Planejativo

Potencial elétrico, Trabalho e Energia

Carga elétrica

Força elétrica (Lei de Coulomb)

Campo elétrico e Linhas de força

Condutor esférico e Capacitância

Corrente e Potência elétrica

Leis de Ohm

Associação de Resistores

Geradores elétricos

Leis de Kirchhoff e Ponte de Wheatstone

Capacitores

Eletromagnetismo: Visão geral, Imã e Regra da mão direita

Campo magnético

Força Magnética e regra da mão esquerda

Indução Eletromagnética (Lei de Lenz)

Lei de Faraday e Variação do fluxo magnético

Gerador de corrente alternada e Transformadores

Efeito fotoelétrico

Teoria da relatividade

Física quântica

Processos de eletrização

Receptores elétricos

Alguns pontos-chave dessa matéria para o ENEM que devem ser levados em conta ao estudarmos são:

Um breve mapa mental com alguns conceitos de potencial elétrico. Fonte: 

O potencial elétrico é um conceito muito importante na física. Para entender bem isso, precisamos primeiro entender o que é o trabalho de uma força elétrica.

Imagine que você esteja empurrando um carrinho de compras no supermercado. Você está aplicando uma força para mover o carrinho de um lugar para outro, certo? Nesse caso, você está realizando um "trabalho" na linguagem da física.

Da mesma forma, uma força elétrica pode fazer trabalho. Se tivermos uma carga elétrica e aplicarmos uma força elétrica para mover essa carga de um ponto A para um ponto B, estamos realizando um "trabalho elétrico". A fórmula para calcular esse trabalho é:

onde F é a força elétrica, d é a distância que a carga se move, e θ é o ângulo entre a força e a direção do movimento.

Agora, vamos ao potencial elétrico. Você pode pensar no potencial elétrico como uma maneira de medir quanta "energia potencial elétrica" uma carga tem em um determinado ponto em um campo elétrico.

 é o trabalho realizado pela força elétrica para mover a carga de um ponto A para um ponto B, e q é a quantidade da carga. Essencialmente, o potencial elétrico nos diz quanta energia potencial elétrica por unidade de carga está disponível em um determinado ponto.

Aqui está um exemplo de como você poderia usar essa fórmula:

Suponha que temos uma carga elétrica de 2 Coulombs, e sabemos que o trabalho elétrico realizado para mover essa carga de um ponto A para um ponto B é de 10 Joules. Queremos encontrar o potencial elétrico no ponto A. Usando a fórmula do potencial elétrico, temos:

Va = Tab / q = 10 Joules / 2 Coulombs = 5 Volts.

Portanto, o potencial elétrico no ponto A é de 5 Volts.

O voltímetro é utilizado para medir a diferença de potencial elétrico entre dois pontos. Fonte: 

Diferença de potencial elétrico, também conhecida como voltagem, é um conceito crucial na física e na eletricidade. Para entender isso, vamos usar uma analogia.

Imagine que você está num parque e vê um escorregador. O topo do escorregador é mais alto que a base, certo? Agora, se você colocar uma bola no topo do escorregador, ela vai rolar para baixo até a base. Isso acontece porque há uma diferença de altura entre o topo e a base do escorregador.

Na eletricidade, a diferença de potencial é muito parecida com essa diferença de altura. Quando temos dois pontos num campo elétrico, e um tem mais potencial elétrico que o outro (como o topo e a base do escorregador), dizemos que há uma diferença de potencial entre esses pontos.

A fórmula para calcular a diferença de potencial é bem simples:

 é o potencial elétrico no ponto A, e V

 é o potencial elétrico no ponto B. Basicamente, estamos subtraindo o potencial elétrico no ponto B do potencial no ponto A.

Há também uma segunda fórmula que é usada quando queremos calcular a diferença de potencial considerando a carga que se move e o trabalho elétrico realizado. Essa fórmula é:

onde W é o trabalho elétrico realizado para mover a carga do ponto A ao ponto B, e q é a quantidade da carga.

Agora, vamos a um exemplo. Digamos que o potencial elétrico no ponto A seja de 10 Volts, e o potencial elétrico no ponto B seja de 2 Volts. Queremos encontrar a diferença de potencial entre os pontos A e B. Usando a primeira fórmula, temos:

Portanto, a diferença de potencial entre os pontos A e B é de 8 Volts.

E como saber a diferença de potencial na prática? Para isso, usamos um instrumento chamado voltímetro, que é conectado em paralelo ao dispositivo no qual queremos medir a diferença de potencial. Ele é capaz de fornecer a leitura direta da diferença de potencial, que é fundamental para entender o comportamento dos circuitos elétricos.

b) Potencial Elétrico no Campo de uma Carga

Vamos explorar agora o conceito de potencial elétrico em um campo criado por uma carga fixa no vácuo.

Suponha que temos uma carga Q fixa, e que queremos calcular o potencial elétrico em um ponto A que está a uma distância da da carga. Esse potencial elétrico é dado pela expressão:

 é uma constante conhecida como constante eletrostática, Q é a carga que gera o campo elétrico e d

 é a distância entre a carga e o ponto A.

