Campo Eléctrico e Potencial
A 26 de Junho de 1752, Benjamin Franklin voou um papagaio durante uma tempestade elétrica e recolheu eletricidade das nuvens num frasco de Leyden (o condensador primitivo da época). Foi um acto perigoso — o físico russo Georg Richmann morreu a tentar repetir o mesmo experimento semanas depois.
O que Franklin demonstrou: as nuvens carregam eletricidade da mesma natureza que a eletricidade estática criada por atrito. E a descarga segue o caminho de menor resistência. O pára-raios é um campo elétrico concentrado na ponta que atrai a descarga — aplicação direta da física do campo elétrico.
Carga Eléctrica e Lei de Coulomb
A matéria é constituída por cargas elétricas. Protões (+) e eletrões (−) interagem pela Lei de Coulomb:
onde é a constante de Coulomb.
- Cargas do mesmo sinal: repulsão
- Cargas de sinais opostos: atração
- A força cai com o quadrado da distância (lei do inverso do quadrado — como a gravidade)
Campo Eléctrico
O campo elétrico E num ponto P é a força por unidade de carga positiva que agiria sobre uma carga de teste colocada em P:
Campo criado por uma carga puntiforme Q:
O campo aponta para fora de cargas positivas e para dentro de cargas negativas.
Potencial Eléctrico
O potencial elétrico V num ponto é a energia potencial por unidade de carga:
Potencial criado por carga puntiforme Q:
Relação entre campo e potencial (campo = menos o gradiente do potencial):
Diferença de potencial (tensão):
Condensadores
Um condensador é um dispositivo que armazena energia elétrica num campo elétrico entre duas superfícies condutoras (armaduras) separadas por um dielétrico.
Capacidade:
Condensador de placas paralelas:
onde A é a área das placas, d a distância, ε₀ a permitividade do vácuo e εr a permitividade relativa do dielétrico.
Energia armazenada: