Enunciado

Uma carga negativa - Q é colocada no interior da cavidade de um sólido metálico oco. A parte externa do sólido está aterrada por um fio condutor entre ele e a Terra. a Há algum excesso de carga induzida na superfície interna do pedaço de metal? Em caso afirmativo, determine o seu sinal e módulo. b Há qualquer excesso de carga na superfície externa do pedaço de metal? Por quê? c Há um campo elétrico na cavidade? Explique. d Há um campo elétrico dentro do metal? Por quê? Há um campo elétrico fora do pedaço de metal? Explique. e Alguém fora do sólido poderia medir um campo elétrico produzido pela carga - Q ? É razoável afirmar que o condutor aterrado blindou a região dos efeitos da carga - Q ? Em princípio, o mesmo poderia ser feito com a gravidade? Por quê?

Passo 1

Devemos lembrar que um condutor sólido carregado, com ou sem uma cavidade interna, possui campo elétrico nulo em seu interior. Mesmo que o sólido metálico desse caso não tenha inicialmente uma carga, a partir do momento em que ele é aterrado por um fio condutor se torna carregado. Dessa forma, o campo elétrico em seu interior deve ser nulo.

Dito isso, como a superfície da cavidade possui carga - Q , a superfície interna do sólido deve ter uma carga de mesma intensidade, mas de sinal contrário para anular o campo elétrico que seria gerado.

Portanto, o pedaço de metal possui carga + Q em excesso em sua superfície interna.

Passo 2

Agora, como essas duas cargas presentes na cavidade e na superfície interna do metal já fazem o papel de zerar o campo elétrico em seu interior, não há carga excessiva na parte externa dele.

Além disso, a parte externa está aterrada, o que faz com que não haja carga excessiva.

Passo 3

Se considerarmos uma superfície gaussiana esférica que esteja externamente à superfície da cavidade, mas internamente a superfície do metal sólido, ela possuirá uma carga negativa - Q em seu interior. Isso faz com que haja geração de um fluxo elétrico e, consequentemente, um campo elétrico sobre essa superfície.

Passo 4

Como explicado no início, um condutor sólido carregado não possui campo elétrico em seu interior e, portanto, não há campo elétrico dentro do metal.

Já para a parte de fora do pedaço de metal, devemos considerar uma superfície esférica gaussiana com raio maior do que o do sólido metálico. Dessa forma, essa superfície envolve ambas as cargas - Q e + Q e, a partir da lei de Gauss dada por:

Φ E = ∮ E → ∙ d A → = Q ϵ 0

Percebemos que o fluxo elétrico da superfície será zero, pelo fato de o fluxo gerado por ambas as cargas ter mesma intensidade, porém sinais opostos. Logo, não há geração de campo elétrico.

Passo 5

Lembrando que o campo elétrico de uma superfície gaussiana externa à superfície do metal é zero, uma fonte externa não iria detectar nenhum campo elétrico também.

Pela presença do aterramento, houve o surgimento de um excesso de carga na parede interior do metal, isso fez com que a carga - Q fosse “anulada”.

De forma diferente, a gravidade não teria efeito nessa situação pelo fato de que ela não tem efeitos contrários que pudessem se anular. No caso do planeta Terra, ela tem apenas o efeito de atração para o centro do planeta.

Resposta

a Sim, + Q

b Não

c Sim

d Não, não

e Não, sim, não

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