Eletrostática: resumo, fórmulas e exercícios

Rafael C. Asth

Professor de Matemática e Física

Eletrostática é a área da eletricidade que lida com as cargas elétricas sem movimento, ou seja, em estado de repouso.

Ela investiga as propriedades das cargas elétricas, seus efeitos e interações estáticas, ou seja, paradas.

A eletrostática abrange uma variedade de fenômenos, como a atração e repulsão entre cargas, os campos elétricos ao redor, as forças elétricas em objetos carregados e a influência de condutores e isolantes na distribuição de cargas.

Carga Elétrica

As cargas elétricas são o resultado da atração ou repulsão das cargas. Cargas semelhantes se repulsam, enquanto as contrárias se atraem.

Elas são medidas em coulomb e a menor dessas cargas encontrada na natureza é a carga elementar (e = 1,6 .10^-19 C).

A fórmula da carga elétrica é:

Q = n.e

Onde,

Q = carga elétrica
n = quantidade de elétrons
e = carga elementar

Força eletrostática

Força eletrostática é a força de interação eletrostática entre duas cargas elétricas através da atração e da repulsão.

Ela é calculada pela Lei de Coulomb, expressa pela seguinte fórmula:

Onde,

k = constante eletrostática
q1 e q2 = cargas elétricas
r = distância entre as cargas

A constante eletrostática, também conhecida como constante de Coulomb, é influenciada pelo meio onde as cargas elétricas se encontram. Assim, a constante eletrostática influencia o valor da força.

Geralmente no vácuo, o seu valor é 9.10⁹ N.m² /C², mas ela pode aparecer em outros meios, por exemplo:

• Água 1,1.10⁸ N.m² /C²
• Benzeno 2,3.10⁹ N.m² /C²
• Petróleo 3,6.10⁹ N.m² /C²

Energia eletrostática

Energia eletrostática ou energia potencial elétrica é a energia produzida pelo excesso de cargas elétricas em atrito. Ela é medida pela seguinte fórmula:

Onde,

k = constante eletrostática
Q = carga fonte
q = carga de prova ou teste
d = distância entre cargas

Campo Elétrico

Campo elétrico é o local onde as cargas elétricas se concentram, cuja intensidade é medida através da fórmula:

Onde,

E = campo elétrico
F = força elétrica
q = carga elétrica

Potencial Elétrico

Onde:

V = Potencial elétrico
Ep = energia potencial
Q = Carga elétrica

Diferença de Potencial

U = v_b - v_a

Onde,

U = diferença de potencial
v_a = potencial elétrico em a
v_b = potencial elétrico em b

Saiba mais:

• Potência Elétrica
• Processos de Eletrização
• Corrente Elétrica
• Eletrostática: Exercícios

Eletrostática vs Eletrodinâmica

Enquanto a Eletrostática estuda as cargas elétricas sem movimento, a Eletrodinâmica estuda as cargas em movimento.

Eletrostática e Eletrodinâmica são, portanto, áreas de estudo da física que se dedicam a diferentes aspectos da eletricidade.

Além dessas áreas, há também o Eletromagnetismo, que estuda a capacidade da eletricidade em atrair e reprimir polos.

Veja:

• Eletrodinâmica
• Eletricidade
• Eletromagnetismo

Blindagem Eletrostática

A blindagem eletrostática torna o campo elétrico nulo. Isso acontece em decorrência da distribuição de cargas elétricas em excesso num condutor. As cargas de mesmo sinal tem a tendência de se afastar até que atingem o repouso.

Foi o que Michael Faraday provou com a Gaiola de Faraday. Nesse experimento, o químico sentou-se numa gaiola submetida à descarga elétrica e saiu dela sem que nada acontecesse com ele.

Leia também sobre:

• Lei de Faraday
• Constante de Faraday

Exercícios de eletrostática resolvidos

Exercício 1

(UDESC-2013) Duas esferas idênticas, A e B, feitas de material condutor, apresentam as cargas +3e e -5e, e são colocadas em contato. Após o equilíbrio, a esfera A é colocada em contato com outra esfera idêntica C, a qual possui carga elétrica de +3e. Assinale a alternativa que contém o valor da carga elétrica final da esfera A.

a) +2e
b) -1e
c) +1e
d) -2e
e) 0e

Veja também: Carga Elétrica: Exercícios

Exercício 2

(UFRR-2016) Um plano retangular de área A, no sistema internacional (SI), é carregado com carga elétrica +Q, distribuída uniformemente em toda a superfície. Qual será a densidade de carga elétrica dessa região?

a) Valor variável em unidades de coulomb/m
b) +Q/A coulomb/m²
c) +Q coulomb/m⁴
d) -Q coulomb/m⁵
e) 10 Q coulomb/m

Veja também: Lei de Coulomb - Exercícios

Exercício 3

(UEL-2011) O caráter hidrofóbico do poliuretano está associado à força de repulsão eletrostática entre as moléculas do material e as moléculas de água, fenômeno físico que ocorre entre corpos com cargas elétricas de mesmo sinal. É correto afirmar que a força de repulsão eletrostática

a) tem sentido contrário à força de atração eletrostática entre corpos eletricamente neutros
b) é maior entre dois corpos com mesma carga elétrica +Q do que entre dois corpos com mesma carga elétrica -Q
c) será duas vezes maior se a distância entre os corpos carregados for reduzida à metade
d) aumenta com o quadrado da distância entre corpos eletricamente carregados
e) é diretamente proporcional à quantidade de carga para corpos eletricamente carregados

Veja também: Força Elétrica

Rafael C. Asth

Professor de Matemática licenciado, pós-graduado em Ensino da Matemática e da Física e Estatística. Atua como professor desde 2006 e cria conteúdos educacionais online desde 2021.