Energia potencial elétrica

A energia potencial elétrica é uma forma de energia que está relacionada com a posição de cargas elétricas. A energia potencial elétrica é uma grandeza escalar, medida em joules. Ela é calculada multiplicando-se as cargas elétricas q₁ e q₂ pela constante eletrostática do meio k, dividida pela distância entre as cargas:

Também pode ser calculada pela fórmula que relaciona a energia potencial elétrica ao potencial elétrico U:

E_pel = q⋅U

 Unidades de medida 

• A energia potencial elétrica E_pel é medida em joules (J)
• As cargas elétricas q₁ e q₂ são medidas em coulombs (C)
• O potencial elétrico U é medido em volts (V)
• A constante eletrostática do meio k, medida em N⋅m²/C²
• ^{A distância r é medido em metros.}

Exemplos

1 – Qual é a energia potencial elétrica que uma carga de 2C acumularia em um ponto do espaço de potencial elétrico de 12 V?

q = 2 C

U = 12 V

E_pel = q⋅U

E_pel = 2⋅12

E_pel = 24 J

2 – Duas cargas elétricas de 3,0 μC e – 5,0 μC encontram-se fixas e separadas por uma distância de 0,2 m, no vácuo. Calcule a energia potencial elétrica gerada pela interação entre essas cargas.

Exercícios

1 – Determine a intensidade da energia potencial elétrica de um sistema composto de duas cargas fixas de 1,0 mC e 5,0 mC, no vácuo a 0,5 m distantes uma da outra, e assinale a alternativa correspondente:

a) 2⋅10⁶ J

b) 3⋅10⁴ J

c) 2,5⋅10⁴ J

d) 9⋅10⁴ J

e) 2⋅10⁵ J

Resolução:

2 – Sobre a energia potencial elétrica, assinale a alternativa correta:

a) Energia potencial elétrica é a quantidade de carga elétrica armazenada em um corpo eletrizado.
b) Energia potencial elétrica é uma grandeza escalar, medida em joules. 

c) Energia potencial elétrica é uma grandeza vetorial, medida em volts.
d) Energia potencial elétrica é uma medida da passagem de cargas elétricas.
e) Energia potencial elétrica é uma das formas conhecidas da energia mecânica.

Resolução: Letra B

3 – Num campo elétrico criado no vácuo por uma carga Q puntiforme de 4,0⋅10^{- 3} C, é colocada uma carga q, também puntiforme, de 3,0⋅10^{- 3} C, a 20 cm da carga.

A energia potencial adquirida pela carga q é:

a) 6,0⋅10^{- 3} joule.

b) 8,0⋅10^{- 2} joule.

c) 6,3 joule.

d) 5,4⋅10⁵ joule.

Resolução:

4 – A energia potencial elétrica de uma carga q, situada num ponto P de um campo elétrico, vale 40 J. Calcule o potencial elétrico no ponto P, quando q = 5mC.

Resolução:

q = 5mC = 5⋅10^{- 3} C

U = ?

E_pel = 40 J

E_pel = q⋅U

40 = 5⋅10^{- 3} ⋅U

U = 8⋅10 ³ V    ou    U = 8000 V

5 – Determine a energia potencial elétrica de uma carga elétrica q = – 6 μC, colocada em um ponto P cujo potencial elétrico é 2⋅10⁴ V.

Resolução:

E_pel = ?
q = – 6 μ C = – 6⋅10^{- 6} C
U = 2⋅10⁴ V
E_pel = q⋅U
E_pel  = – 6⋅10^{- 6} ⋅2⋅10⁴
E_pel  = – 12⋅10^{- 6 + 4}
E_pel  = – 12⋅10^{- 2}  = – 1,2⋅10¹ ⋅10^{- 2}
E_pel  = – 1,2⋅10^{1 + (- 2)}
E_pel  = – 1,2⋅10^{- 1} joule

6 – No campo de uma carga puntiforme Q = 2⋅10^{- 7}C, considere um ponto P a 0,2 m de Q. Qual a energia potencial elétrica que q = 1 μC adquire ao ser colocada em P? O meio é o vácuo (k₀ = ). 

Resolução: