Trabalho da força elétrica em campos elétricos uniformes


O trabalho, no estudo da física, corresponde a uma grandeza escalar que denota a relação que existe entre a força e o deslocamento. Sendo assim, é possível concluir que há trabalho a partir do momento que uma força é aplicada em um determinado corpo, provocando assim o seu deslocamento. Portanto, quando a força não provoca o deslocamento desse corpo, não há trabalho.

Trabalho da força elétrica em campos elétricos uniformes

No Sistema Internacional de Unidades, a unidade que representa o trabalho é o Joule, simbolizado pela letra “j”.
Os tipos de trabalho são:

– Trabalho nulo: Quando é igual a zero.

– Trabalho resistente: Nesse caso a força e o deslocamento contam com sentidos contrários.

– Trabalho Potente/Motor: A força e o deslocamento se encontram no mesmo sentido.

Além disso, o trabalho corresponde a um número real. Tal número pode ser positivo ou negativo. Caso a força atua no sentido do deslocamento, o trabalho será considerado positivo, ou seja, há uma quantidade de energia que está a ser aplicada no corpo. Por outro lado, uma força que atue no sentido contrário ao deslocamento tem a capacidade de retirar energia do corpo.

É importante salientar também que existem duas condições para que uma força consiga realizar trabalho. São elas:

– Deve haver deslocamento

– Deve agir uma força na direção do deslocamento

O estudo do trabalho em física também abrange noções de força elétrica e de força conservativa. Sendo assim é possível concluir que:

– Força elétrica é igual a força conservativa: Isso ocorre porque o trabalho feito tem a capacidade de ficar armazenado como energia.

– Trabalho da força elétrica: Ele depende do ponto inicial e final, sem necessariamente depender da trajetória.

As características do trabalho da força elétrica em campos uniformes

Um campo elétrico é considerado uniforme em um determinado local do espaço caso ele apresentar as mesmas características em todos os pontos que ele possui. Sendo assim, as suas linhas de campo elétrico serão paralelas.

Um campo elétrico uniforme pode ser originado por duas placas metálicas paralelas, em tais placas pode ser estabelecida uma diferença de potencial. Além disso, uma carga elétrica que é posta em algum ponto aleatório do campo uniforme experimenta uma força elétrica que possui a mesma intensidade e também o mesmo sentido.

Um exemplo que pode ilustrar tal conceito é a de dois condutores que são planos, próximos e paralelos. Caso ambos forem carregados com cargas de valor igual absoluto, porém dotadas de sinais contrários, o campo elétrico que se irá se formar entre os dois será de caráter uniforme.

A equação que é utilizada com o intuito de efetuar o cálculo da intensidade do vetor do campo elétrico é a seguinte:
E = F/q

Nesse caso temos as seguintes sentenças:

– E: Vetor do campo elétrico

– F: É a força elétrica

– q: É a carga de prova

Além disso, no campo elétrico uniforme, as linhas de força são paralelas com distâncias iguais.

As linhas de força possuem as seguintes características:

– São originárias de cargas positivas e vão parar em cargas negativas

– Elas são tangenciadas pelo campo elétrico

– Nunca ocorre o cruzamento entre duas linhas de força

– O campo elétrico conta com intensidade que é proporcional à intensidade de linhas de força.

O trabalho como grandeza física

Quando existe uma troca em um determinado sistema físico, é possível afirmar que um trabalho foi realizado. A transferência de energia existe a partir do momento em que uma força F atua sobre um objeto tendo a capacidade de deslocar o mesmo por uma distância d, ao longo de uma linha onde exista uma projeção que seja diferente de zero da respectiva força. O trabalho, nesse caso, corresponde a medida da quantidade de energia que foi gasta durante esse processo.

Para representar essa afirmação de maneira matemática, temos a seguinte equação:
τ = F . d . cosα

As variáveis da equação citada acima são:

– T: Corresponde ao trabalho realizado pela força

– F: Corresponde a força aplicada

– D: Corresponde ao deslocamento

– cosα: Corresponde ao cosseno do ângulo existente entre a direção da força aplicada e o deslocamento que é efetuado.

A unidade que geralmente é utilizada para calcular o trabalho é o Joule, que também é usado com o intuito de medir a energia térmica, que é o calor. O Joule recebe esse nome em homenagem ao cientista britânico James Prescoutt Joule. Teoricamente falando, é possível aferir que um Joule compreende a quantidade de energia equivalente a aplicação de uma força de um Newton em um determinado percurso de um metro.

Vale salientar também que, em termos de unidade elétrica, um joule corresponde a um coulomb, que é a unidade de carga elétrica utilizada pelo Sistema Internacional.
Além disso, há também outras unidades que podem ser definidas em termos de joule, tais como o watt-hora e o quilowatt-hora.