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Capacitor é um dispositivo capaz de acumular cargas elétricas quando uma diferença de potencial é estabelecida entre seus terminais. A capacitância dos capacitores, por sua vez, é a medida de quanta carga o dispositivo é capaz de acumular para uma determinada diferença de potencial.

Os capacitores, geralmente, são produzidos de forma simples, formados por duas placas condutoras paralelas, chamadas de armaduras, que podem ou não ser preenchidas com um meio altamente dielétrico (isolante).

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Os capacitores podem ser usados para outros fins além da sua função principal, que é armazenar cargas elétricas. Esses dispositivos podem ser usados em circuitos alimentados por correntes elétricas alternadas, quando se deseja a formação de uma corrente elétrica contínua, como nos casos de eletrodomésticos, como geladeiras, liquidificadores, máquinas de lavar e etc.

Uma corrente elétrica, no entanto, não fluirá pelo circuito enquanto os capacitores não se encontrarem completamente carregados. Isso pode reduzir o desgaste produzido pelas grandes variações de corrente elétricas geradas no momento em que um dispositivo eletrônico é ligado ou desligado.

Por sua grande facilidade em armazenar cargas elétricas, os capacitores também podem ser utilizados para suprir a demanda de altas correntes elétricas requisitadas por algum circuito de alta potência, como os grandes aparelhos de som utilizados em shows.

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Fórmula da energia armazenada em capacitores

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Fórmula da energia armazenada em capacitores

# data[].attributes.body
Capacitância é uma grandeza física relacionada à quantidade de cargas elétricas que um capacitor é capaz de armazenar para uma dada diferença de potencial. Quanto maior for sua capacitância, maior será a quantidade de cargas armazenada pelo capacitor para uma mesma tensão elétrica.

Podemos calcular a capacitância pela razão entre a quantidade de cargas armazenadas e a tensão elétrica:

C=Q/U
Legenda:
C – capacitância (F – farad)
Q – carga elétrica armazenada (C- Coulomb)
U – tensão elétrica ou diferença de potencial (V – volts).

A unidade de capacitância no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o farad (F), unidade que equivale a coulomb por volt (C/V).

A capacitância também é afetada por fatores geométricos dos capacitores: a distância (d) entre as placas da armadura dos capacitores e a sua área (A) influenciam a quantidade máxima de cargas que podem ser acumuladas por eles. Outro fator que pode afetar a capacitância é a permissividade dielétrica (ε) do meio inserido entre as placas de um capacitor: quanto maior for a permissividade dielétrica do meio, maior será a quantidade máxima de cargas armazenadas em um capacitor.
Dessa forma, a capacitância de um capacitor de placas paralelas pode ser calculada por meio da seguinte relação:
C= εA/D
Legenda:
C –capacitância (F)
ε – permissividade elétrica do meio (F/m)
A – área das placas do capacitor (m²)
d – distância entre as placas do capacitor (m)
Fórmula da energia armazenada em capacitores

Podemos calcular a quantidade de energia potencial elétrica armazenada entre as armaduras de um capacitor usando a seguinte equação:
Epot= QU/2
Legenda:
E POT – energia potencial elétrica (J – joules)
Q – carga elétrica (C – coulombs)
U – Tensão elétrica (ou diferença de potencial) (V – volts)

Por meio da equação acima e da fórmula de capacitância, podemos ainda deduzir uma segunda equação, dada por:
Epot= CU/2^2
Legenda:
E POT – energia potencial elétrica (J)
C – capacitância (F)
U – Tensão elétrica ou diferença de potencial (V).

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HELERBROCK, Rafael. "O que é capacitor?"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-capacitor.htm. Acesso em 16 de setembro de 2020.

https://matematicaquinto.wordpress.com/2015/09/18/estudos-dos-capacitores-exercicios-resolvidos/

https://www.todamateria.com.br/potencial-eletrico/

https://www.todamateria.com.br/forca-eletrica/

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Me Salva! RLC01 - Capacitores - Introdução

