Planejativo

Condutor esférico e Capacitância

Carga elétrica

Força elétrica (Lei de Coulomb)

Campo elétrico e Linhas de força

Potencial elétrico, Trabalho e Energia

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:

Vamos iniciar nossa jornada de aprendizado com um elemento fundamental no estudo da física: o condutor esférico. Essas estruturas, muito presentes em nosso cotidiano e na indústria, possuem características e propriedades únicas que são essenciais para o entendimento de conceitos mais avançados. Um dos tópicos mais importantes quando estamos falando de condutores esféricos é a blindagem eletrostática. Vamos explorar este conceito com mais profundidade.

 começa com a nossa compreensão sobre condutores elétricos. Sabemos que todos os corpos metálicos são condutores elétricos, o que significa que as cargas elétricas podem se mover livremente através deles. Quando um corpo condutor é eletrizado, as cargas elétricas realizam um movimento ordenado que dura apenas um breve período. Uma vez que este movimento cessa, afirmamos que o corpo atingiu o equilíbrio eletrostático.

Portanto, podemos afirmar que, no interior de um condutor em equilíbrio eletrostático, seja ele sólido ou vazio, o campo elétrico é sempre zero, enquanto o potencial elétrico permanece constante e diferente de zero. Vamos analisar isso em mais detalhes com dois exemplos.

 Imagine que temos um condutor metálico vazio equipado com vários detectores de carga elétrica, como pêndulos duplos e simples, e um eletroscópio. Ao eletrizarmos o condutor e aguardarmos um tempo, perceberemos que nenhum dos detectores dentro do condutor apresenta alguma reação, confirmando que o campo elétrico no interior do condutor é nulo.

 Agora, vamos considerar o mesmo condutor vazio do primeiro exemplo, ainda equipado com os mesmos detectores de carga. Desta vez, trazemos outro corpo carregado, chamado indutor, próximo ao condutor. Imediatamente, percebemos a indução na superfície externa do condutor e o movimento das cargas elétricas. No entanto, os detectores de carga no interior do condutor não apresentam nenhuma alteração, indicando que o campo elétrico interno permanece nulo e o potencial interno, constante.

A partir desses exemplos, vemos que a carcaça metálica do condutor atuou como um escudo protetor para os instrumentos internos, proporcionando uma 

. Esse fenômeno é de grande importância e será a base para muitos dos nossos estudos subsequentes sobre condutores esféricos.

Vamos agora considerar uma esfera condutora carregada com uma carga elétrica Q e com um raio R. Imaginamos que essa esfera esteja em um estado de equilíbrio eletrostático e isolada de outros corpos. Como a esfera está carregada, ela gera um campo elétrico em seu entorno. Portanto, nosso objetivo é determinar a magnitude do campo elétrico e do potencial elétrico criados por essa esfera condutora carregada, desde pontos muito distantes até pontos dentro da esfera.

1. Campo e potencial para pontos externos

Para calcular o campo e o potencial elétrico, podemos considerar que toda a carga elétrica distribuída na superfície da esfera está concentrada no centro da esfera. Se considerarmos d como a distância entre o ponto analisado e o centro da esfera e supormos que a esfera está imersa em um meio com uma constante eletrostática k, teremos para os pontos externos à esfera as seguintes equações:

k é a constante eletrostática Q é a carga elétrica d é a distância entre o condutor e o ponto externo

2. Campo e potencial para pontos próximos à superfície

Para pontos externos, mas muito próximos à superfície externa do condutor esférico isolado e em equilíbrio eletrostático, as equações anteriores ainda são válidas, mas a distância d agora se aproxima do valor do raio R da esfera. Portanto, podemos reescrever as equações como:

3. Campo e potencial para pontos da superfície

A superfície da esfera é equipotencial, o que significa que o potencial em pontos de sua superfície é obtido usando a equação do primeiro tópico, substituindo d por R. Portanto, para todos os fins práticos, o potencial na superfície é igual àquele em um ponto externo muito próximo da esfera.

4. Campo e potencial para pontos internos

As primeiras observações experimentais feitas por Benjamin Franklin resultaram na descrição da força elétrica por Coulomb. Descobriu-se que, para uma esfera em equilíbrio eletrostático, o potencial elétrico é constante em todos os pontos internos. Quanto ao campo elétrico, é nulo no interior da esfera em equilíbrio eletrostático. Portanto, temos:

A capacitância é uma propriedade intrínseca dos condutores que mede a sua capacidade de armazenar carga elétrica. Ela está diretamente relacionada aos conceitos que discutimos anteriormente, principalmente ao campo elétrico e ao potencial elétrico.

Para entender a capacidade de um condutor, é útil pensar no exemplo de uma esfera condutora que discutimos anteriormente. Quando aplicamos uma carga Q à esfera, ela desenvolve um potencial elétrico V. A relação entre a carga q e o potencial U é uma constante para um determinado condutor, e essa constante é precisamente a capacitância C do condutor. Assim, a fórmula para a capacitância é:

Onde: C é a capacitância, medida em Farads (F), q é a carga, medida em Coulombs (C), U é o potencial elétrico, medido em Volts (V).

A capacitância de um condutor depende de sua forma e tamanho, bem como do material de que é feito. Em outras palavras, condutores maiores ou condutores que têm formas que permitem que eles armazenem mais cargas (como placas paralelas opostas) terão uma maior capacitância.

Os capacitores, que são dispositivos projetados para ter uma alta capacitância, fazem uso dessas propriedades dos condutores. Eles geralmente consistem em duas placas condutoras separadas por um material isolante. A carga pode ser armazenada nas placas, resultando em um campo elétrico através do isolante. Isso permite que o capacitor armazene energia que pode ser liberada posteriormente, tornando os capacitores componentes essenciais em muitos tipos de circuitos elétricos.

Ao entender a capacitância, podemos entender melhor como os condutores interagem com cargas elétricas e campos elétricos, e como a energia pode ser armazenada e liberada em sistemas elétricos.