Energia Potencial Elétrica


Para podermos falar de energia potencial elétrica, é necessário que tenhamos, em primeiro lugar, um campo elétrico. Este campo elétrico é gerado por uma carga que, por convenção, chamaremos de Q. Agora imagine que é colocada no espaço de atuação de Q uma outra carga elétrica, que chamaremos de q. O que acontecerá? Conforme a combinação de sinais entre as duas cargas (negativo e positivo), a carga q pode ser tanto atraída (ocorre quando a combinação é entre sinais diferentes) quanto ser repelida (sinais iguais) da carga Q. Independente do se aproximar ou se afastar de Q, a carga q adquire movimento ou, falando em termos físicos, energia cinética.

É preciso lembrar que, para que um corpo – no caso a carga q – adquira energia cinética, é necessário que haja energia potencial armazenada de alguma forma, pois de outro modo o corpo não adquire movimento. Quando esta energia potencial está ligada à atuação de campos elétricos, recebe o nome de energia potencial elétrica.

Energia Potencial

Antes de prosseguirmos a explicação, é necessário esclarecer algumas coisas. Quando falamos em campos elétricos, deve-se pensar em sistemas formados por cargas elétricas estáticas e/ou em movimento retilíneo uniforme, sendo portanto campos conservativos, não podendo ser confundidos com o conceito de potencial elétrico. Outra diferenciação importante é que os campos elétricos ligados a ondas eletromagnéticas não são campos conservativos como o que permite a energia potencial elétrica e, portanto, não podem ser associados ao conceito de energia potencial elétrica como definido mais acima. Cargas elétricas aceleradas, por mais que estejam em movimento, emitem ondas eletromagnéticas que não se associam às energias potenciais.

Calculando a Energia Potencial Elétrica

Pois bem. Agora que já sabemos que a energia potencial elétrica é a energia potencial armazenada em um corpo presente dentro de um campo de força, podemos passar as maneiras usadas para calcular este tipo de energia. O cálculo da energia potencial elétrica é dado pela seguinte fórmula:

Ep = K . Q . q / r

Onde: Ep é a energia potencial elétrica; K é a constante eletrostática, Q e q são as cargas elétricas; e r a distância entre as duas cargas.

A unidade usada para quantificar a energia potencial elétrica é o joule por coulomb (JC), mais comumente chamado de volt (V).

Quando calcula-se a energia potencial elétrica, se está calculando o trabalho realizado pela força elétrica no deslocamento da carga elétrica (q) desde a distância r até o infinito, independente da trajetória. Vale lembrar que a regra dos sinais também é válido para o resultado da fórmula acima: é negativa se as cargas tiverem sinais contrários e positiva se as cargas tiverem sinal igual.

Desdobramentos do cálculo da energia potencial elétrica

Como já vimos, a energia potencial elétrica está relacionada à carga colocada dentro de um determinado campo elétrico, ou seja, é a energia adquirida pela carga quando inserida em campo elétrico.

Este conceito é diferente de outro, apesar de o nome ser extremamente parecido: potencial elétrico. O potencial elétrico está relacionado com a capacidade do campo elétrico de realizar trabalho, ou seja, de deslocar a carga q até o infinito.

Para calcularmos o potencial elétrico de determinado campo, precisamos do valor da energia potencial elétrica, por este motivo aquele conceito é considerado um desdobramento deste. Podemos calcular o potencial elétrico através de duas fórmulas:

V = Ep / q OU V = K. (Q / d)

Onde: V é o potencial elétrico, medido em volt; Ep é a energia potencial elétrica, também medida em volt; q e Q são as cargas; e K é a constante eletrostática do meio.

Notem que esta fórmula é utilizada quando há somente uma partícula gerando um campo elétrico. Quando houver mais de uma partícula e, consequentemente, mais de um campo elétrico, basta fazer a soma deles para obter o potencial elétrico total:

V = v1 + v2 + v3 … + vn ou V = K. (Q1 / d1) + K (Q2 / d2) + K (Q3 / d3) … + K (Qn / dn)

É importante reparar que o valor do potencial elétrico tem uma relação direta com a distância: quanto maior a distância, menor o potencial elétrico. Quando menor a distância, maior ele será.
Ainda é possível calcularmos o trabalho de uma força elétrica e a diferença de potencial entre dois pontos de um determinado campo elétrico.

O trabalho T realizado por uma carga elétrica é igual ao trabalho realizado por outras energias potenciais utilizadas no estudo da mecânica. Se imaginarmos dois pontos em um dado campo elétrico, suas energias potenciais é dada por: Ep = q . v1 e Ep2 = q . v2. Portanto, o trabalho é dado pela fórmula:

T = q (v1 – v2)

Já quando temos dois pontos em distâncias diferentes da carga geradora de determinado campo, é possível calcular a diferença de potencial ou tensão (U) entre os dois levando em conta as diferentes distâncias. Isto é feito através da seguinte fórmula:

U = K [Q /(d1 – d2)]