Potencial elétrico

Física

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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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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.
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)

k0 – constante eletrostática do vácuo (9,0.109 N.m²/C²)

d – distância (m)

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.

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

EPel – energia potencial elétrica (J)

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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 o trabalho 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:

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.

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

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.

a) 3,0.106 V

b) 4,5.102 V

c) 0,5.103 V

d) 2,5.10-3 V

e) 10.10-4 V

Gabarito: Letra d

Resolução:

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

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

HELERBROCK, Rafael. "Potencial elétrico"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/potencial-eletrico-v.htm. Acesso em 10 de julho de 2020.

Lista de Exercícios
Questão 1

Vamos supor que temos uma partícula carregada com carga q = 4 μC e que ela seja colocada em um ponto A de um campo elétrico cujo potencial elétrico seja igual a 60 V. Se essa partícula ir, espontaneamente, para um ponto B, cujo potencial elétrico seja 20 V, qual será o valor da energia potencial dessa carga quando ela estiver no ponto A e posteriormente no ponto B?

a) 2,4 x 10-4 J e 8 x 10-5J
b) 2,2 x 10-5 J e 7 x 10-4J
c) 4,5 x 10-6 J e 6 x 10-1J
d) 4,2x 10-1 J e 4,5 x 10-7J
e) 4 x 10-3 J e 8,3 x 10-2J

Questão 2

Suponhamos que uma carga elétrica seja deixada em um ponto A de um campo elétrico uniforme. Depois de percorrer uma distância igual a 20 cm, a carga passa pelo ponto B com velocidade igual a 20 m/s. Desprezando a ação da gravidade, calcule o trabalho realizado pela força elétrica no descolamento dessa partícula entre A e B. (Dados: massa da carga m = 0,4 g e q = 2 μC). 

a) τ = 2,3 . 10-2 J
b) τ = 3,5 . 10-3 J
c) τ = 4 . 10-5 J
d) τ = 7 . 10-9 J
e) τ = 8 . 10-2 J

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