Uma esfera maciça de cobre possui carga líquida positiva. A distribuição das cargas é uniforme sobre a superfície esférica, e o campo elétrico no interior da esfera é igual a zero. A seguir, uma carga puntiforme negativa é aproximada da superfície da esfera. Toda a carga líquida sobre a esfera continua em sua superfície? Em caso afirmativo, essa carga está uniformemente distribuída? Caso não, como ela está distribuída? O campo elétrico no interior da esfera continua sendo igual a zero? Em cada caso, justifique suas respostas.
Passo 1
Ok, vamos lá! Você tem uma esfera maciça de cobre com carga líquida positiva distribuída uniformemente na superfície. Dentro dessa esfera, o campo elétrico é zero. Agora, uma carga pontual negativa está sendo aproximada da superfície da esfera. Precisamos descobrir:
- Se toda a carga líquida na esfera continua permanecendo na superfície.
- Se sim, essa carga está distribuída de forma uniforme?
- Se não, como ela está distribuída?
- Se o campo elétrico no interior da esfera continua sendo zero.
Para resolver isso, vamos precisar dos conceitos de distribuição de cargas em condutores, Lei de Gauss e como cargas se redistribuem em presença de cargas externas.
Passo 2
Primeiro, é importante lembrar que em um condutor em equilíbrio eletrostático, as cargas livres se distribuem na superfície do condutor. Isso acontece porque os elétrons (no caso de um condutor metálico como o cobre) podem se mover livremente dentro do material.
Quando uma carga externa, como a carga pontual negativa que está sendo aproximada, está próxima da superfície da esfera, ela induz uma redistribuição das cargas na esfera.
Passo 3
A carga negativa próxima atrai as cargas positivas da esfera para a região mais próxima à carga negativa. Isso faz com que haja uma concentração maior de carga positiva nessa área. Simultaneamente, uma região oposta à carga negativa pode ter uma diminuição na densidade de carga ou até mesmo uma acumulação de cargas negativas induzidas.
Passo 4
Portanto, a presença da carga negativa externa faz com que a distribuição de carga na superfície da esfera não permaneça mais uniforme. As cargas positivas se acumulam mais perto da carga negativa, desfazendo a uniformidade inicial.
Passo 5
Apesar dessa redistribuição, a carga líquida total da esfera continua sendo a mesma, mas agora está concentrada de forma desigual na superfície, com maior densidade na região próxima à carga negativa.
Passo 6
Quanto ao campo elétrico no interior da esfera, mesmo com a redistribuição das cargas, o campo elétrico dentro de um condutor em equilíbrio eletrostático continua sendo zero. Isso acontece porque as cargas se rearranjam de modo a cancelar qualquer campo elétrico interno.
Resposta
Não, a carga líquida não permanece uniformemente distribuída na superfície da esfera. A aproximação da carga negativa faz com que as cargas positivas se concentrem mais na região próxima à carga negativa, criando uma distribuição desigual. Contudo, o campo elétrico no interior da esfera continua sendo igual a zero.