Essa expressão nos permite calcular o potencial elétrico em qualquer ponto A ao redor da carga. Mas o que acontece se quisermos calcular a diferença de potencial entre dois pontos, A e B, em um campo elétrico gerado por uma carga fixa no vácuo? Para isso, usamos a seguinte expressão:

 é a distância entre a carga e o ponto B.

Entretanto, muitas vezes é conveniente considerar o ponto B infinitamente afastado da carga Q. Quando isso acontece, o potencial elétrico no ponto B é considerado igual a zero (VB = 0). Nesse caso, a diferença de potencial entre os pontos A e B é simplesmente o potencial elétrico no ponto A, ou seja:

Imagine que você está em uma montanha. Em qualquer ponto de uma linha de mesma altura, digamos, 2000 metros acima do nível do mar, a altitude é a mesma, certo? A linha que une todos esses pontos de mesma altitude é chamada de linha de contorno. A superfície equipotencial é algo similar, mas no contexto do potencial elétrico.

Uma superfície equipotencial é, como o nome sugere, uma superfície na qual todos os pontos têm o mesmo potencial elétrico. Em outras palavras, se você estivesse se movendo ao longo de uma superfície equipotencial, você não sentiria nenhuma mudança no potencial elétrico - seria como caminhar em uma linha de contorno em uma montanha, sem subir nem descer.

Agora, imagine um campo elétrico gerado por uma única carga puntiforme, que é uma carga que podemos considerar como estando concentrada em um único ponto. Neste caso, as superfícies equipotenciais seriam como esferas concêntricas - imagine bolhas de sabão de tamanhos diferentes, uma dentro da outra, todas centradas na carga.

A carga puntiforme estaria no centro dessas "bolhas", e as linhas de força do campo elétrico seriam perpendiculares às superfícies equipotenciais. Isso significa que, se você estivesse se movendo diretamente em direção à carga (ou diretamente para longe dela), você estaria cruzando diferentes superfícies equipotenciais.

A energia potencial elétrica é a energia que uma carga possui devido à sua posição em relação a outras cargas. Ela é semelhante à energia potencial gravitacional, que é a energia que um objeto possui devido à sua altura em relação ao solo. No caso da energia potencial elétrica, em vez de lidar com a altura e a gravidade, estamos lidando com a posição de uma carga em um campo elétrico e a força elétrica.

A energia potencial elétrica (E) entre duas cargas é dada pela fórmula:

Essa fórmula nos mostra que a energia potencial elétrica entre duas cargas depende do valor de cada carga e da distância entre elas. Se a distância aumenta, a energia potencial diminui. Se o valor de qualquer uma das cargas aumenta, a energia potencial também aumenta. Isso faz sentido intuitivamente: quanto mais separadas estão as cargas, menos energia é necessária para mantê-las separadas, e quanto maior a carga, mais energia é necessária para mantê-las separadas.

Vamos a um exemplo rápido: imagine duas cargas, uma de 2 C e outra de 3 C, separadas por uma distância de 1 m. Usando a fórmula, podemos calcular a energia potencial elétrica entre essas duas cargas:

Portanto, a energia potencial elétrica entre essas duas cargas seria de 54 x 10

Lembrando que a energia potencial elétrica é uma medida de quanta energia potencial está armazenada na configuração das cargas, e essa energia pode ser liberada se as cargas forem permitidas a se moverem devido à força elétrica.

Em física, quando falamos de trabalho, estamos nos referindo à energia necessária para mover um objeto de um ponto a outro. No caso do trabalho elétrico, estamos falando sobre a energia necessária para mover uma carga elétrica em um campo elétrico.

Quando uma partícula carregada entra em uma área onde existe um campo elétrico, ela experimenta uma força elétrica. Esta força, que é igual à carga da partícula multiplicada pelo campo elétrico (Fe = q.E), faz com que a partícula seja acelerada. Quando a partícula acelera, sua velocidade e, portanto, sua energia cinética, mudam.

O trabalho realizado pelo campo elétrico é equivalente à mudança na energia cinética da partícula. Em um campo elétrico uniforme, a expressão para o trabalho é dada por:

Nessa equação, q é a carga da partícula, e VA e VB são os potenciais elétricos nos pontos A e B, respectivamente.

O que essa fórmula está nos dizendo é que o trabalho realizado para mover a carga de um ponto a outro é igual à carga vezes a diferença de potencial entre os pontos. Em outras palavras, a energia que a partícula ganha ou perde ao se mover através do campo é igual à carga da partícula multiplicada pela diferença na tensão elétrica entre o início e o fim do movimento.

Isso é importante porque nos ajuda a entender como a energia é transferida em situações envolvendo cargas elétricas e campos elétricos. Por exemplo, é a base para o funcionamento dos dispositivos eletrônicos que usamos todos os dias. Quando você liga seu telefone ou computador, por exemplo, a energia elétrica é usada para mover cargas através dos circuitos desses dispositivos, permitindo que eles funcionem.