Potencial e Campo Elétrico: Definições e Relações

Potencial e campo Apresentação Nesta Unidade de Aprendizagem veremos o Potencial e sua relação com o Campo Elétrico A eletricidade e o próprio Potencial Elétrico nos são apresentados na nossa infância Percebemos a capacidade de um brinquedo ter luzes sons ou movimentos através das pilhas Por meio de reações químicas elas criam um potencial elétrico dando vida não somente aos brinquedos mas aos controles remotos tablets e aos inseparáveis smartphones Para os nascidos até a década de 1980 era comum a expressão acabou a pilha referindose à ineficiência da pilha em manter as reações químicas internas e assim gerar eletricidade e potencial elétrico Bons estudos Ao final desta Unidade de Aprendizagem você deve apresentar os seguintes aprendizados Definir o Potencial Elétrico Determinar o Potencial Elétrico para diferentes tipos de distribuição de carga Relacionar o Potencial Elétrico com o Campo Elétrico Desafio O momento do dipolo é comumente utilizado em sistemas que possuem carga total neutra Um par de cargas de sinais opostos ou um condutor neutro em um campo elétrico uniforme são exemplos de dipolo elétrico Vamos considerar um dipolo com tamanho S O potencial elétrico deste dipolo em um ponto P distante do centro do dipolo por uma distância R em que R é muito maior que S é dado pela expressão Demonstre a expressão para V Infográfico O Potencial Elétrico possui uma relação estreita com o Campo Elétrico A diferença de potencial somente apresenta valores diferentes de zero em ciclos não fechados Confira no infográfico Conteúdo do livro Tanto o potencial como o campo elétrico são características geradas por uma distribuição de cargas elétricas Estas grandezas podem ser calculadas ponto a ponto levando a equações para E e V Por outro lado elas podem ser descritas graficamente através das linhas de campo elétrico e das linhas equipotenciais A distribuição destas linhas está intimamente relacionada como mostra o trecho separado do livro Física Uma Abordagem Estratégica Vol3 de Randall D KNIGHT para melhor detalhamento do conceito de campo elétrico Confira o conteúdo a partir do título Potencial elétrico Boa leitura RANDALL D KNIGHT RANDALL D KNIGHT VOLUME 3 ELETRICIDADE E MAGNETISMO K71f Knight Randall D Física 3 recurso eletrônico uma abordagem estratégica Randall Knight tradução Manuel Almeida Andrade Neto 2 ed Dados eletrônicos Porto Alegre Bookman 2009 Editado também como livro impresso em 2009 ISBN 9788577805532 1 Física 2 Eletricidade 3 Magnetismo I Título CDU 537 Randy Knight leciona Física básica há 25 anos na Ohio State University EUA e na Califórnia Polytechnic University onde atualmente é professor de física O professor Knight bacharelou se em Física pela Washington University em Saint Louis e doutorouse em Física pela Univer sity of Califórnia Berkeley Fez pósdoutorado no HarvardSmithsonian Center for Astrophy sics antes de trabalhar na Ohio State University Foi aí que ele começou a pesquisar sobre o ensino da física o que muitos anos depois o levou a escrever este livro Os interesses de pesquisa do professor Knight situamse na área de laser e espectroscopia com cerca de 25 artigos de pesquisa publicados Ele também dirige o programa de estudos am bientais da Cal Poly onde além de física introdutória leciona tópicos relacionados a energia oceanografia e meio ambiente Quando não está em sala de aula ou na frente de um compu tador o professor Knight está fazendo longas caminhadas remando em um caiaque tocando piano ou usufruindo seu tempo com a esposa Sally e seus sete gatos Sobre o Autor Catalogação na publicação Renata de Souza Borges CRB101922 RESULUÇÃO A molécula inicial é φi 0 e termina a φf 90 O aumento da energia potencial é ΔU Uf Ui pE cos θ ρE 62 1023 J Essa é a energia necessária para girar a molécula em 90 294 Potencial elétrico Introduzimos o conceito de campo elétrico no Capítulo 26 para descrever as forças de ação à distância que originaram preocupações e dificuldades conceituais O campo desempenha o papel de um agente intermediário através do qual duas cargas exercem forças a distância uma sobre a outra A carga