A energia potencial elétrica é a forma de energia potencial que precisa que haja interação entre cargas elétricas, sendo sua existência condicionada a isso. Podemos calculá-la por meio do produto entre as cargas elétricas com a constante eletrostática do meio dividida pela distância entre essas cargas elétricas.
Leia também: Corrente elétrica — o movimento de cargas elétricas decorrente da aplicação de uma diferença de potencial elétrico
Resumo sobre energia potencial elétrica
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A energia potencial elétrica é uma forma de energia potencial que necessita da interação entre cargas elétricas, medida em Joules (J).
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A fórmula de cálculo da energia potencial elétrica é a seguinte:
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Também pode ser calculada pela fórmula que relaciona a energia potencial elétrica ao potencial elétrico:
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A variação da energia potencial elétrica pode ser obtida por meio do teorema do trabalho e energia cinética, já que ela está associada ao trabalho realizado pela força elétrica.
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A energia potencial elétrica no capacitor está relacionada à capacitância, potencial elétrico e/ou carga elétrica.
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O potencial elétrico é criado por uma carga elétrica em um campo elétrico. Já a energia potencial elétrica está relacionada à interação entre pares de cargas elétricas.
O que é energia potencial elétrica?
A energia potencial elétrica é uma forma de energia potencial que necessita da interação entre cargas elétricas, isto é, é uma propriedade relacionada a um conjunto de cargas, de modo que para existir precisa que haja interação entre pares de cargas elétricas.
Ela é diretamente proporcional à carga elétrica e ao potencial elétrico, mas é inversamente proporcional à distância entre as cargas elétricas. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, a energia potencial elétrica é medida em Joules, unidade representada pela letra J.
→ Exemplos de energia potencial elétrica
A energia potencial elétrica existe sempre que há cargas elétricas. A seguir, veremos alguns locais em que é possível encontrá-la:
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dispositivios elétricos;
-
dispositivos eletrônicos.
Fórmulas da energia potencial elétrica
→ Energia potencial elétrica
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→ energia potencial elétrica, medida em Joule [J]. -
→ módulo da carga elétrica fonte, medido em Coulomb [C]. -
→ módulo da carga elétrica de prova, medido em Coulomb [C]. -
d → distância entre as cargas, medida em metros [m].
-
k → constante eletrostática do meio, medida em
.
Exemplo:
Uma carga elétrica de 10 μC se distancia de uma carga elétrica de 8 μC em 12 centímetros de outra no vácuo. Com essas informações, determine a energia potencial elétrica da carga de maior valor. Considere que
Resolução:
Primeiramente, vamos converter a distância de centímetros para metros:
12 cm = 0,12 m
Para encontrar o valor da energia potencial elétrica, usaremos a sua fórmula relacionada às cargas elétricas e à distância entre elas:
Como estamos no vácuo, o
O símbolo μ significa micro, que vale
A energia potencial elétrica é de 6 Joules.
→ Energia potencial elétrica relacionada ao potencial elétrico
-
→ energia potencial elétrica, medida em Joule [J]. -
q → carga elétrica geradora, medida em Coulomb [C].
-
V → potencial elétrico, medido em Volts [V].
Exemplo:
Uma partícula carregada de carga 30 μC é colocada sobre um ponto C com potencial elétrico igual a 220 V. Se ela se locomover até o ponto D de potencial 110 V, qual é a energia potencial dessa partícula quando ela estiver no ponto C e depois no ponto D?
Resolução:
Para calcularmos a energia potencial elétrica, usaremos a sua fórmula relacionada à carga elétrica e ao potencial elétrico:
No ponto C:
No ponto D:
A energia potencial elétrica no ponto C é de
Variação da energia potencial elétrica
A variação da energia potencial elétrica pode ser relacionada ao trabalho realizado pela força elétrica, já que ao colocarmos uma carga elétrica móvel próximo a uma carga elétrica fixa, a força elétrica converterá a energia potencial elétrica em energia cinética, causando seu movimento.
Em razão disso, podemos obter a fórmula da variação da energia potencial elétrica por meio do teorema do trabalho e energia cinética:
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→ trabalho realizado, medido em Joule [J]. -
→ variação da energia cinética, medida em Joule [J]. -
→ variação da energia potencial elétrica, medida em Joule [J]. -
→ energia potencial elétrica final, medida em Joule [J]. -
→ energia potencial elétrica inicial, medida em Joule [J]. -
q → carga elétrica geradora, medida em Coulomb [C].
-
→ variação do potencial elétrico, medida em Volts [V].
Energia potencial elétrica no capacitor
Os capacitores são aparelhos capazes de acumular as cargas elétricas em suas placas metálicas. Podemos calcular a energia potencial elétrica armazenada em suas placas metálicas relacionando-a à carga elétrica, a capacitância elétrica e/ou o potencial elétrico, como veremos nas fórmulas abaixo:
ou
ou
-
Q → carga elétrica, medida em Coulomb [C].
-
V → potencial elétrico, medido em Volts [V].
-
C → capacitância, medida em Farad [F].
Veja também: Associação de capacitores — uma forma de se obter diferentes valores de capacitância
Diferenças entre potencial elétrico e energia potencial elétrica
O potencial elétrico e a energia potencial elétrica são grandezas físicas com definições distintas, mas com existência que depende das cargas elétricas. Enquanto o potencial elétrico pode ser criado por uma carga elétrica nos mesmos pontos em que ela cria um campo elétrico, a energia potencial elétrica precisa que haja interação entre duas cargas elétricas para existir.
Exercícios resolvidos sobre energia potencial elétrica
Questão 1
(UFU) Comumente se ouve falar dos perigos da alta voltagem em dispositivos elétricos. Todavia, uma alta voltagem pode não significar uma grande quantidade de energia se
A) o potencial elétrico envolvido for constante.
B) a quantidade de carga envolvida for baixa.
C) o campo elétrico envolvido for uniforme.
D) a força elétrica envolvida for baixa.
Resolução:
Alternativa B
É possível fazer essa análise por meio da fórmula da energia potencial elétrica:
Nela, notamos que a energia potencial elétrica é proporcional à carga elétrica e ao potencial elétrico. Então, quanto mais carga elétrica for transportada pelo circuito, maior será a energia potencial elétrica.
Questão 2
(Fuvest) Um sistema formado por três cargas puntiformes iguais, colocadas em repouso nos vértices de um triângulo equilátero, tem energia potencial eletrostática igual a U. Substitui-se uma das cargas por outra, na mesma posição, mas com o dobro do valor. A energia potencial eletrostática do novo sistema será igual a:
A)
B)
C)
D)
E)
Resolução:
Alternativa C
Primeiramente, calcularemos a energia potencial elétrica no sistema antes de mudar uma das cargas elétricas:
Agora, encontraremos o valor da energia potencial elétrica depois de mudar uma das cargas elétricas:
Isolando alguns termos no resultado da energia potencial elétrica antes:
E substituindo no resultado da energia potencial elétrica depois:
Esse resultado pode ser representado como:
Por Pâmella Raphaella Melo
Professora de Física