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O campo elétrico é o campo de força provocado pela ação de cargas elétricas, (elétrons, prótons ou íons) ou por um sistema delas. Cargas elétricas num campo elétrico estão sujeitas e provocam forças elétricas.
A fórmula para se calcular a intensidade de um campo elétrico (E) é dada pela relação entre a força elétrica (F) e a carga de prova (q):
E=F/q
E as unidades de campo elétrico se dão em:
[E]= [F]/[q]= N(newton)/C (coulomb)

# data[].attributes.body
O  campo elétrico de uma carga pontual e no vácuo pode ser calculado por meio da seguinte equação:
E=K0.Q/d^2
Legenda:
E – campo elétrico [N/C ou V/m]
Q – carga geradora do campo elétrico [C]
k₀ – constante eletrostática do vácuo [8,99.10⁹ N.m²/C²]
d – distância do ponto até a carga geradora
Relação entre campo elétrico e força elétrica

A relação entre o campo elétrico e a força elétrica que é exercida sobre as cargas elétricas é definida de acordo com a equação:
E=F/q
Legenda:
E – campo elétrico [N/C ou V/m]
F – força elétrica [N]
q – carga elétrica de prova [C]

Na qual F é a força elétrica e pode ser calculada com base na Lei de Coulomb

# data[].attributes.body
Considere ko = 9,0 . 109 N . m2/C2

1. Uma partícula de carga q = 2,5 . 10-8 C e massa m = 5,0 . 10-4 kg, colocada num determinado

ponto P de uma região onde existe um campo elétrico, adquire aceleração de 3,0 . 103 m/s2,

devida exclusivamente a esse campo.

a) Qual e o modulo do vetor campo elétrico E nesse ponto?

b) Qual a intensidade da forca elétrica que atua numa carga q = 5,0 μC, colocada nesse mesmo ponto P?

Resposta: a) Se a partícula foi acelerada, ela recebeu a ação de uma forca. Nesse caso e

exclusivamente a forca elétrica. A segunda lei de Newton nos diz que a somatória das forcas

que atuam no corpo produzem uma aceleração que e proporcional a sua massa de acordo

com a relação:

F = m . a

mas a forca elétrica também pode ser calculada assim:

F = q . E

igualando as duas equações temos:

q . E = m . a

E=m⋅a

q

substituindo os valores dados no exercício:

E=5⋅10−4⋅3⋅103

2,5⋅10−8

E= 15⋅10−1

2,5⋅10−8

E=6⋅107N /C

b) Nesse ponto sabemos que existe um campo elétrico de modulo E = 6 . 107 N/C. Se

colocarmos uma carga q = 5 μC = 5 . 10 -6 C ; sobre ela atuara uma forca elétrica de modulo:

F = q . E

F = 5 . 10 -6. 6 . 107

F = 30 . 101

F = 300 N
2. Uma partícula de carga q = 3,0 μC esta em determinado ponto A do espaço.

a) Qual e o modulo, direção e sentido do vetor campo elétrico EB gerado por essa partícula no ponto

B, a 30 cm de A?

b) A que distancia de A esta o ponto C, cujo vetor campo elétrico Ec vale em modulo 2,5 . 103 N/C?

Resposta: a) A partícula de carga q faz aparecer próximo a ela um campo elétrico que para

cada ponto no espaço terá um valor numérico, uma direção e um sentido. A direção do vetor será a

direção da reta que une a partícula e o ponto (direção radial). O sentido depende do sinal da carga.

Como ele e positivo o sentido será de afastamento, ou divergente. Para saber o modulo usamos a

expressão:

E=

ko⋅Q

d 2

Para o item a, a carga q = 3,0 μC = 3 . 10 -6 C ; e a distancia d = 30 cm = 0,3 m

Substituindo os valores:

E=9⋅109⋅3⋅10−6

0,32

E= 27⋅103

0,09

E=300⋅103

E=3⋅105 N /C

b) Usamos a mesma expressão, só que agora não sabemos a distancia que o ponto C esta da

partícula carregada, mas sabemos que nesse ponto existe um campo elétrico de modulo

E = 2,5 . 103 N/C , então:

E=

k o⋅Q

d 2

2,5⋅103=9⋅109⋅3⋅10−6

d 2 ;multiplicando−se emcruz

2,5⋅103⋅d 2=27⋅103

d 2=27⋅103

2,5⋅103

d 2=10,8

d=√10,8

d=3,28m

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Campo Elétrico - Aula 01 (Conceitos Iniciais)