q de algum modo altera o espaço ao redor de si com a criação de um campo elétrico E A carga q então responde ao campo experimentando uma força F qE EXEMPLO 296 Movimento através de uma diferença de potencial Um próton com velocidade inicial de 20 106 ms entra em uma região do espaço onde as cargasfonte criaram um potencial elétrico Qual é o módulo da velocidade do próton após ser movido através de uma diferença de potencial de 100 V Qual será a velocidade final se o próton for substituído por um elétron Um próton parte de repouso no ponto B onde o potencial é de 0 V Depois disso o próton Alternativamente poderíamos especificar o voltam de capacitor ΔV isto é a diferença de potencial entre suas placas e então determinar a intensidade do campo elétrico como O potencial aumenta linearmente de V 0 V na placa negativa s d Dica do professor Neste vídeo escolhemos alguns tópicos para maior aprofundamento enfatizando no conceito do potencial elétrico como obtemos e sua relação com campo elétrico Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar Exercícios 1 O canhão de elétrons do tubo de imagem de uma TV acelera os elétrons entre duas placas paralelas afastadas em 12 cm e com 25 kV de diferença de potencial entre elas Os elétrons entram através de um pequeno orifício na placa negativa aceleram e então saem através de um pequeno orifício na placa positiva Assuma que os orifícios sejam suficientemente pequenos para não afetar o campo elétrico ou o potencial a Qual é a intensidade do campo elétrico entre as placas b Com que velocidade o elétron sai do canhão se sua velocidade de entrada é próxima a zero Mostre que a velocidade de saída é tão grande que de fato precisamos usar a teoria da relatividade para calcular um valor preciso A B C D E A figura mostra um bastão fino dotado de uma carga Q que foi curvado para se transformar em um semicírculo de raio R Obtenha uma expressão para o potencial elétrico criado por ele em seu próprio centro 2 V Q 4πε₀R 3 Qual é o módulo e qual é a orientação do campo elétrico no ponto da figura A B C D E 4 Em uma região de campo elétrico uniforme o potencial é de 1000 V em x 10 m e de 1000 V em x 10 m Qual é o campo correspondente Ex A B C D E 5 A figura é o gráfico de V versus x Determine o gráfico correspondente de Ex versus x A B C D E 2000Vm Na prática Acompanhe diversos exemplos relacionando o potencial elétrico com nossas vidas Uma das cenas mais corriqueiras mas de extrema relevância na compreensão do potencial elétrico identificamos ao vermos os pássaros em cima dos fios de altatensão Para que tenhamos qualquer transferência de energia ou choque que seria a parte visível de uma interação precisamos ter ligados ao nosso corpo condutores que insiram uma transferência de potencial Quando uma criança coloca os dedos em uma tomada e toma um choque ela tem um potencial de 110 ou 220 V dependendo da região sendo aplicado no seu dedo pelos condutores da tomada e o potencial zero por qualquer contato que faça com as paredes o chão ou qualquer outro condutor aterrado Outro ponto importante sobre potenciais e a própria tensão na rede elétrica é compreendermos a razão de utilizarmos a tensão de 220 V para dispositivos de maior consumo como chuveiros condicionadores de ar e refrigeradores Para um mesmo modelo de aparelho elétrico teremos um desperdício menor de energia elétrica pela resistência elétrica ao utilizarmos a tensão de 220 V ao invés de 100 V Esta economia não se dá pelo consumo do aparelho em si mas pela menor corrente trafegando nos fios e com isso dissipando menos energia elétrica Confira no item saiba as referências de dois livros textos e dois vídeos didáticos Saiba Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto veja abaixo as sugestões do professor Campo Elétrico e Potencial Elétrico Descomplica Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar 220 V Economiza energia Tem mais potência Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar BAUER WOLFGANG WESTFALL GARY D DIASHELIO Física para Universitários Eletricidade e Magnetismo Porto Alegre Mc GrawHIll 2012 Cap 3 Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino