O campo elétrico (E) entre duas placas paralelas é uniforme e calculado como E = V/d, onde V é a diferença de potencial e d é a separação das placas. Sua direção é da placa positiva para a negativa. A intensidade do campo é diretamente proporcional a V e inversamente proporcional a d. No vácuo, E também é igual a σ/ε₀, onde σ é a densidade de carga superficial e ε₀ é a permissividade do espaço livre (8.854 x 10⁻¹² F/m). Esta configuração é fundamental em capacitores, determinando capacitância e energia potencial elétrica.
Explore como a Lei de Gauss é aplicada para calcular o campo elétrico entre duas placas e entenda o funcionamento do campo elétrico de um capacitor neste artigo esclarecedor. Mergulhe nos princípios da física e aprimore sua compreensão com exemplos práticos e claros.
O campo elétrico entre duas placas:
A campo elétrico é uma propriedade elétrica que está ligada a qualquer carga no espaço. Assim, o campo elétrico é qualquer quantidade física que assume diferentes valores de força elétrica em diferentes pontos de um determinado espaço.
Um campo elétrico é uma área ou região onde cada ponto dele experimenta uma força elétrica.
Os campos elétricos podem ser descritos de uma maneira geral como força elétrica por unidade de carga.
Para um plano infinito com carga uniforme por unidade de área, denotado por 
(sigma), o campo elétrico ( E ) pode ser expresso matematicamente como:
Nesta expressão:
representa a densidade de carga superficial (carga por unidade de área).
é a permissividade do espaço livre.
surge porque o campo elétrico é gerado em duas direções opostas do plano.
representa a densidade de carga superficial (carga por unidade de área).
é a permissividade do espaço livre.
surge porque o campo elétrico é gerado em duas direções opostas do plano.Vejamos o campo elétrico quando duas placas carregadas estão envolvidas.
Um campo elétrico uniforme existe entre duas placas carregadas:
De acordo com a lei de Coulomb, o campo elétrico em torno de uma carga pontual diminui à medida que a distância dela aumenta. No entanto, um campo elétrico homogêneo pode ser criado alinhando duas placas condutoras infinitamente grandes paralelas entre si.
Se em cada ponto de um determinado espaço, o módulo do vetor campo elétrico 
permanece constante, então o campo elétrico é descrito como um campo elétrico uniforme. Esta condição é matematicamente representada como 
, Onde 
denota a magnitude do campo elétrico.
As linhas de campo de um campo elétrico uniforme tendem a ser paralelas entre si, e o espaço entre elas também é igual.
Linhas de campo paralelas e um campo elétrico uniforme entre duas placas paralelas fornecem a mesma atração e força de repulsão na carga de teste, não importa onde ela esteja no campo.
As linhas de campo são sempre traçadas de regiões de alto potencial para baixo potencial.
A direção de um campo elétrico entre duas placas:
O campo elétrico viaja de uma placa carregada positivamente para uma placa carregada negativamente.
Por exemplo, suponha que a placa superior seja positiva e a placa inferior negativa, então a direção do campo elétrico é dada conforme mostrado na figura abaixo.
Cargas positivas e negativas sentem a força sob a influência do campo elétrico, mas sua direção depende do tipo de carga, seja positiva ou negativa. Cargas positivas sentem forças na direção do campo elétrico, enquanto cargas negativas sentem forças na direção oposta.
O campo elétrico entre duas placas paralelas com a mesma carga:
Suponha que temos duas placas infinitas paralelas entre si, com densidade de carga positiva ර. Agora, aqui calculamos o campo elétrico resultante devido a estas duas placas paralelas carregadas.
Ambos os campos elétricos se opõem no centro das duas placas. Como resultado, eles se cancelam, resultando em um campo elétrico líquido zero no interior.
Ein = 0
Ambos os campos elétricos apontam na mesma direção fora das placas, ou seja, nos lados esquerdo e direito. Assim, sua soma vetorial será? /? 0.
Fora = E1 + E2
O campo elétrico entre duas placas paralelas de carga oposta:
Suponha que temos duas placas com densidades de carga +σ e -σ . A distância d separa essas duas placas.
Placa com densidade de carga positiva produz um campo elétrico de 
. E a direção dela é para fora ou para longe da placa, enquanto a placa com densidade de carga negativa tem direção oposta, ou seja, direção para dentro.
Então, quando usamos o princípio de superposição em ambos os lados das placas fora e dentro das placas, então podemos ver que fora da placa, ambos os vetores do campo elétrico têm a mesma magnitude e direção oposta, e assim, ambos os campos elétricos se cancelam. . Então, fora das placas, não haverá campo elétrico.
Fora=0
Como elas se reforçam na mesma direção, o campo elétrico resultante entre as duas placas é 
.