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Me Salva! ELT15 - Eletrostática - Campo Elétrico

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O potencial elétrico ou potencial eletrostático de um ponto em relação a um ponto de referência, é definido pelo trabalho da força elétrica sobre uma carga eletrizada no deslocamento entre esses dois pontos.Sendo uma grandeza escalar, necessita apenas, para ficar totalmente definida, da intensidade e de uma unidade de medida. Portanto, não requer nem direção, nem sentido.
FORMULA

O potencial de um ponto pertencente a um campo elétrico é encontrado dividindo-se o trabalho pelo valor da carga. Esse valor é sempre medido em relação a um ponto de referência.

Ao se definir um ponto de referência, convenciona-se que o potencial neste ponto é nulo.

Assim, a fórmula para o cálculo do potencial elétrico é dado por:
VA=  TAB/q
Onde:

VA: Potencial elétrico do ponto A (V)
TAB: Trabalho da força elétrica ao deslocar a carga do ponto A ao ponto B (J)
q: Carga elétrica (C)

No Sistema Internacional de Unidade (SI) o potencial elétrico é medido em Volts (Joule/Coulomb) em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta (1745-1827), criador da pilha elétrica.

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PDF PARA MAIS ESTUDO E FORMULAS DE POTENCIAL ELÉTRICO. 

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PDF PARA MAIS ESTUDO E FORMULAS DE POTENCIAL ELÉTRICO. 

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O campo elétrico descreve a condição no espaço produzida por uma distribuição de cargas, seja ela positiva ou negativa. E é definido como a força resultante F, exercida pelas cargas em uma pequena carga positiva de teste 𝑞0:

𝐸 = 𝐹 /𝑞0

Já o potencial elétrico representa um poderoso auxílio conceitual e computacional, sendo este medido por um voltímetro. Tanto a energia potencial elétrica quanto o campo potencial elétrico são ferramentas essenciais na análise da capacitância, resistência e circuitos elétricos. A variação da energia potencial associada ao deslocamento de uma carga teste 𝑞0 que sofre um deslocamento dl é dada por dU = - 𝑞0.E.dl. Esta relação sugere que defina-se uma quantidade – a variação da energia potencial por unidade de carga – denominada diferença de potencial dV:

𝑑𝑉 = 𝑑𝑈 𝑞0 = −𝐸. 𝑑𝑙

A diferença de potencial 𝑉𝑏 − 𝑉𝑎 é definida como o negativo do trabalho por unidade de carga realizado pelo campo elétrico em uma carga teste enquanto ela se move do ponto a até o ponto b. E para um deslocamento finito do ponto a para o ponto b, a variação no potencial é:

∆𝑉 = 𝑉𝑏 − 𝑉𝑎 = ∆𝑈 𝑞0 = − ∫ 𝐸. dl 𝑏 𝑎

A função V é denominada potencial elétrico e é uma função da posição, ou seja, é uma função escalar, enquanto que E é uma função vetorial. Desta maneira, o dl é em função vetorial, logo apresenta componentes cartesianos em três dimensões:

dl = (dx î + dy j + dz k)

E como o campo elétrico do exercício movimenta apenas no eixo x, tem-se: dl = dx î e assim, a formula fica: dl = E. dx. Portanto, a diferença de potencial fica:

∆𝑉 = 𝑉𝑏 − 𝑉𝑎 = ∆𝑈 𝑞0 = − ∫ 𝐸. 𝑑𝑥 𝑥𝑏 𝑥𝑎

E por fim, o potencial elétrico a uma distância r de uma carga puntiforme q na origem é representada por:

𝑉𝑝 − 𝑉𝑟𝑒𝑓 = − ∫ 𝐸. 𝑑𝑙 𝑝 𝑟𝑒𝑓

Onde:

𝑉𝑟𝑒𝑓 = 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑛𝑜 𝑝𝑜𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟ê𝑛

P = ponto arbitrário

O campo elétrico devido à carga puntiforme é:

