Fisica Elétrica - Potencial Elétrico, Trabalho, Corrente, Equilibrio Eletrostático e afins...

Potencial em um campo, significa a quantidade de energia que poderá se convertida em função de uma posição.

Para o facil entendimento do potencial elétrico, iremos compara-los ao potencial gravitacional.

O potencial gravitacional, é dado pela expressão Epg = m.g.h, em que m é a massa, g a aceleração da gravida, e h a posição, ou altura, observa-se que g e m são constantes, então a energia potencial gravitacional varia de acordo com a altura em que o corpo se encontra. Note que a energia potencial é quando o corpo tem velocidade nula e em iminencia de movimento, ele apresenta energia acumulada porem ainda não convertida, um corpo quando entra em movimento, sendo abandonado, converte a energia potencial em energia cinética.

Da mesma forma é a energia potencial elétrica, esta energia no entanto, lida com carga e campo elétrico, a sua expressão é Epe = E.q.d, com E representando o campo elétrico uniforme, q a carga e d a posição desta carga com relação ao elemento que gera o campo. Note tambem que a carga tem energia potencial quando não esta em movimento, quando em movimento, esta energia é convertida em corrente elétrica, que sobre a ação de uma diferença de potencial entre dois pontos distintos, provoca o movimento ordenado de elétrons de forma a neutralizar esta diferença (o que seria de forma teorica, visto que em um campo elétrico esta diferença nunca é neutralizada).

Entenda a diferença de potencial e o movimento ordenado de cargas elétricas como a dinamica das massas de ar, estas se movimentam de forma a neutralizar zonas de baixa pressão, sempre se movendo de uma região com um certo potencial para outro com um potencial diferente, no caso, como estudado com relação às linhas de força, o movimento é do polo positivo para o negativo, enquanto nas massas de ar, o movimento vai das zonas de alta pressão para os de baixa pressão.

Linhas equipotenciais ao redor de uma carga geradora

Observe que os pontos P1 e P2 apresentam uma diferença de potencial, pois se encontram em diferentes posições com relação à carga geradora, no entanto, qualquer ponto na circunferencia em que P1 esta escrito é equipotencial a P1.

Quanto às fórmulas, temos que a energia potencial dividida pela carga em questão é igual à diferença de potencial, popularmente conhecida como voltagem, ou tensão. Portanto:

V = Ed (substituindo) -> V = kQd/d² -> V = kQ/d 

Sabemos também da fisica mecanica que o trabalho realizado por um corpo, é definido pela força exercida por esse corpo, multiplicado pela distancia percorrida, multiplicado pela angulação da força com relação ao sentido do movimento. Relembrando o conceito de trabalho, inferimos que o trabalho é a força que gera um movimento, ou seja, a aplicação de uma força quando gera deslocamento, gera trabalho. Em termos de cálculos temos:

T = F.d.cosx -> T = Q.E.d -> T = Q.V

lembre-se que F = Q.E

utilizemos o cosx como 1, ou seja, só há trabalho quando há deslocamento da carga final para superficies de diferentes potenciais

a distancia d que utilizaremos é o deslocamento da carga entre as superficies de diferente potencial trabalhadas

Como ja citado anteriormente, podemos dizer que quando há um ddp existe tambem um movimento ordenado de cargas elétricas, a corrente elétrica, que nada mais é do que a energia potencial convertida em cinética. Em termos de ENEM, a corrente se percorrer o corpo humano pode provocar desde contrações involuntárias até danos fatais. Quando o infeliz põe o dedo numa tomada, não é a tensão que da choque, mas sim a diferença alta de potencial, que sendo diretamente proporcional à corrente, provoca uma corrente de grande intensidade percorrendo o corpo humano com o objetivo de fechar o circuito no polo negativo da tomada, o que ocasiona o choque.

Sob a ação de um campo elétrico, e consequentemente uma ddp, e tendo os eletrons em movimento ordenado, o condutor se encontra em equilibrio, é o que acontece por exemplo quando um circuito é ligado a uma bateria.

Condutor em equilibrio eletrostático

A alguns bons anos atrás, nosso camarada Faraday propôs um principio que sugeria a sua blindagem eletrostática. Um condutor esférico, quando carregado, tende a concentrar suas cargas na parte externa, como cada carga gera um vetor campo elétrico igual (pois o raio é o mesmo) convergindo para o centro e para o exterior da esfera, o campo elétrico no seu interior é nulo. É esse o principio que justifica porque um carro é um bom abrigo contra descargas elétricas, o raio ao atingir o carro percorre toda a sua carroceria pela parte externa até neutralizar no chão. O pneu, que apesar de ser um isolante, ao ser exposto a uma ddp extremamente alta (como é a gerada pela carga do raio) tem sua rigidez dipolar rompida, e os dipolos que orientam a carga no isolante (como na eletrização por atrito por exemplo) entram em movimento ordenado como se fossem elétrons e se neutralizam no chão.

Esquema de um para-raio

Aproveitando o ensejo, destaque para a formação de descargas elétricas, o atrito entre o vapor e os cristais de gelo nas nuvens a carrega, esta carga sendo gigante, e quando fica imensa, gera um campo elétrico, e uma ddp com relação à terra, a tendencia dessa carga, sendo tão grande, é neutralizar na terra, por meio de fenomenos fisicos que se eu for explicar aqui é a ultima vez que voce acessa o blog (mas se quiser so mandar email) o raio parte da nuvem e se neutraliza no ponto mais alto e pontudo em contato com a terra, reparou que disse pontudo? É porque tambem segundo Faraday, as pontas são os lugares mais propricios acumularem cargas elétricas, baseado nesse principio foram criados os para-raios, aparelhos que ficam posicionados no alto de prédios que são meros condutores com o objetivo de atrair os raios e os conduzir até o chão para neutraliza-los, funcionando como fio-terra.