Lei de Coulomb e o Campo Elétrico

A lei de Coulomb descreve a força entre cargas pontuais estáticas e define o campo elétrico como a força por unidade de carga de teste.

Definition

A lei de Coulomb afirma que a força entre duas cargas pontuais atua ao longo da linha que as une, com magnitude proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da sua separação; o campo elétrico é a força resultante por unidade de carga de teste positiva em cada ponto do espaço.

Scope

Este tópico aborda a lei da força do inverso do quadrado entre cargas pontuais, o princípio da superposição, a definição do campo elétrico como um campo vetorial que circunda distribuições de carga, e o cálculo de campos a partir de distribuições de carga discretas e contínuas. Inclui testes experimentais do expoente do inverso do quadrado e o campo de geometrias simples, como linhas, folhas e esferas de carga.

Core questions

• Como a força eletrostática depende da magnitude da carga e da separação?
• Como o campo de uma distribuição de carga contínua é calculado por superposição?
• Com que precisão o expoente do inverso do quadrado foi verificado experimentalmente?

Key concepts

• carga pontual
• lei do inverso do quadrado
• superposição
• vetor campo elétrico
• carga de teste
• distribuição de carga contínua

Key theories

Lei da força do inverso do quadrado

A força entre cargas pontuais diminui com o inverso do quadrado da distância; experimentos de alta precisão restringem o expoente a desviar de 2 em menos de uma parte em um bilhão, o que é equivalente a limitar a massa do fóton.

Princípio da superposição

O campo total de muitas cargas é a soma vetorial dos campos de cada carga tomada individualmente, o que fundamenta as expressões integrais para o campo de distribuições contínuas.

Clinical relevance

O conceito de campo e as interações de Coulomb são a base para a compreensão de aceleradores de partículas, espectrometria de massa, ionização por eletrospray e forças eletrostáticas entre moléculas carregadas.

History

Coulomb publicou os resultados de sua balança de torção em 1785, embora Cavendish já tivesse inferido a lei do inverso do quadrado a partir da ausência de carga dentro de um condutor carregado. A representação de Faraday por linhas de campo na década de 1830 reformulou a ação à distância como um campo local, uma visão consolidada por Maxwell.

Key figures

• Charles-Augustin de Coulomb
• Henry Cavendish
• Michael Faraday

Seminal works

• jackson1998
• williams1971

Frequently asked questions

Qual é a diferença entre a força elétrica e o campo elétrico?

O campo elétrico é uma propriedade do espaço criada por cargas-fonte, definida como força por unidade de carga; a força elétrica é o que uma carga específica realmente experimenta quando colocada nesse campo, igual à sua carga multiplicada pelo campo.

Com que precisão a lei do inverso do quadrado é conhecida?

Experimentos modernos restringem qualquer desvio do expoente de exatamente 2 para abaixo de cerca de uma parte em 10^9, o que também estabelece um limite superior rigoroso para a massa de repouso do fóton.