Condutores Esféricos e Pontiagudos Eletrostática Condutores Esféricos e Pontiagudos Professor Sandro Dias Martins

Potencial elétrico Potencial elétrico: Agora, quando as dimensões do corpo não puderem ser desprezadas, temos duas situações a considerar: Condutor esférico e Condutor pontiagudo.

Introdução Para um corpo de pequenas dimensões e carregado de eletricidade, desprezamos o seu volume e consideramos como se fosse uma carga elétrica puntiforme, ou seja, uma carga elétrica concentrada num ponto. Nesse caso: Campo elétrico:

Condutor Esférico A carga elétrica em uma esfera condutora, em equilíbrio eletrostático e isolada de outras cargas, distribui-se uniformemente pela sua superfície, devido à repulsão elétrica.

Condutor Esférico Sejam R o raio da esfera e d a distância de centro da esfera até o ponto onde se querem o campo elétrico E e o potencial elétrico V.

Condutor Esférico Para pontos: 1) Externos à esfera Para pontos externos à esfera (d >R), consideramos como se a carga fosse puntiforme e localizada no centro da esfera:

Condutor Esférico

Condutor Esférico 2) Na superfície da esfera A intensidade do campo elétrico na superfície da esfera fica reduzido à metade do campo elétrico muito próximo dessa superfície. Entretanto, o potencial elétrico coincide com o potencial de um ponto muito próximo. Superfície – (d = R)

Condutor Esférico

Condutor Esférico 3) No interior da esfera A intensidade do vetor campo da esfera, a intensidade do campo elétrico é nula e o potencial elétrico coincide com o da superfície. Interior – (d < R)

Condutor Esférico

Condutor Esférico Observação: A intensidade do vetor campo elétrico no interior de um condutor carregado de eletricidade e em equilíbrio eletrostático é sempre nula.

Diagrama E x d para uma Esfera Dada uma esfera condutora, carregada e em equilíbrio eletrostático:

Diagrama E x d para uma Esfera A intensidade do campo elétrico na região da esfera se comporta em função da distância, de acordo com o diagrama a seguir:

Diagrama E x d para uma Esfera Epróx – intensidade do campo elétrico próximo da superfície. Esup – intensidade do campo elétrico na superfície da esfera. Eint – intensidade do campo elétrico no interior da esfera. Eext – intensidade do campo elétrico em pontos externos da esfera.

Diagrama V x d para uma Esfera Dada uma esfera condutora, carregada e em equilíbrio eletrostático:

Diagrama V x d para uma Esfera O potencial elétrico na região da esfera se comporta de acordo com os diagramas a seguir:

Condutor Pontiagudo Num condutor de eletricidade, carregado e em equilíbrio eletrostático, as cargas elétricas se distribuem pela sua superfície. Tal fato ocorre devido à repulsão elétrica que ocorre entre elas.

Condutor Pontiagudo Verifica-se que num condutor pontiagudo, além das cargas se distribuírem pela sua superfície, elas se concentram em maior densidade superficial nas regiões de pontas. Tal fenômeno é conhecido como poder das pontas

Condutor Pontiagudo Devido ao poder das pontas, podemos explicar o funcionamento do para-raios.

Pára-Raios Nos dias quentes, as camadas de ar se movem rapidamente (convecção) e isso provoca um alto atrito entre o ar e as nuvens e entre as próprias camadas das nuvens. Tais atritos geram cargas elétricas. Algumas nuvens adquirem, no atrito, cargas elétricas positivas e outras negativas.

Pára-Raios O pára-raios, devidamente aterrado, sofre indução e se eletriza com carga elétrica de sinal contrário ao da nuvem.

Pára-Raios Devido ao poder das pontas, e por isso o pára-raios é pontiagudo, este vai acumular uma densidade superficial de cargas elétricas maior do que na superfície da Terra.

Pára-Raios No momento em que o ar não conseguir mais suportar o campo elétrico criado pelas cargas elétricas, nuvem e pára-raios, ocorre a descarga, ou seja, o raio. No momento do raio, dizemos que a rigidez dielétrica do ar foi vencida.

Pára-Raios A luz emitida pelo raio (relâmpago) ocorre devido ao efeito Joule, ou seja, aquecimento do ar que ocorre a milhares de graus Celsius. O som emitido pelo raio (trovão) ocorre pelas ondas mecânicas geradas na expansão do ar, devido ao seu aquecimento.

Pára-Raios Observação: A blindagem eletrostática é determinada pelo campo elétrico sendo nulo no interior de um condutor carregado e em equilíbrio eletrostático.