Fisica3 (Eletromagnetismo)

CAPACITÂNCIA 12 1
8)
1
! +
de
9)
(a)
\i
X
+
t
1
(b)
O campo elétrico inicial
dentro deste dielétrico
apoiar é zero.
a
)O
Figura 25-14 (a) Moléculas com um momento dipolar permanente, orientadas
aleatoriamente na ausência de um campo elétrico externo. (b) Quando um campo elétrico é
aplicado, os dipolos elétricos se alinham parcialmente. O alinhamento não é completo por
causa da agitação térmica.
!-
n
p
dielétricas polares), os dipolos elétricos tendem a se alinhar com um campo elétrico
externo, como mostra a Fig. 25-14. Como as moléculas estão constantemente
se chocando umas com as outras devido à agitação térmica, o alinhamento não é
perfeito, mas tende a aumentar quando o campo elétrico aumenta ( ou quando a
temperatura diminui, já que, nesse caso, a agitação térmica é menor). O alinhamento
dos dipolos elétrico produz um campo elétrico no sentido oposto ao do
campo elétrico aplicado e com um módulo, em geral, bem menor que o do campo
aplicado.
2. Dielétricas apoiares. Mesmo que não possuam um momento dipolar elétrico
permanente, as moléculas adquirem um momento dipolar por indução quando
são submetidas a um campo elétrico externo. Como foi discutido na Seção 24-8
( veja a Fig. 24-11 ), isso acontece porque o campo externo tende a "alongar" as
moléculas, deslocando ligeiramente o centro das cargas negativas em relação ao
centro das cargas positivas.
A Fig. 25-l 5a mostra uma barra feita de um dielétrico apolar na ausência de um
ampo elétrico externo. Na Fig. 25-15b, um campo elétrico Ê 0 é aplicado através de
um capacitor, cujas placas estão carregadas da forma mostrada na figura. O resultado
é uma ligeira separação dos centros das cargas positivas e negativas no interior
da barra de dielétrico, que faz com que uma das superfícies da barra fique positiva
(por causa das extremidades positivas dos dipolos nessa parte da barra) e a superfície
oposta fique/egativa (por causa das extremidades negativas dos dipolos). A barra
orno um todo permanece eletricamente neutra e no interior da barra não existe exesso
de cargas positivas ou negativas em nenhum elemento de volume.
A Fig. 25-15c mostra que as cargas induzidas nas superfícies do dielétrico produzem
um campo elétrico E' no sentido oposto ao do campo elétrico aplicado Ê 0 .
O campo resultante E no interior do dielétrico (que é a soma vetorial dos campos Ê 0
e E') tem a mesma direção que Ê 0
, mas é menor em módulo.
Tanto o campo produzido pelas cargas superficiais dos dipolos induzidos nas
moléculas apolares (Fig. 25-15c) como o campo elétrico produzido pelos dipolos
permanentes das moléculas polares (Fig. 25-14) apontam no sentido oposto ao do
ampo aplicado. Assim, tanto os dielétricas polares como os apolares enfraquecem
o campo elétrico na região onde se encontram, que pode ser o espaço entre as placas
de um capacitar.
25-8 Dielétricos e a Lei de Gauss
:Em nossa discussão da lei de Gauss no Capítulo 23, supusemos que as cargas esta­
·am no vácuo. Agora vamos modificar e generalizar a lei para que possa ser aplicaao
interior de materiais dielétricas como os da Tabela 25-1. A Fig. 25-16 mostra
mn capacitar de placas paralelas com e sem um dielétrico no espaço entre as placas,
(a)
O campo elétrico aplicado
produz momentos dipolares
atômicos ou moleculares.
+
+
-+ -+ - + - +
+
+ - +
+ - + - + - +
-=
+
+
l
-+ -+ - +
+
- +
(b)
O campo produzido pelos
momentos dipolares se
opõe ao campo aplicado.
+ .
+
+_
+
+
- Ê'
+
+ E
~
+
+- -Eo +-
+
(e)
Figura 25-15 (a) Dielétrico apolar.
Os círculos representam os átomos
eletricamente neutros do material. (b)
As placas carregadas de um capacitor
produzem um campo elétrico; o campo
separa ligeiramente as cargas positivas
das cargas negativas do material. (e) A
separação produz cargas nas superfícies
do material; as cargas criam um campo
Ê' que se opõe ao campo aplicado E 0
•
O campo resultante Ê no interior do
material (a soma vetorial de E 0 e l.')
tem a mesma direção que E 0 e um
módulo menor.