Conteúdos

Campo elétrico e linhas de força do campo elétrico.

Objetivos

– Compreender o conceito de campo elétrico;
– Compreender o conceito de linha de força;
– Utilizar um simulador de campo elétrico para estudar o comportamento do campo elétrico resultante.

1ª Etapa: Início de Conversa

O conceito de campo é um dos mais complexos conceitos da Física, mas isso não significa que seja difícil para os alunos compreendê-lo. No entanto, por ser muito abstrato o conceito de campo requer analogias e experimentos que ajudem o aluno construir uma “imagem” de algo que, na verdade, é invisível e insensível a nós de forma direta. Não temos como sentir diretamente e nem como enxergar, o campo gravitacional, o campo magnético ou o campo elétrico, por exemplo.
Nesta atividade vamos estudar o campo elétrico utilizando também uma atividade experimental e um simulador de campo elétrico para ajudar-nos a compreender e “visualizar” melhor esses conceitos por meio de imagens que sirvam como analogias válidas para o campo.
Confira as imagens no documento anexo, na seção Material de Apoio.
Nessa primeira etapa o professor deve apresentar o tema de estudo, “Campo elétrico”, e estimular um debate rápido sobre o que os alunos pensam sobre o tema. Algumas perguntas podem orientar esse debate e ajudar em uma diagnose dos conhecimentos prévios dos alunos:
1. O que a palavra “campo” significa para você? Dê alguns exemplos.
[Aqui poderão surgir significados curiosos como “campo de futebol”, “campo de golfe”, “campo de petróleo”, etc., mas pode também surgir “campo magnético” e “campo gravitacional”?]
2. Qual a característica do campo gravitacional?
3. Qual a característica do campo magnético?
4. Como podemos descobrir/aprender algo sobre os campos gravitacional e magnético?
5. E o campo elétrico, o que seria?
A partir das respostas dos alunos o professor pode ir elencando temas para tratar conjuntamente durante a atividade, bem como pode recuperar um repertório de conhecimentos prévios dos alunos sobre outros campos (gravitacional e magnético) que poderão ajudar em analogias durante a aula. Uma boa ideia consiste em anotar na lousa as dúvidas que surgirem e, ao final, fotografar a lousa para registrar essas dúvidas. Parte delas podem também ser dúvidas do próprio professor e poderão se transformar em objeto para pesquisas na internet ou na biblioteca da escola.
É importante que nesse momento os alunos tenham a palavra e que as suas dúvidas sejam anotadas e não respondidas. O objetivo é despertar a curiosidade, o interesse e diagnosticar o que os alunos já sabem e o que precisam saber ou aperfeiçoar.

2ª Etapa: Definindo e caracterizando o Campo elétrico

A ideia de “campo” surgiu devido à necessidade de compreender como é possível que as coisas interajam trocando forças à distância, mesmo quando não há um meio material entre elas. As forças gravitacional e magnética, por exemplo, são trocadas entre corpos separados uns dos outros e não parece que seja necessária nenhuma ligação entre eles para que as forças atuem.
Para explicar como é possível ter essa interação à distância entre duas cargas elétricas, o inglês Michael Faraday imaginou que os corpos que interagem à distância estariam ligados entre si por uma série de linhas imaginárias que nascem nos corpos com carga positiva e morrem nos corpos com carga negativa. Essas linhas são chamadas impropriamente de linhas de força e, na verdade, são uma representação geométrica do campo elétrico existente no espaço ao redor das cargas.
Embora essas linhas de força não possuam existência física, elas nos possibilitam entender que há algo no espaço entre as cargas, que depende delas a que as afeta produzindo forças.
Dessa forma, se tivermos uma única carga elétrica em um dado ponto do espaço, por si só ela já cria um campo ao redor que se estende, na verdade, por todo o espaço e pode ser representado por linhas de força.
Assim, ao colocarmos uma carga elétrica em algum lugar do espaço onde já exista um campo elétrico, a carga passa a sentir o efeito desse campo, sofrendo a ação de uma força que tem sempre o sentido do campo elétrico, mas que pode ter o mesmo sentido do campo (se a carga for positiva) ou o sentido oposto ao do campo (se a carga for negativa). Representando o campo elétrico pela letra E, a carga elétrica por q, o lugar do espaço onde a carga está pelo ponto P e a força elétrica que surge na carga pela expressão Fe, temos o esquemapresente no documento anexo, na seção Material de Apoio.
Observe que a força elétrica é um vetor, por isso colocamos uma seta sobre a letra que a representa e, da mesma forma, o campo elétrico também precisa ser um vetor e colocaremos uma seta sobre a letra E.
A intensidade do campo elétrico em um ponto P, imaginado por Faraday, representa fisicamente a quantidade de força que é aplicada num corpo para cada coulomb (unidade de carga elétrica) colocado nesse ponto. Matematicamente isso pode ser escrito na forma presente no documento anexo, na seção Material de Apoio.
Assim, na notação vetorial, também podemos escrever que o vetor força é um múltiplo (ou submúltiplo) do vetor campo elétrico e que este tem sempre a direção da tangente à linha de força no ponto considerado. Confira a figura no documento anexo, na seção Material de Apoio.
Por fim, podemos calcular a intensidade do campo elétrico criado por uma carga elétrica a partir de sua definição dada acima e da lei de Coulomb. Confira a fórmula no documento anexo, na seção Material de Apoio.
Note que nessa última expressão o campo E depende apenas do espaço (caracterizado pela constante k), da carga que o criou (Q) e da distância d do ponto P considerado até a carga geradora. Portanto, o campo elétrico é uma propriedade associada ao espaço e depende apenas da carga que o cria (e do próprio espaço).
É claro que se tivermos diversas cargas, cada uma criará seu próprio campo elétrico de maneira que o campo resultante no espaço será uma composição (uma soma vetorial) dos campos criados por cada carga. As linhas de força nos ajudam a visualizar o campo resultante de várias cargas. A figura mostra as linhas de forças que representam o campo criado por duas cargas elétricas. Para mais cargas a disposição das linhas será diferente e refletirá sempre a soma vetorial dos campos de todas as cargas. O simulador de campos sugerido na atividade prática nos ajudará a estudar casos mais complexos.
Campos elétricos, em unidades do Sistema Internacional, são medidos em N/C ou V/m.

