Fisica3 (Eletromagnetismo)

28 CAPÍTULO 22
(a)
Transferência
de carga
Nuvem
(e)
T
h
l
h
z
' -q
--
,.._. -:--:._,,,.
Figura 22-9 (a) Fotografia de um sprite. (Cortesia da NASA) (b) Relâmpago no qual uma grande quantidade de cargas
negativas é transferida da terra para a base de uma nuvem. (e) O sistema nuvem-terra modelado como um dipolo elétrico
vertical.
' +q
ª
E= _1_ (200 C)(2)(6,0 X 10 3 m)
21ri:; 0 (30 X 10 3 m) 3 elétrons arrancados podem se chocar com outros átomos,
: fazendo com que emitam luz. O valor de Ec depende da
= 1,6 X 10 3 N/C. (Resposta)
A uma altitude z 2 = 60 km, temos:
E = 2,0 X 10 2 N/C.
(Resposta)
Como veremos na Seção 22-8, quando o módulo de
um campo elétrico excede um valor crítico Ec, o campo
pode arrancar elétrons dos átomos (ionizar átomos) e os
densidade do ar na região em que existe o campo elétrico;
quanto menor a densidade, menor o valor de Ec. A 60 km
de altitude, a densidade do ar é tão baixa que E = 2,0 X
10 2 N/C > Ec e, portanto, os átomos do ar emitem luz. É
essa luz que forma os sprites. Mais abaixo, a 30 km de
altitude, a densidade do ar é muito mais alta, E = 1,6 X
10 3 N/C < Ec e os átomos do ar não emitem luz. Assim, os
sprites são vistos muito acima das nuvens de tempestade.
22-6 Campo Elétrico Produzido por uma
Linha de Cargas
de cargas p C/m 3
Algum as M edidas de Carga Elétrica
Unidade
Nome Símbolo do SI
Carga q e
Densidade linear de
cargas À C/m
Densidade superficial
de cargas u C/m 2
Densidade volumétrica
Vamos agora discutir o caso de distribuições de cargas que envolvem um grande número
de cargas muito próximas (bilhões, talvez) distribuídas ao longo de uma linha,
superfície ou volume. Distribuições de cargas desse tipo podem ser consideradas
contínuas e calculamos o campo elétrico produzido pelas cargas usando os métodos
do cálculo em vez de somar, um a um, os campos produzidos por cargas pontuais.
Nesta seção, vamos discutir o campo elétrico produzido por uma linha de cargas;
na próxima seção, vamos estudar o campo produzido por uma superfície. O caso de
uma esfera uniformemente carregada será discutido no próximo capítulo.
Quando lidamos com distribuições contínuas de cargas, é conveniente expressar
a carga de um objeto em termos de uma densidade de cargas em vez da carga
total. No caso de uma linha de cargas, por exemplo, usamos a densidade linear
de cargas (ou carga por unidade de comprimento) À , cuja unidade no SI é o coulomb
por metro. A Tabela 22-2 mostra outras densidades de cargas que também
são usadas.
A Fig. 22-10 mostra um anel delgado de raio R com uma densidade linear de
cargas positivas À. Vamos supor que o anel é feito de plástico ou outro material não
condutor, o que faz com que as cargas permaneçam imóveis. Qual é o campo elétrico
Ê no ponto P, sobre o eixo central, a uma distância z do plano do anel?
Para obter a resposta, não podemos aplicar a Eq. 22-3, que é usada para calcular
o campo elétrico produzido por uma carga pontual, já que o anel, obviamente, não é
uma carga pontual. Entretanto, podemos mentalmente dividir o anel em elementos
de carga tão pequenos que se comportem como cargas pontuais e aplicar a Eq. 22-3
a cada um desses elementos. Em seguida, podemos somar os campos elétricos produzidos
no ponto P por esses elementos; o campo produzido pelo anel no ponto P é
a soma vetorial desses campos.