·        Conceituar campo elétrico em um ponto genérico do espaço.

 ·        Determinar o valor do campo elétrico gerado por uma carga pontual.

 ·        Entender o conceito de linhas de força

        Leis de Newton, vetores.

Atividade I  

             Sugerimos que o professor crie uma situação imaginária com o objetivo apenas didático para que o aluno assimile bem o conceito de campo e como detectá-lo. Por exemplo, fale com a turma em geral para que alguém responda oralmente:

          “Você se encontra na tripulação de um submarino que em um dado instante está estacionado no fundo do mar. Imagine que certos instrumentos não estejam funcionando e que você deseja naquele momento conhecer o campo gravitacional naquele lugar”.

             Pergunte aos alunos:

          Como você poderá verificar as características do campo naquele local, intensidade, direção e sentido do campo gravitacional tendo em mãos, um dinamômetro e um objeto de massa conhecida?

•        Uma vez fornecido dinamômetro e objeto o aluno já deve ter despertado que deverá medir o peso do objeto, que parece obvio, uma vez que ele já sabe o que é um dinamômetro, instrumento usado para medir força, nesse caso peso.
•        A partir daí, provavelmente para a alguns alunos na turma, o professor terá que ajudar a completar a resposta.
•        Lembrando p = m.g, em que p é o peso do objeto, m a massa do objeto e g a aceleração da gravidade, se g for diferente de zero, ali existe um campo gravitacional.
•         De onde se conclui que; g = p/m é o campo gravitacional local.

           Faça mais essa pergunta:

           Para que serviu o objeto de massa m conhecida?

            O professor deve afirmar aos alunos que o objeto foi usado para provar que ali naquele lugar existe um campo gravitacional, por isso, ele é chamado de corpo de prova. Se o dinamômetro acusasse peso nulo, no local não teria campo gravitacional. Além do valor de g no local, também pelo peso do objeto pode-se determinar a direção e sentido de g.

            Depois o professor poderá apresentar a Figura 01 para a turma e fazer um paralelo entre campo gravitacional e campo elétrico. Ao redor da Terra existe um campo gravitacional devido a sua massa, analogamente ao redor de uma esfera eletrizada existe um campo elétrico devido a sua carga.

            Da mesma maneira que usamos um corpo de massa conhecida para caracterizar o campo gravitacional, para saber se num determinado ponto do espaço existe um campo elétrico, podemos colocar no local uma carga elétrica pontual conhecida. Essa carga é denominada de carga de prova, se sobre ela atuar uma força, significa que ali existe um campo elétrico. Por definição, o campo elétrico no local é E, tal que:

•  Modulo: E = F/|q|
•  Direção: E tem mesma direção da força F que atua na carga.
•  Sentido: E terá o mesmo sentido de F se a carga de prova for positiva e sentido contrário ao de F se o sinal da carga for negativo.

           Obs. O campo elétrico é uma grandeza vetorial, o destaque em negrito em E e F é por se tratar de vetores.

Atividade II  

            Depois o professor poderá mostrar para ao grupo a Figura 02, em que uma carga pontual Q positiva e uma carga negativa se encontram distantes uma da outra. Cada uma dessas cargas gera ao seu redor um campo elétrico. Num ponto a uma distância d da carga Q coloca-se uma carga de prova positiva q. Nessas circunstâncias uma força F atuará na carga q.

           Peça a turma para que usando a lei de Coulomb, determinem o valor de F em função de q e Q.

           Usando a lei de Coulomb:

•  F = k.|q|.|Q|/d² 

         Depois peça que usando a definição de campo elétrico determine o módulo do campo elétrico gerado pela carga Q.

 ·        E = F/|q|

 ·        E = k.|q|.|Q|/(|q|.d²)

 ·        E = k.|Q|/d²

         Após verificar as respostas fazendo correção no quadro para que possam conferir, peça que nos pontos correspondentes à distância d de Q, assinalados nos esquemas A e B da Figura 02, trace os vetores F no quadro azul, esquema A, parte superior da figura, e E no quadro verde, esquema B, parte inferior da figura.

           Na Figura 03 estão representados os vetores F, força elétrica, e o vetor E, campo elétrico, nos pontos em questão. O professor poderá utilizar essa figura para que a turma possa corrigir o exercício referente à Figura 02.

