variasse com a distância ao centro. • Região I , onde r > R (Raio da distribuição).

O cálculo é análogo ao do campo de uma carga puntiforme. O resultado tem a mesma forma apresentada na equação:

Se a carga total, Q, for conhecida, basta co- locá-la no lugar de q.

Se ao invés disso, conhecermos a densi- dade, ρ, então a carga será dada pelo pro- duto da densidade pelo volume da esfera, Q = 4πR3_{ρ/3, resultando}

• Região II, onde r < R

A carga que aparece na lei de Gauss

é aquela envolvida pela superfície Gaussiana, isto é, a carga no interior do volume 4πr3_/3.

Se conhecermos a densidade de carga, ter- emos Q= 4πρr3_{/3. O campo no interior da}

esfera será dado por r

A variação do campo, em função do raio, é representada na figura abaixo.

Veja que a variação para r > R é válida para qualquer distribuição de cargas de simetria esférica, enquanto que a variação para r < R é válida apenas para uma distribuição uniforme.

3.3BLINDAGEM ELETROSTÁTICA

Quando eletrizamos um condutor as cargas se distribuem pela sua superfície devido à repul- são, ou seja, as cargas podem movimentar-se facilmente através deles. Portanto, todo corpo metálico comporta-se como um condutor elétri- co. Quando esse movimento cessa, dizemos que o corpo atingiu o equilíbrio eletrostático.

Então, se nenhuma corrente elétrica se move através de um metal, o campo elétrico em seu interior é nulo, mesmo que fora o campo elétri- co seja diferente de zero.

Podemos definir: no interior de um condutor eletrizado e em equilíbrio eletrostático, quer seja oco ou maciço, o campo elétrico é sempre nulo.

Ocorre que os elétrons se distribuem sobre sua superfície externa, mas em seu interior o campo elétrico é nulo. Esse fenômeno é con- hecido como gaiola de Faraday.

O material condutor que constitui a gaiola de Fa- raday pode assumir as mais variadas formas geo- métricas. Se essa forma for esférica, a distribuição de carga em sua superfície é uniforme. Se não for esférica, a distribuição de carga elétrica não é uni- forme e se acumula nos vértices (ou nas protube- râncias) do condutor por se repelirem mutuamen- te para essa posição. Neste ultimo caso, o campo elétrico junto às pontas do condutor e distribuição de carga, é muito maior do que no restante do condutor, dando origem a um fenômeno conheci- do como poder das pontas. Esse fenômeno foi utilizado na construção dos pára-raios.

A gaiola de Faraday, nos laboratórios de testes de aparelhos elétricos, é de extrema importân- cia caso você queira proteger um instrumento eletrônico muito sensível da ação de possíveis campos elétricos que interfeririam na leitura do instrumento.

O mesmo princípio físico se aplica à proteção durante uma tempestade na qual há relâmpa- gos, o ideal seria estarmos dentro de nossas casas ou prédios, ou no interior de um veículo, pois todos esses lugares constituem uma gaio- la de Faraday.

Com o princípio da gaiola de Faraday podemos blindar o campo elétrico e com isso diferencia-lo mais uma vez do campo gravitacional, pois não há maneira conhecida de se blindar a gravidade.

1. Analise cada afirmativa como verdadeira (V) ou falsa (F):

a) Uma ponta sempre se eletriza mais facilmente do que uma região não pontiaguda. ( ) b) A intensidade de um campo elétrico dentro

da esfera é zero. ( )

c) Em qualquer ponto P, fora da esfera, o campo elétrico é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre esse ponto e o centro da esfera. ( )

d) As cargas elétricas em um condutor elet- rostático distribuem-se em sua superfície exterior. ( )

e) Se um corpo já está eletrizado, uma ponta perde mais carga elétrica do que as regiões não pontiagudas; por isso é difícil manter eletrizado um corpo que possua pontas. ( ) 2. Marque aplicação tecnológica do conceito apre- sentado por Faraday, no século XIX, na exper- iência conhecida como gaiola de Faraday. a) Isolamento térmico nas garrafas térmicas. b) Atração dos raios nas tempestades por

pára-raios.

c) Isolamento elétrico promovido pelas bor- rachas dos pneus de veículos.

d) Recobrimento com material isolante em cabos utilizados para transporte de energia elétrica. e) Bloqueio para chamadas de telefones celu-

lares em penitenciárias.

3. A ausência de cargas eletrostáticas no interior de um condutor elétrico, quaisquer que sejam suas formas, está relacionada ao fato de que: a) O potencial elétrico é nulo no interior de

condutores.

b) A densidade superficial de cargas é constante. c) O campo elétrico é nulo no interior de condu-

tores.

d) As cargas elétricas não se deslocam facil- mente em condutores.

e) Não é possível isolar completamente um condutor.

4. Por que é possível blindar uma sala contra forças elétricas, mas não é possível contra forças gravitacionais?

TEMA 01

AS LEIS DE NEWTON