Condutores em equilíbrio eletrostático – pontas, gaiola de Faraday, esferas ligadas e dielétricos
FísicaCampos elétricos e magnéticosIdades 16–17
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Coloque um condutor (redondo, em forma de pera com uma ponta, uma barra ou uma caixa oca) num campo elétrico uniforme e deixe seus elétrons livres se moverem: eles se acumulam de um lado até o campo interno ser zero, as linhas de campo chegam perpendiculares à superfície e a densidade superficial de carga σ é maior na ponta; a caixa oca blinda sua cavidade. A tela Esferas ligadas une com um fio duas esferas carregadas de raios diferentes, e a carga flui até os potenciais ficarem iguais, q₁/r₁ = q₂/r₂. A tela Dielétrico mostra uma placa se polarizando, com cargas ligadas que reduzem o campo interno por um fator εᵣ.
Aula: Condutores em equilíbrio eletrostático: campo nulo no interior, carga na superfície externa, poder das pontas e gaiola de Faraday; contato entre condutores; dielétricos num campo elétrico
O que mostra
No equilíbrio eletrostático os elétrons livres de um condutor param de se mover, então o campo elétrico dentro do metal é zero. Toda carga em excesso ou induzida fica na superfície externa, o condutor inteiro tem um só potencial e o campo logo fora é perpendicular à superfície, com E = σ/ε₀. A carga se concentra onde a superfície é mais curva; por isso os para-raios são pontiagudos. Um condutor oco fechado blinda sua cavidade. Dois condutores ligados por um fio trocam carga até seus potenciais ficarem iguais. Num dielétrico, as cargas ligadas reduzem o campo a E₀/εᵣ.
Como usar
Em Condutor num campo, escolha a Forma do condutor, ajuste Campo externo E₀ e Carga por metro de comprimento λ e clique em Deixar as cargas se moverem: o campo interno cai a zero. Arraste a sonda e clique em Registrar. Em Esferas ligadas, ajuste os raios e as cargas iniciais e clique em Ligar. Em Placa dielétrica, mude a Permissividade relativa εᵣ ou escolha Metal.
Parâmetros que você pode mudar
- Tela Condutor num campo, Esferas ligadas, Placa dielétrica
- Forma do condutor Redondo, Pera (ponta), Barra, Caixa oca
- Campo externo E₀ 0–5000 V/m
- Carga do condutor por metro de comprimento λ -30–30 nC/m
- Linhas de campo
- Equipotenciais
- Raio da esfera 1 r₁ 1–10 cm
- Raio da esfera 2 r₂ 1–10 cm
- Carga inicial q₁ -20–20 nC
- Carga inicial q₂ -20–20 nC
- Placa entre as armaduras Dielétrico, Metal
- Permissividade relativa εᵣ 1–10
Perguntas para explorar
- Por que o campo elétrico dentro de um metal é zero quando suas cargas param de se mover?
- Por que tanta carga se acumula na ponta de um para-raios?
- Depois de ligar duas esferas, qual tem maior densidade superficial de carga, e por quê?