Eem = EMais de 1 E2
Este é o fato que estamos usando para formar um capacitor de placas paralelas.
O campo elétrico entre duas placas dada a tensão:
Em física, tanto a diferença de potencial AV quanto o campo elétrico E são usados para descrever qualquer distribuição de carga. A diferença de potencial 
está intimamente relacionado com a energia. enquanto campo elétrico E está relacionado com a força.
E é uma quantidade vetorial, o que implica que tem magnitude e direção, enquanto é uma variável escalar sem direção.
Quando uma tensão é aplicada entre duas placas condutoras paralelas uma à outra, ela cria um campo elétrico uniforme.
A intensidade do campo elétrico é diretamente proporcional à tensão aplicada e inversamente proporcional à distância entre duas placas.
O campo elétrico entre dois capacitores de placa paralela:
Capacitor de placa paralela:
Um capacitor de placa paralela compreende duas placas de metal condutor que são conectadas em paralelo e separadas por uma certa distância. Um meio dielétrico preenche a lacuna entre as duas placas.
O meio dielétrico é um material isolante e pode ser ar, vácuo ou alguns materiais não condutores, como mica, vidro, gel eletrolítico, lã de papel, etc. O material dielétrico impede que a corrente passe através dele devido à sua propriedade não condutora.
No entanto, quando a tensão é aplicada às placas paralelas, os átomos do meio dielétrico irão polarizar sob o efeito do campo elétrico. O processo de polarização formará dipolos, e essas cargas positivas e negativas se acumularão nas placas do capacitor de placas paralelas. Uma corrente flui através do capacitor à medida que as cargas se acumulam até que a diferença de potencial entre duas placas paralelas equalize o potencial da fonte.
A intensidade do campo elétrico do capacitor não deve exceder a intensidade do campo de degradação do material dielétrico em capacitores de placa paralela. Se a tensão de operação do capacitor ultrapassar seu limite, a quebra dielétrica provoca um curto-circuito entre as placas, destruindo o capacitor imediatamente.
Assim, para proteger o capacitor de tal situação, não se deve ultrapassar o limite de tensão aplicada e escolher a faixa dos capacitores de tensão.
O campo elétrico entre o capacitor de placa paralela:
A figura a seguir ilustra o capacitor de placa paralela.
Neste caso, pegaremos duas grandes placas condutoras paralelas e separá-las por d. A lacuna é preenchida com o meio dielétrico, conforme mostrado na figura. A distância d entre duas placas é significativamente menor do que a área de cada placa. Portanto, podemos escrever d <
Aqui, a densidade de carga da primeira placa é 
, e a densidade de carga da segunda placa é 
. A placa 1 carrega uma carga total (Q) e a placa 2 tem uma carga total (-Q).
Conforme observado anteriormente, quando duas placas paralelas com distribuições de carga opostas são colocadas próximas uma da outra, o campo elétrico na região externa será zero.
Consequentemente, o campo elétrico resultante no centro do capacitor de placas paralelas pode ser calculado da seguinte forma:
E = E_1 + E_2
Onde:
- é a densidade de carga superficial da placa.
é a permissividade do material dielétrico usado nos capacitores.
é a densidade de carga superficial da placa.
é a permissividade do material dielétrico usado nos capacitores.Pela equação acima, podemos dizer que o meio dielétrico causa uma diminuição na intensidade do campo elétrico, mas é usado para obter maior capacitância e manter as placas condutoras entrando em contato.
A magnitude do campo elétrico entre duas placas carregadas:
Se duas placas indefinidamente grandes são levadas em consideração, nenhuma tensão é fornecida, então a magnitude do campo elétrico de acordo com a lei de Gauss deve ser constante. Mas o campo elétrico entre duas placas, como afirmamos anteriormente, depende da densidade de carga das placas.
Portanto, se duas placas têm as mesmas densidades de carga, então o campo elétrico entre elas é zero e, no caso de densidades de carga opostas, o campo elétrico entre duas placas é dado pelo valor constante.
Quando as placas carregadas recebem uma tensão, a magnitude do campo elétrico é decidida pela diferença de potencial entre elas. Uma diferença de potencial maior cria um campo elétrico forte, enquanto uma distância maior entre as placas leva ao campo elétrico fraco.
Portanto, a distância entre as placas e a diferença de potencial são os fatores essenciais para a intensidade do campo elétrico.
Perguntas Frequentes
Por que o campo elétrico entre placas paralelas é uniforme?
O campo elétrico entre placas paralelas é uniforme porque as placas são infinitas e as cargas são distribuídas uniformemente nas placas. Isto resulta em um campo elétrico constante que é direcionado da placa carregada positivamente para a placa carregada negativamente. O linhas de campo são retas e paralelas, indicando um campo uniforme.