𝐸 = 𝑘𝑞/ 𝑟² 𝑟

Substituindo E na integral de linha e considerando 𝑉𝑟𝑒𝑓 = 0, e integrando ao longo de um caminho desde um ponto arbitrário de referência até um ponto arbitrário de campo, obtémse:

𝑉𝑝 − 0 = − ∫ 𝐸. 𝑑𝑙 = −𝑘𝑞 ∫ 1 𝑟² 𝑑𝑟 = 𝑘𝑞/ 𝑟𝑃 – 𝑘𝑞/ 𝑟𝑟𝑒𝑓 → 𝑉 = 𝑘𝑞/ 𝑟 − 𝑘𝑞 /𝑟𝑟𝑒𝑓

Sendo o ponto de referencial infinitamente afastado da carga puntiforme, ou seja, 𝑟𝑟𝑒𝑓 → ∞, Logo, esta equação fica:

𝑉 = 𝑘𝑞 /𝑟

O potencial apresentado é denominado de potencial de Coulomb e pode ser positivo ou negativo dependendo se q é positivo ou negativo. Portanto, este trabalho apresenta um exercício que aborda: a) o valor da carga puntiforme, e b) a diferença de potencial, com base na lei de Coulomb. Para isso, o relatório foi dividido em: 1. Introdução; 2. Grandezas; 3. Interpretação dos Resultados; 4. Conclusão. 2. Grandezas Potencial elétrico: 1 V = 1 J/C Campo elétrico: 1 N/C = 1 V/m Energia potencial elétrica: 1 U = 1 eV Elétron-Volt: 1 eV = 1,60 x 10-19 C.V = 1,60 x 10-19 J

# data[].attributes.body
O campo elétrico no eixo x devido a uma carga puntiforme fixa na origem é dado por 𝐸 = (𝑏⁄𝑥²)î, onde b = 6,00 kV.m e x ≠ 0.

(a) Determine a magnitude e o sinal da carga puntiforme.

K = 8,988 x 109 N.m²/C²

Vr = 6,00 kV.m

𝑉 = 𝑘𝑞/ 𝑟 → 𝑉𝑟 = 𝑘𝑞 → 𝑘𝑞 = 6,00 𝑘𝑉 /𝑚 → 𝑞 = 6,00^ 𝑘𝑉/ 𝑚/ 𝑘 → 𝑞 = 6,00 ^𝑘𝑉/ 𝑚 /8,988 𝑥 10^9 ^𝑁. 𝑚^2/ 𝐶^ 2 →

𝑞 = +668 𝑛𝐶

(b) Determine a diferença de potencial entre os pontos no eixo x em x = 1,00m e x = 2,00m. Qual destes pontos está em um potencial maior?

Diferença de potencial: ∆𝑉 = 𝑉2 − 𝑉1

Integração do 𝐸𝑥 = − 𝑑𝑉𝑥 /𝑑𝑥 para obter V(x) para encontrar a diferença potencial elétrico entre pontos.

∆𝑉 = 𝑉2 − 𝑉1 = ∫ 𝑑𝑉 𝑥=2 𝑥=1 = − ∫ 𝐸𝑥𝑑𝑥 = −𝑘𝑞 ∫ 𝑥 ^−2 𝑑𝑥 = 𝑘𝑞 /2 − 𝑘𝑞 /1 𝑥=2 𝑥=1 𝑥=2 𝑥=1

𝑉2 − 𝑉1 = 6,00. 𝑘𝑉. 𝑚/ 2,00𝑚 − 6,00. 𝑘𝑉. 𝑚 /1,00. 𝑚

= 3,00𝑘𝑉

Para saber qual é o potencial mais alto faz-se: 𝑉2 = 𝑉1 + 3,00𝑘𝑉 Logo, que o potencial mais alto está localizado no ponto x=2,00m, onde 𝑉2 > 𝑉1

# data[].attributes.body
Ao estudar o campo elétrico e uma carga puntiforme, pôde-se identificar: a carga bem como se ela é positiva ou negativa; a diferença de potencial; e localizar o ponto mais alto. E para isso, adotou-se a equação potencial de Coulomb que auxiliou na identificação dos resultados. Conclui-se, portanto, que a lei da física é de suma importância para determinar valores sem o auxílio de instrumentos de medição apenas por equações determinadas por grandes Físicos da história, e é considerado como uma poderosa ferramenta conceitual e computacional.

