Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 3- Ed: 12º - Capítulo 22.Exercício - Ex. 21
Uma linha de carga muito longa e uniforme possui carga por unidade de comprimento igual a e está ao longo do eixo . Uma segunda linha, de carga longa e uniforme, possui carga por unidade de comprimento igual a e está paralela ao eixo , em . Qual é o campo elétrico líquido (módulo, direção e sentido) nos seguintes pontos sobre o eixo : e ?
Passo 1
Utilizando a lei de Gauss dada por:
E, rearranjando-a:
Podemos supor uma superfície gaussiana bem semelhante à superfície da linha. Assim, temos que o campo elétrico será dado por:
Tal que a carga por unidade de comprimento é:
E como a área é dada por:
Então:
Passo 2
Dessa forma, como a primeira linha é positiva, seu campo elétrico apontará para cima (em direção ao ponto). Já a segunda linha que é negativa, terá seu campo elétrico no mesmo sentido (se afastando do ponto). Logo, o campo elétrico líquido será dado pela soma dos campos elétricos de cada linha:
Portanto:
Passo 3
Já para o segundo ponto, o campo elétrico da linha positiva também aponta para cima (e vai em direção ao ponto). No entanto, o campo da segunda linha irá para o sentido oposto, ou seja, para baixo (se afasta do ponto). Logo, como a distância da segunda linha ao ponto é menor, o seu campo elétrico será maior, tal que:
Portanto:
E o sentido do campo elétrico total é para baixo.
Resposta
para cima
para baixo