Professor da Disciplina de disciplina de instrumentação III da UFCG, campus Cuité, discute como introduzir a Lei de Gauss no Ensino médio.

Na disciplina de Física experimental III, em 2017, os conteúdos são os mesmos da disciplina de instrumentação III, a diferença é que no laboratório didático da UFCG os estudantes utilizam kits mais sofisticados adquiridos pela coordenação do curso de Física do Centro de Educação e Saúde (CES) da UFCG, campus Cuité, em parceria com o MEC. No laboratório, os estudantes ao realizam as experiências com a ajuda de um técnico e do professor da disciplina.

Na disciplina de instrumentação III cada estudantes deve montar o seu próprio kit com a orientação do professor.

O desafio é trabalhar a teoria e a prática fazendo parte de um todo, para uma melhor compreensão dos fenômenos físicos. Há conceitos importantes que não são discutidos no ensino médio: um bom desafio é como introduzir a lei de Gauss no ensino médio? A lei de Coulomb é válida somente para partículas carregadas e a lei de Gauss é mais geral, sendo aplicada também para chapa carregada, esfera carrega, cilindro carregado, etc.

Em geral o fluxo elétrico é uma integral de superfície.

 O fluxo elétrico total torna-se uma integral através da superfície fechada S:

𝜙=∲Ecos(θ) da,

com o elemento infinitesimal de área podem resulta em uma integral dupla, ou seja, 

da=dxdy ou da=dxdz ou da=dydz .

No ensino médio e na disciplina de instrumentação III, devemos considerar somente os fluxos elétricos através de superfícies com simetrias bem conhecidas, por exemplo: esfera e cilindro.

Nestes casos, o fluxo elétrico é o produto do campo elétrico pela área vezes o cosseno do ângulo θ, formado entre o vetor unitário que aponta para fora da superfície e a direção do campo elétrico.

𝜙=Ecos(θ)∲da=EAcos(θ)  ⇴  𝜙 =EAcos(θ) .

Lei de Gauss

A lei de Gauss estabelece a relação entre o fluxo e o campo elétrico. com a carga elétrica dentro de uma superfície fechada, denominada de superfície gaussiana.

       q_int

ϕ = ____,

     ∈₀

sendo q_int a carga líquida no interior da superfície gaussiana e ∈₀ a constante de permissividade elétrica no vácuo, que está relacionada com a constante eletrostática no vácuo, no SI,

k₀=1/( 4𝛑∈₀)=9x10⁹(Nm²)/C²

Aplicando a lei de Gauss é fácil de ver que o campo elétrico é nulo no interior de um condutor, pois os elétrons livres ficam na superfície do condutor e, por sua vez, q_int=0⇔E=0.

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