# data[].attributes.body
Força elétrica é a interação de atração ou repulsão gerada entre duas cargas devido a existência de um campo elétrico ao redor delas. A capacidade de uma carga criar forças elétricas foi descoberta e estudada pelo físico francês Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) no final do século XVIII. Por volta de 1780, Coulomb criou a balança de torção e com esse instrumento demonstrou experimentalmente que a intensidade da força elétrica é diretamente proporcional ao valor das cargas elétricas que interagem e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.
Fórmula da força elétrica

A fórmula matemática, também chamada de Lei de Coulomb, que expressa a intensidade da força elétrica é:

F= K  [q1] [q2]/r^2

No Sistema Internacional de unidades (SI), a intensidade da força elétrica (F) é expressa em newton (N).

Os termos q₁ e q2 da fórmula correspondem aos valores absolutos das cargas elétricas, cuja unidade no SI é coulomb (C), e a distância que separa as duas cargas (r) é representada em metros (m).

A constante de proporcionalidade (K) depende do meio que as cargas estão inseridas, por exemplo, no vácuo esse termo recebe o nome de constante eletrostática (K₀) e seu valor é 9.10⁹ N.m²/C².

# data[].attributes.body
A equação da força elétrica ficou conhecida como Lei de Coulomb, e é dada por:

F=k⋅Q⋅qd2

Onde:

F é a força elétrica de atração ou repulsão entre as cargas Q e q;

d é a distância entre as cargas Q e q;

k é a constante eletrostática.

Quando se calcula esta força no vácuo, a constante k se torna k₀ e é dada pelo valor:

k₀ = 8,98755 . 10⁹ N . m²/C²

Desta forma, a força elétrica, matematicamente, é definida pelo produto das cargas elétricas dividido pelo quadrado da distância entre elas, assim como a força gravitacional, que é proporcional ao produto das massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas,

F=G⋅M⋅md2

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PARA MAIS ESTUDOS E FORMULAS DE APLICAÇÃO SEGUE O SITE.

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PARA MAIS ESTUDOS E FORMULAS DE APLICAÇÃO SEGUE O SITE.

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A força elétrica é a capacidade de atração ou repulsão entre duas cargas elétricas. A equação da Força Elétrica é conhecida como Lei de Coulomb.

Charles Augustin de Coulomb foi um francês que, no fim do século XVIII, usando uma balança de torção, formulou uma equação capaz de analisar a força elétrica. Essa equação da Força Elétrica é conhecida como a Lei de Coulomb.

É importante lembrar que a lei de Coulomb não surgiu de um mero acaso, houve antes dessa fórmula diversos estudos, que se iniciaram na Grécia antiga quando Tales, na cidade de Mileto, observou que ao atritar uma resina fóssil, esta tinha o poder de atrair objetos mais leves, como grama seca e pequenas sementes.

Esse estudo ficou esquecido por um tempo até que, em 1600, o médico da rainha da Inglaterra, chamado William Gilbert, baseado nos estudos de Tales, inventou o pêndulo elétrico, objeto de grande utilidade na observação de fenômenos da eletricidade.

A evolução da eletrostática continuou com Otto Von Guericke, que primeiro observou a existência de repulsão entre as cargas elétricas, fato concluído por Charles DuFay ao afirmar que, além da repulsão, as cargas também possuem um poder de atração elétrica.

O físico e político americano, Benjamim Franklin, também teve sua participação quando admitiu que a eletricidade pode se transportar de um corpo para outro, e provou quando concluiu seu experimento de empinar uma pipa sob os raios de uma tempestade.

As teorias e definições sobre campo elétrico, potencial elétrico e capacidade elétrica foram concluídas por nomes como Gauss, La Place e Poisson.

Alexandre Volta também se consagrou como personalidade na história da eletrostática, em 1800, com a descoberta da pilha, pois foi aí que houve a revelação da corrente e resistência elétrica.

Vemos que a partir da descoberta da corrente elétrica, desenvolveram-se estudos sobre os fenômenos magnéticos, o eletromagnetismo e logo mais tarde a física moderna.