3ª Etapa: Atividade prática

Nessa etapa o professor deve realizar com os alunos atividades de exploração e análise do campo elétrico criado por uma ou mais cargas utilizando o “Roteiro de experimentação:  Campo elétrico, link 3 e o simulador de campo elétrico, link 2 fornecido na seção “Para Organizar o Seu Trabalho e Saber Mais”.
O vídeo “Telecurso2000 – Aula 38/50 – Física – Campo elétrico”, link 1 pode ser apresentado em substituição à apresentação teórica ou como fundamentação para as atividades práticas desse roteiro. De qualquer forma, sugerimos que seja apresentado antes da atividade prática ou, se o professor preferir não utilizá-los em aula, que seja sugerido como tarefa de revisão para casa.
A dinâmica de trabalho para a atividade prática deve contar com grupos de 2 alunos por computador (ou mais, apenas se necessário em função do número de computadores disponíveis). Parte importante dessa atividade consiste na própria “exploração” do simulador, de maneira que o professor não precisa preparar um roteiro de uso do simulador (embora possa fazê-lo, se preferir).
As questões propostas para discussão podem ser estendidas pelo professor, acrescentando outras, e pelos próprios alunos que devem ser instigados a fazerem perguntas. Tudo aquilo que não puder ser respondido/compreendido durante a discussão pode ser transformado em tema de pesquisa para os alunos.

4ª Etapa: Finalização

Para a finalização desse roteiro sugerimos que os alunos sejam convidados a construírem algumas das montagens experimentais mostradas no vídeo “Telecurso2000 – Aula 38/50 – Física – Campo elétrico”. Também pode ser sugerida uma pesquisa de vídeos no Youtube que apresentem outras demonstrações práticas da presença do campo elétrico; as descobertas dos alunos podem ser compartilhadas em um documento eletrônico do professor compartilhado com os alunos no Google Drive, por exemplo.

Materiais Relacionados

2 – Simulador de campo elétrico e campo de potencial elétrico, “Cargas e campos”;

Arquivos anexados

  1. Campo elétrico

Deixe um comentário

Seja o Primeiro a Comentar!

wpDiscuz

Talvez Você Também Goste

Classificação dos climas brasileiros

Plano de aula permite compreender fatores que influenciam a climatologia

Avatar Autor: Leonardo Moreno Domingues

Teorema de Pitágoras e um chute no travessão

Material possibilita fazer cálculos aproximados de distância e velocidade média utilizando o futebol como exemplo

Avatar Autor: Amanda Oliveira Calazans

Abolição da escravatura no Brasil

Material possibilita estudar o assunto como resultado de processo envolvendo diversos agentes e fatores

Avatar Autor: Suzane Jardim

Question Tags

Aprenda dicas, casos especiais e exceções para utilizar esses complementos da língua inglesa

Avatar Autor: Leonardo Moreno Domingues

Receba NossasNovidades