Atividade III  

          Depois o professor deverá falar sobre o conceito de linha de força.

          Linha de força é uma linha imaginária configurada de tal forma que em qualquer ponto dessa linha o campo elétrico resultante é tangente a ela e tem o mesmo sentido da linha. Na Figura 04 estão desenhadas duas linhas de forças e o campo elétrico resultante em alguns pontos dessas linhas. Na Figura 05 há um esquema das linhas de forças criadas por uma carga elétrica pontual isolada. Em A, a carga é positiva, as linhas são radiais centradas na carga com sentido para fora, saindo dela, enquanto que em B, a carga é negativa, as linhas de força são semelhantes, mas o sentido é para dentro, apontando para a carga.

 ·        Quando se tem várias linhas em um campo, na região em que o campo é mais intenso as linhas se aproximam e onde o campo é menos intenso as linhas são mais afastadas.

 ·        As linhas de forças nunca se cruzam uma vez que em um único ponto só existe um vetor campo elétrico resultante.

          O professor poderá também comentar sobre as linhas de força do campo elétrico formado por duas cargas elétricas pontuais de mesma intensidade e sentidos opostos apresentando o esquema ilustrado na Figura 06.  Próximo às cargas as linhas estão mais próximas indicando que a intensidade do campo é maior, afastando das cargas as linhas se tornam mais espaçadas indicando que a intensidade do campo diminui à medida que afasta das cargas. As linhas de forças têm sentido saindo da carga positiva e entrando na carga negativa.

          O professor deverá fazer um comentário sobre a Figura 07 em que são representadas as linhas de força do campo elétrico criado por duas cargas elétricas pontuais positivas e de mesmo módulo.

            Depois, o professor poderá pedir aos alunos que individualmente, em uma folha ou caderno, tracem as linhas de força do campo criado por duas cargas pontuais de mesmo módulo, mas de sinais negativos.

            A solução do exercício está na Figura 08. O professor poderá utilizar essa figura para que a turma possa conferir a resposta do exercício proposto.

           Sugerimos que o professor assista aos seguintes vídeos e se possível apresente-os para os alunos. Os filmes são de curta duração, o primeiro é sobre campo elétrico e o segundo sobre campo elétrico e linhas de força. São filmes bastante ilustrativos com excelente didática, vale a pena conferir. Estão disponíveis com os títulos e endereços seguintes:

Novo Telecurso - Ensino Médio - Física - Aula 38 (1 de 2): 7 minutos

http://www.youtube.com/watch?v=pQxprXiyP5E&feature=related 

     Novo Telecurso - Ensino Médio - Física - Aula 38 (2 de 2): 5 min e 48 s

  http://www.youtube.com/watch?v=I-OibCwnkbQ&feature=related 

           Sugerimos que o professor acesse os seguintes sites que correspondem a textos sobre linhas de força de um campo elétrico cujos endereços são:

http://educar.sc.usp.br/licenciatura/1999/wtexto4.html 

    http://www.colegioweb.com.br/fisica/linhas-de-forca.html 

           O professor também poderá assista aos seguintes vídeos sobre um histórico da descoberta das linhas de campo elétrico por Faraday que se encontram disponíveis nos endereços abaixo.

     Campo elétrico 1: 8 min e 51 s

http://www.youtube.com/watch?v=BfwzsBml0A4&feature=related 

  Campo Elétrico 2: 9 min e 59 s

    http://www.youtube.com/watch?v=7xPo2Nd4Ctk&feature=related  

    Campo Elétrico 3: 8 min e 7 s

    http://www.youtube.com/watch?v=pNmHHztMfeQ&feature=related 

           Como não há muito tempo durante exposição da aula, sugere-se que o professor elabore alguns exercícios de aplicação e fixação do conteúdo, para os alunos resolverem em outra aula ou em um momento fora do horário de aulas, quando poderão resolver individualmente ou em grupos.

  Segue um exemplo:

            Uma carga pontual de 2,0.10^-10 C se encontra no vácuo. Determine o valor do campo elétrico por ela criado em um ponto a 1 m dela. Qual seria a resposta se a distância fosse de 1,0 cm?

            Sugerimos também que para completar o assunto, o professor peça aos alunos para fazerem uma pesquisa sobre o campo elétrico gerado por uma esfera condutora carregada e como obter um campo elétrico uniforme.