Enfim, a Lei de Coulomb é de grande importância, pois é através dela que podemos calcular o valor das forças de atração ou repulsão entre duas cargas elétricas.

A lei é representada matematicamente pela equação:

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Onde:
F = força elétrica
Ko = constante eletrostática (para cargas situadas no vácuo)
Q = carga elétrica
d = distância entre as cargas

Veremos agora uma aplicação, na qual podemos notar o cálculo da força elétrica.

Aplicação: Duas cargas puntiformes iguais a 5. 10-6 e -4. 10-6 C se encontram no vácuo e estão separadas por uma distância de 3 metros. Determine a força elétrica existente entre elas. (Dado: Ko = 9.109 N.m² /C²)

Aproveite para conferir a nossa videoaula relacionada ao assunto:
Força elétrica entre duas cargas de sinais iguais

Por: Talita A. Anjos

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Força elétrica. Aplicação da força elétrica - PrePara Enem

# data[].attributes.attachment_link.description
A força elétrica é a capacidade de atração ou repulsão entre duas cargas elétricas. A equação da Força Elétrica é conhecida como Lei de Coulomb. Charles Augustin de Coulomb foi um francês que, no fim do século XVIII, usando uma balança de torção, formulou uma equação capaz de analisar a força elétrica.

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ENERGIA POTENCIAL ELÉTRICA - ELETROSTÁTICA - AULA 8 - Prof.  Marcelo Boaro

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Professora de Matemática e Física

O potencial elétrico ou potencial eletrostático de um ponto em relação a um ponto de referência, é definido pelo trabalho da força elétrica sobre uma carga eletrizada no deslocamento entre esses dois pontos.

Sendo uma grandeza escalar, necessita apenas, para ficar totalmente definida, da intensidade e de uma unidade de medida. Portanto, não requer nem direção, nem sentido.

Fórmula

O potencial de um ponto pertencente a um campo elétrico é encontrado dividindo-se o trabalho pelo valor da carga. Esse valor é sempre medido em relação a um ponto de referência.

Ao se definir um ponto de referência, convenciona-se que o potencial neste ponto é nulo.

Assim, a fórmula para o cálculo do potencial elétrico é dado por:

Onde:

: Potencial elétrico do ponto A (V)
: Trabalho da força elétrica ao deslocar a carga do ponto A ao ponto B (J)
q: Carga elétrica (C)

No Sistema Internacional de Unidade (SI) o potencial elétrico é medido em Volts (Joule/Coulomb) em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta (1745-1827), criador da pilha elétrica.

Diferença de Potencial

A diferença de potencial (ddp), também chamada de tensão elétrica ou voltagem, é uma importante grandeza no estudo dos fenômenos elétricos.

No cotidiano, usa-se mais o conceito de diferença de potencial do que o de potencial elétrico de um ponto. Por exemplo, nos aparelhos elétricos, normalmente aparece a indicação da sua voltagem.

O voltímetro é um instrumento usado para medir a ddp

Quando dizemos que existe uma alta voltagem entre dois pontos, significa que a carga recebe uma grande quantidade de energia no seu deslocamento.

A diferença de potencial é indicada por:

U: diferença de potencial (V)
: potencial elétrico em um ponto A (V)
: potencial elétrico em um ponto B (V)

Exemplo

Uma carga elétrica de pequenas dimensões e com intensidade de 4.10⁻⁶ C é transportada de um ponto A para um ponto B de um campo elétrico. O trabalho realizado pela força elétrica que age sobre a carga tem intensidade de 3.10⁻⁴ J. Determine:

a) O potencial elétrico do ponto A, considerando o ponto B como ponto de referência.
b) A diferença de potencial entre os pontos A e B.

