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Campo elétrico e o Movimento de Carga

Talvez uma das realizações ainda tomadas como certamente as mais úteis dos últimos séculos é o desenvolvimento de circuitos elétricos. O fluxo de carga através de fios que nos permite cozinhar os alimentos, iluminar as nossas casas, ar-condicionado o nosso trabalho e espaço de vida, nos entreter com filmes e música e até mesmo nos permite dirigir para o trabalho ou escola com segurança. Neste artigo, vamos explorar as razões do por que a carga flui através de fios de circuitos elétricos e as variáveis ​​que afetam a taxa na qual ele flui. Os meios pelos quais a carga em movimento fornece energia elétrica aos dispositivos de modo a faze-los funcionar serão discutidos em detalhes.

Um dos princípios fundamentais que devem ser compreendidos a fim de apreender algo sobre circuitos elétricos diz respeito ao conceito de como um campo elétrico pode influenciar a carga dentro de um circuito em que se move de um local para outro. O conceito de campo elétrico foi introduzido pela primeira vez na unidade de eletricidade estática. Nessa unidade, a força elétrica foi descrita como uma força sem contato. Um balão carregado pode ter um efeito de atração em cima de um balão de carga oposta, mesmo quando eles não estão em contato. A força elétrica age sobre a distância que separa os dois objetos. Força elétrica é uma força de ação à uma distância.

As forças de ação à distância são muitas vezes referidas como forças de campo. O conceito de uma força de campo é utilizado pelos cientistas para explicar esse fenômeno de força bastante incomum, que ocorre na ausência de contato físico. O espaço em torno de um objeto carregado é afetado pela presença da carga, um campo elétrico é estabelecido nesse espaço. Um objeto carregado cria um campo eléctrico – uma alteração do espaço ou área na região que rodeia. Outras cargas no campo sofreriam uma alteração incomum do espaço, se um objeto carregado entrasse no espaço. O espaço é alterado pela presença de um objecto carregado; outros objetos no espaço experimentam as qualidades estranhas e misteriosas do espaço. Como outro objeto carregado entra no espaço e se move mais e mais em campo, o efeito do campo torna-se cada vez mais perceptível.

Direção de um campo elétrico

Campo elétrico é uma grandeza vectorial cuja direção é definida como o sentido que uma carga de teste positiva seria empurrado quando colocada no campo. Assim , o campo de orientação de carga elétrica sobre uma fonte positiva é sempre dirigido para longe da fonte positiva. E o campo de direção elétrica sobre uma carga fonte negativa é sempre dirigido para a fonte negativa.

Campo Elétrico, Trabalho e Energia Potencial

Os campos elétricos são semelhantes aos campos gravitacionais – ambos envolvem forças de ação à distância. No caso de campos gravitacionais, a fonte do campo é um objeto com massa e as forças de ação à distância são exercidas sobre outras massas. Quando a gravidade funciona em cima de um objeto para movê-lo a partir de uma localização elevada para um local menor, a quantidade total de energia mecânica do objeto é conservada. No entanto, durante o curso do movimento de queda, houve uma perda de energia potencial (e um ganho de energia cinética). Quando a gravidade funciona em cima de um objeto para movê-lo na direção do campo gravitacional, então o objeto perde energia potencial. A energia potencial é armazenada inicialmente no objeto como resultado da sua posição vertical é perdida como o objeto se move sob a influência do campo gravitacional. Por outro lado, a energia seria necessária para mover um objeto de massa contra o seu campo gravitacional. Um objeto fixo não se move naturalmente contra o campo e ganha energia potencial. A energia na forma de trabalho teria que ser transmitida para o objeto de uma força externa, a fim de que para obter esta altura e a energia potencial correspondente.