Qual é o campo elétrico entre duas placas paralelas?
O campo elétrico (E) entre duas placas paralelas é dado por a formaulan E = V/d, onde V é a diferença de potencial (tensão) entre as placas e d é a distância entre as placas. Este campo é direcionado da placa positiva para a placa negativa.
Como a distribuição de carga afeta o campo elétrico entre duas placas?
A carga distribuição nas placas afeta o campo elétrico entre elas. Se as cargas estiverem distribuídas uniformemente, o campo é uniforme e constante. No entanto, se as cargas não forem distribuídas uniformemente, o campo variará em o espaço entre as placas.
Como um material dielétrico influencia o campo elétrico entre duas placas de um capacitor?
Quando um material dielétrico é introduzido entre as placas de um capacitor, ele reduz o campo elétrico entre as placas. Isto é porque o dielétrico material polariza em resposta ao campo, criando um campo oposto isso reduz a força geral do campo.
Como calcular o campo elétrico entre duas placas?
O campo elétrico (E) entre duas placas pode ser calculado usando a formaulan E = V/d, onde V é a diferença de potencial (tensão) entre as placas e d é a distância entre as placas.
Qual é a relação entre o campo elétrico e a tensão em um capacitor de placas paralelas?
Em um capacitor de placas paralelas, o campo elétrico (E) é diretamente proporcional a a tensão (V) e inversamente proporcional à distância (d) entre as placas. Essa relação é dada por a formaulan E = V/d.
Como a separação de placas afeta o campo elétrico em um capacitor de placas paralelas?
O campo elétrico em um capacitor de placas paralelas é inversamente proporcional à separação de placas. À medida que a distância (d) entre as placas aumenta, o campo elétrico (E) diminui e vice-versa.
Qual é o papel da Lei de Gauss na determinação do campo elétrico entre duas placas?
A Lei de Gauss pode ser usada para determinar o campo elétrico entre duas placas considerando uma superfície gaussiana entre as placas. De acordo com a Lei de Gauss, o fluxo elétrico através esta superfície é igual à carga encerrada por ela dividida pela permissividade do espaço livre.
Como a presença de um material dielétrico afeta a capacitância de um capacitor de placas paralelas?
A presença de um material dielétrico aumenta a capacitância de um capacitor de placas paralelas. Isto é porque o dielétrico reduz o campo elétrico entre as placas, permitindo mais carga para ser armazenado para uma dada voltagem.
Qual é a relação entre o campo elétrico e a carga na placa de um capacitor?
O campo elétrico (E) entre as placas de um capacitor é diretamente proporcional à carga (Q) nas placas e inversamente proporcional à permissividade do meio (ε) entre as placas. Essa relação é dada por a formaulan E = Q/(A*ε), onde A é a área de uma das placas.
Q. Como o campo elétrico entre placas paralelas difere do campo elétrico em torno de uma esfera carregada?
Resp. Os campos elétricos entre placas paralelas e em torno de uma esfera carregada não são os mesmos. Vamos ver como eles variam.
O campo elétrico entre placas paralelas depende da densidade carregada das placas. Se eles têm cargas opostas, então o campo entre as placas é ර / ε0, e se eles têm algumas cargas, então o campo entre eles será zero.
Fora da esfera carregada, o campo elétrico é dado por enquanto o campo dentro da esfera é zero. Neste caso, r representa a distância entre um ponto e o centro.
P. O que acontecerá com o campo elétrico e a tensão se a distância entre as placas do capacitor for duplicada?
Resp. E = ර / ε0 determina o campo elétrico entre os capacitores de placas paralelas de acordo com a lei de Gauss.
De acordo com a lei de Gauss, o campo elétrico permanece constante, pois é independente da distância entre duas placas do capacitor. Se falamos da diferença de potencial, ela é diretamente proporcional à distância entre duas placas de um capacitor e é dada por
Assim, se a distância for duplicada, a diferença de potencial também aumenta.
P. Como faço para calcular o campo elétrico em um capacitor de placas paralelas?
Resp. Em capacitores de placas paralelas, ambas as placas têm cargas opostas. Assim, o campo elétrico fora das placas será anulado.
Ambas as placas têm cargas opostas e, portanto, o campo entre as placas apoiará um ao outro. Além disso, entre duas placas o meio dielétrico está presente, então a permissividade do dielétrico também será um fator essencial.
A lei de Gauss e o conceito de superposição são usados para calcular o campo elétrico entre duas placas.
E = E1 + E2
=
=
Onde ර é a densidade de carga superficial
ε é a permissividade do material dielétrico.
Q. Por que o campo elétrico entre as placas dos capacitores diminui ao introduzir uma placa dielétrica? Explique com a ajuda de um diagrama.
