Física
Calculadora de eletrostática: Coulomb, campo e potencial
Escolha a relação e apague a incógnita: força, carga, distância ou campo. As cargas são informadas em microcoulombs, a ordem de grandeza que todo exercício usa.
Da força ao campo: por que vale mudar de ponto de vista
A lei de Coulomb tem a mesma forma da lei da gravitação: um produto dividido pelo quadrado da distância. O que muda é a constante, enormemente maior, e o sinal, que pode ser negativo. Duas cargas de um coulomb a um metro de distância se repeliriam com nove bilhões de newtons — é por isso que as cargas dos exercícios se medem em microcoulombs, e por isso a matéria comum é neutra com uma precisão extraordinária.
A passagem da força ao campo é a ideia em que se apoia todo o resto do curso. Em vez de perguntar como a carga A age sobre a carga B, diz-se que A preenche o espaço com um campo E, e que B sente a força q·E onde quer que esteja. É uma reformulação, não física nova, mas permite descrever fontes que não são puntiformes e, mais adiante, campos que viajam sozinhos como ondas.
O potencial é energia por unidade de carga e cai com 1/r, enquanto o campo cai com 1/r². A diferença não é um detalhe: o potencial é um escalar e se soma sem considerar direção, enquanto os campos precisam ser somados como vetores. É por isso que, quando um problema tem mais de duas cargas, partir dos potenciais é quase sempre mais fácil.
Erros frequentes
- Confundir os expoentes: força e campo vão com 1/r², potencial e energia com 1/r. Trocá-los erra por um fator r.
- Informar as cargas em coulombs quando o exercício dá microcoulombs: 5 µC são 5 × 10⁻⁶ C, e digitar 5 erra por doze ordens de grandeza. Esta calculadora aceita microcoulombs diretamente.
- Somar campos como se fossem números: o campo é um vetor, e dois campos iguais e opostos se anulam em vez de dobrar. O potencial, ao contrário, se soma algebricamente.
Perguntas frequentes
Qual é a fórmula da lei de Coulomb?
F = k·q₁·q₂/r², com k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C². A força é de atração quando as cargas têm sinais opostos e de repulsão quando têm o mesmo sinal, e age ao longo da reta que as une.
Qual a diferença entre campo elétrico e potencial elétrico?
O campo é uma força por unidade de carga, medida em N/C; o potencial é uma energia por unidade de carga, medida em volts. O campo é um vetor e vai com 1/r², o potencial é um escalar e vai com 1/r.
Por que a energia potencial eletrostática pode ser negativa?
Porque ela é considerada zero quando as cargas estão infinitamente afastadas. Cargas opostas se atraem, então é preciso trabalho para separá-las: próximas, a sua energia fica abaixo de zero. Cargas de mesmo sinal, ao contrário, têm energia positiva.
O que é a constante k, e de onde vem?
k = 1/(4πε₀) ≈ 8,99 × 10⁹ N·m²/C², em que ε₀ = 8,854 × 10⁻¹² F/m é a permissividade do vácuo. Em um meio diferente do vácuo a força é reduzida pela permissividade relativa.
Como funciona este cálculo
Lei de Coulomb: F = k·q₁·q₂/r², com k = 1/(4πε₀) ≈ 8,99 × 10⁹ N·m²/C². Campo de uma carga puntiforme: E = k·q/r², apontando para fora para q > 0. Força sobre uma carga em um campo: F = q·E. Potencial de uma carga puntiforme: V = k·q/r, com V → 0 no infinito. Energia potencial de um par: U = k·q₁·q₂/r. Relações: E = V/r para uma carga puntiforme, U = q·V, F = U/r. Carga elementar: e = 1,602 × 10⁻¹⁹ C.