Solução:

a) Considerando o ponto B como ponto de referência, temos:

b) A diferença de potencial é calculada considerando o potencial nos pontos A e B. Como o ponto B foi definido como ponto de referência, então V B=0. Sendo assim, temos:

Potencial Elétrico no Campo de uma Carga

Quando um campo elétrico é gerado por uma carga fixa no vácuo, a diferença de potencial pode ser calculada como sendo:

Onde,

Se considerarmos o ponto B infinitamente afastado da carga Q (V B = 0), então teremos que o potencial no ponto A será dado por:

Sendo,

Para calcular o potencial elétrico resultante de um sistema de cargas, basta calcular o valor do potencial de cada carga no campo elétrico e depois somá-los.
Exemplo
Uma carga puntiforme de 2.10⁻⁸ C, está fixa no vácuo e gera um campo elétrico a sua volta. Qual o potencial elétrico de um ponto situado a uma distância de 60 cm desta carga? Considere k ₀ = 9.10 ⁹ N.m ²/C 2 e adote como referencial o infinito.

Solução:

Para calcular o potencial no ponto dado, basta substituir na fórmula. Contudo, devemos ter atenção as unidades, pois a unidade da distância não está no sistema internacional. Então, primeiro devemos fazer a mudança de unidade:

d = 60 cm = 0,6 m

Substituindo:

Superfície Equipotencial

Numa superfície equipotencial todos os pontos apresentam um valor constante para o potencial elétrico.

Em um campo elétrico gerado por uma carga puntiforme, as superfícies equipotenciais serão esferas concêntricas, ou seja, apresentam um mesmo ponto central.

A carga puntiforme situa-se no centro dessas esferas e as linhas de força são perpendiculares as superfícies equipotenciais.

Na figura abaixo representamos uma carga Q, carregada positivamente. Indicamos ainda as linhas de força e as superfícies equipotenciais.

Energia Potencial Elétrica

A energia potencial elétrica está associada ao trabalho da força elétricas dentro de um campo elétrico.

Para uma carga puntual fixa, a energia potencial elétrica, medida em Joule (J), é expressa pela seguinte fórmula:

Sendo:

Para saber mais, leia também:

Exercícios Resolvidos

1) Num campo elétrico, uma carga de 2C é levada de um ponto X a um ponto Y muito afastado, tendo as forças elétricas um trabalho de 100 J. Determine o potencial elétrico no ponto x:

Ver Resposta

Dados:

2) Determine o trabalho de uma carga elétrica colocada em um ponto A cujo potencial elétrico é 2.10 ⁴ V, sendo o valor da carga igual a - 6 μC.

Ver Resposta

Leia também

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O potencial elétrico ou potencial eletrostático de um ponto em relação a um ponto de referência, é definido pelo trabalho da força elétrica sobre uma carga eletrizada no deslocamento entre esses dois pontos. Sendo uma grandeza escalar, necessita apenas, para ficar totalmente definida, da...

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Potencial elétrico ou tensão elétrica é a quantidade de energia necessária para mover uma carga elétrica unitária entre dois pontos distintos de uma região dotada de um campo elétrico. O potencial elétrico é uma grandeza física escalar medida em volts (V), que equivale a joules por coulomb (J/C) em unidades SI.
Leia também: Eletrostática - o que é, fórmulas e exercícios resolvidos
Propriedades do potencial elétrico

O potencial elétrico é a quantidade de energia potencial elétrica, em joules, por unidade de carga, em coulomb. Entenda: afirmar que uma tomada fornece 110 V de potencial elétrico equivale dizer que ela cede 110 J de energia para cada coulomb de carga elétrica que passa através dos seus terminais.

O potencial elétrico no ponto em que a carga q encontra-se é diretamente proporcional ao módulo da carga elétrica q que o produz, e inversamente proporcional à distância d:

À medida que nos afastamos da carga q, o potencial elétrico diminui.

Como é possível observar na figura, todos os pontos equidistantes (linhas vermelhas) à carga geradora (Q) encontram-se no mesmo potencial elétrico e, por isso, são chamados de equipotenciais. A fórmula utilizada para calcular o potencial elétrico é esta:

U - potencial elétrico (V)

Q - carga elétrica (C)

k 0 - constante eletrostática do vácuo (9,0.10 ⁹ N.m²/C²)

d - distância (m)
Leia também: Corrente elétrica: fórmulas e exercícios resolvidos
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O potencial elétrico pode admitir sinais algébricos, positivo e negativo, relacionados diretamente com o sinal da carga que gera o potencial e com a distância d até essa carga. Isso equivale dizer que, nos arredores de um corpo eletricamente carregado, existem infinitos valores de potencial elétrico, determinados pela distância até essa carga. Dessa maneira, um potencial elétrico de uma carga só será exatamente igual a 0 quando a distância entre o ponto onde se deseja medir um potencial nulo e a carga for infinitamente grande.