Resp. Quando um material dielétrico é colocado entre as placas paralelas do capacitor sob um campo elétrico externo, os átomos do material dielétrico se polarizam.
O acúmulo de carga nas placas do capacitor é causado pela carga induzida no material dielétrico. Conforme mostrado na figura abaixo, esse acúmulo de carga causa um campo elétrico entre duas placas que resistem ao campo elétrico externo.
A figura acima mostra a placa dielétrica entre duas placas do capacitor, uma vez que a placa dielétrica induz o campo elétrico oposto; portanto, o campo elétrico líquido entre as placas do capacitor é diminuído.
Q. Duas placas de metal idênticas recebem carga positiva Q1 e Q2, respectivamente. Se eles forem reunidos para formar o capacitor de placa paralela com capacitância C, a diferença de potencial entre eles é …… ..
Resp. A capacitância de um capacitor de placa paralela, que é composta por duas placas de metal idênticas, é calculada da seguinte forma:
Onde C é a capacitância do capacitor de placa paralela
A é a área de cada placa
d é a distância entre placas paralelas
Digamos que a densidade de carga superficial seja
Agora, o campo elétrico líquido pode ser dado por,
A diferença potencial é representada por,
Assim, substituindo os valores acima nesta equação, obtemos uma diferença de potencial
P. O que acontece quando um material dielétrico é introduzido entre as placas paralelas do capacitor?
Resp. O campo elétrico, a voltagem e a capacitância mudam quando introduzimos o material dielétrico entre as placas paralelas do capacitor.
O campo elétrico diminui quando um material dielétrico é introduzido entre as placas paralelas de um capacitor devido ao acúmulo de carga nas placas paralelas, o que gera um campo elétrico na direção oposta ao campo externo.
O campo elétrico é dado por
O campo elétrico e a tensão são proporcionais um ao outro; assim, a tensão também diminui.
A capacitância do capacitor, por outro lado, aumenta porque é proporcional à permissividade do material dielétrico.
P. Existe um campo magnético entre as placas de um capacitor?
Resp. Os campos magnéticos existem entre duas placas apenas quando o campo elétrico entre as duas placas está mudando.
Assim, quando um capacitor está sendo carregado ou descarregado, o campo elétrico entre duas placas muda, e somente nesse momento o campo magnético existe.
P. O que acontece quando um alto campo elétrico é armazenado em uma região muito pequena do espaço? Existe um limite de capacitância?
Resp. Capacitores são dispositivos elétricos que usam um campo elétrico sustentado para armazenar cargas elétricas como energia elétrica. Entre as placas do capacitor encontra-se o material dielétrico.
Se o campo elétrico externo aplicado exceder a resistência do campo de degradação do material dielétrico, o material dielétrico isolante torna-se condutor. A quebra elétrica leva à faísca entre duas placas, que destrói o capacitor.
Cada capacitor tem uma capacitância diferente com base no material dielétrico usado, área das placas e distância entre elas.
A tolerância do capacitor é encontrada em qualquer lugar entre o seu valor anunciado.
P. Quais são as aplicações da lei de Gauss?
Resp. A lei de Gauss tem várias aplicações.
Em alguns casos, o cálculo de campos elétricos envolve uma integração difícil e se torna bastante complexo. Usamos a lei de Gauss para simplificar a avaliação de campos elétricos sem envolver integração complexa.
- O campo elétrico na distância r no caso de um fio infinitamente longo é E =? / 2? Ε0
Onde o ? é a densidade de carga linear do fio.
- A intensidade do campo elétrico da folha plana quase infinita é E = ර / 2 ε0
- A intensidade do campo elétrico na área externa da casca esférica é
e E = 0 dentro da casca. - A intensidade do campo elétrico entre duas placas paralelas E = ර / ε0, quando o meio dielétrico está lá entre duas placas, então E = ර / ε.
e E = 0 dentro da casca.Q. A fórmula para uma capacitância de placa paralela é:
Resp. Ao manter o campo elétrico, os capacitores são usados para armazenar cargas elétricas em energia elétrica.
Quando as placas são separadas por ar ou espaço, a fórmula para um capacitor de placas paralelas é:
, Onde C é a capacitância do capacitor.
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Eu sou Alpa Rajai, concluí meu mestrado em ciências com especialização em Física. Estou muito entusiasmado em escrever sobre minha compreensão da ciência avançada. Garanto que minhas palavras e métodos ajudarão os leitores a entender suas dúvidas e esclarecer o que procuram. Além da Física, sou uma dançarina Kathak treinada e às vezes também escrevo meus sentimentos em forma de poesia. Continuo me atualizando em Física e tudo o que entendo simplifico e vou direto ao ponto para que seja entregue com clareza aos leitores.