O ponto importante a ser feito por esta analogia gravitacional é que o trabalho deve ser feito por uma força externa para mover um objeto contra a natureza – de baixo consumo de energia potencial para alta energia potencial. Por outro lado, os objetos se movem naturalmente de alta energia potencial para baixa energia potencial sob a influência da força de campo. É simplesmente natural para objetos para se deslocar de alta energia para baixo consumo de energia, mas o trabalho é necessário para mover um objeto de baixa energia para alta energia.

De um modo semelhante, para movimentar uma carga num campo elétrico contra a sua direção de movimento natural seria necessário um trabalho. O esforço do trabalho de uma força externa, por sua vez adiciona energia potencial ao objeto. A direção natural do movimento de um objeto é de alta energia para baixo consumo de energia, mas o trabalho deve ser feito para mover o objeto contra a natureza. Por outro lado, o trabalho não seria necessária para mover um objeto de um local de alta energia potencial para um local de baixa energia potencial. Quando este princípio é logicamente estendido para a movimentação de carga dentro de um campo elétrico, a relação entre o trabalho, a energia e o sentido que uma taxa movimentos torna-se mais evidente.

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Considere o diagrama ao lado, no qual uma carga positiva de origem é a criação de um campo elétrico e uma carga de teste positivo a ser movida contra o campo. No Diagrama A, a carga de teste positiva está sendo movida contra o campo de local A para o local de B. Mover a carga nesta direção seria como ir contra a natureza. Assim, o trabalho poderia ser necessário para movimentar o objeto a partir de uma localização para o local B e a carga de teste positiva seria a obtenção de energia potencial no processo. Isto seria comparável a mover massa contra a gravidade; trabalho seria necessário para causar um aumento na energia potencial gravitacional. No Diagrama B, a carga de teste positiva está sendo movida com o campo de um Local A para o Local B. Este movimento seria natural e não requer trabalho de uma força externa . O teste da carga positiva seria perder energia na movimentação do local A para  B . A localização seria análoga a uma massa que cai para baixo, o que iria ocorrer naturalmente e ser acompanhado por uma perda de energia potencial gravitacional. Pode-se concluir, a partir dessa discussão que o local de alta energia para uma carga de teste positivo é a localização mais próxima da fonte de carga positiva, e a localização de baixo consumo de energia é mais distante .

A discussão acima se refere à movimentação de uma carga de teste positiva dentro do campo elétrico criado por uma carga fonte positiva . Agora , vamos considerar o movimento da mesma carga de teste positiva dentro do campo elétrico criado por uma carga fonte negativa. O mesmo princípio em relação ao trabalho e energia potencial será utilizada para identificar os locais de alta e baixa energia.

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No Diagrama C, a carga de teste positiva é que se desloca de um local A para o local B na direção do campo elétrico . Este movimento seria natural – como uma massa caindo em direção à Terra . O trabalho não seria necessário para provocar tal movimento e seria acompanhado de uma perda de energia potencial. No Diagrama D , a carga de teste positiva está se movendo de local B para local A, contra o campo elétrico. Trabalho seria necessário para causar este movimento, seria análogo ao levantar uma massa dentro do campo gravitacional da Terra. Uma vez que a energia é transmitida para a carga de teste sob a forma de trabalho, a carga de teste positiva seria a obtenção de energia potencial , como resultado do movimento. Pode-se concluir, a partir dessa discussão que o local de baixo consumo de energia para uma carga de teste positiva é a localização mais próxima à uma carga negativa fonte e o local de alta energia é um local mais distante de uma carga fonte negativa.

 

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Escrito por George Cruz

Técnico em química, programador, graduando em engenharia mecânica, um amante do conhecimento, da boa música e da arte.

2 Comentários

  1. Muito bom o artigo, a analogia usada dentre os argumentos do texto foi de grande ajuda. O conceito de campo não é assim tão simples, mas é muito interessante (pelo menos eu acho), e os argumentos apresentados foram todos muito bem selecionados, gostei muito, parabéns pelo post e principalmente pelo site.

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campo elétrico pode influenciar a carga dentro de um circuito em que se move de um local para outro. O conceito de campo elétrico foi introduzido pela prime