Há outra maneira de definir-se o potencial elétrico relacionando-o à energia potencial elétrica, veja como:

Definição de potencial elétrico

Considere que uma carga elétrica puntiforme q encontra-se em um ponto A de campo elétrico uniforme E, como é mostrado na figura, e então é deslocada até o ponto B.

Vamos calcular a energia necessária para que a carga seja deslocada entre os pontos A e B, separados por uma distância d. Para tanto, usaremos a definição de trabalho:

Vale lembrar que a força elétrica produzida pelo campo elétrico e que atua sobre a carga q é igual ao produto da carga q com o campo elétrico E:

Unindo as fórmulas anteriores, ficamos com uma expressão diferente para otrabalho realizado pela força elétrica:

Em seguida, devemos lembrar-nos de como é a relação entre o campo elétrico E e o potencial elétrico U. Assim:
Leia também: Calorimetria - ramo da ciência que estuda as trocas de calor e seus fenômenos
Por fim, encontramos uma expressão usada para calcular o potencial elétrico em termos do trabalho realizado para deslocar a carga elétrica entre os pontos A e B, como mostramos agora:

Uma vez que o trabalho realizado para mover a carga elétrica entre os pontos A e B equivale à quantidade de energia elétrica que a carga "ganhou" ou "perdeu", o potencial elétrico pode ser entendido como uma razão entre energia e carga, como explicado.

O potencial elétrico é uma importante grandeza física para o estudo da eletrostática

Exercícios sobre potencial elétrico

Questão 1) Entre duas placas metálicas carregadas, espaçadas em 10 cm, há um campo elétrico de 500 V/m. Determine a diferença de potencial elétrico entre elas.

a) 10 V

b) 100 V

c) 50 V

d) 500 V

e) 5000 V

Gabarito: Letra c

Resolução:

Após convertermos a distância entre as placas, transformando-a em metros (10 cm = 0,1 m), utilizaremos a fórmula que relaciona o campo elétrico com a diferença de potencial, observe:

Por meio do cálculo mostrado, descobrimos que a diferença de potencial entre as placas é de 50 V, logo, a alternativa correta é a letra c.

Questão 2) Analise as afirmações relacionadas ao potencial elétrico:

I - O potencial elétrico é uma grandeza escalar.

II - A unidade de medida de potencial elétrico é o ampere (A).

III - O potencial elétrico em um certo ponto do espaço é inversamente proporcional ao quadrado da distância até a carga elétrica.

IV - A unidade de medida de potencial elétrico, de acordo com o SI, é o volt (V).

É(são) verdadeira(as):

a) I e II

b) I e IV

c) II e III
Resolução:
d) I, II e III

e) II, III e IV

Gabarito: Letra b
Resolução:
As afirmativas II e III são falsas, uma vez que a unidade de medida é o volt e o potencial elétrico é inversamente proporcional à distância até a carga. Assim, são corretas as afirmativas I e IV.

Questão 3) Uma partícula eletricamente carregada, com carga de 2 mC (2,0.10⁻³ C), sofre um trabalho de 5,0 J quando transportada entre dois pontos de um circuito elétrico. Determine a diferença de potencial entre esses pontos.

Gabarito: Letra d

Para resolvermos o exercício, basta utilizarmos a fórmula que relaciona potencial elétrico e trabalho, observe:

De acordo com o resultado obtido, a resposta correta é a letra d.

Por Rafael Helerbrock
Professor de Física

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Potencial elétrico: propriedades e exercícios - Brasil Escola

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Potencial elétrico ou tensão elétrica é a quantidade de energia necessária para mover uma carga elétrica unitária entre dois pontos distintos de uma região dotada de um campo elétrico. O potencial elétrico é uma grandeza física escalar medida em volts (V), que equivale a joules por coulomb (J/C) em unidades SI.

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FORÇA ELÉTRICA (LEI DE COULOMB) - ELETROSTÁTICA - AULA 4 - Prof.  Marcelo Boaro