Energia potencial elétrica

RKA4JL - Neste vídeo vamos fazer a associação entre a energia potencial gravitacional, trabalho e a energia potencial elétrica. É uma analogia boa, pois estamos acostumados com a energia potencial gravitacional. Se você tem o chão, a terra é tão grande que nós podemos assumir que esse chão esteja em uma linha reta e o campo gravitacional vai ser um campo uniforme, ou seja, ele estará apontando para baixo. Se você tem alguma coisa elevada em algum lugar, por exemplo aqui tem uma massa m. Se soltar esse objeto, você sabe que ele vai cair. Por exemplo, se você segura um livro acima da sua cabeça, é natural que saiba que ao soltar este livro, ele vai cair. Ele possui uma energia armazenada, que é a energia potencial gravitacional, que é dada por mgh. Quando cai, ele transforma energia potencial gravitacional em energia cinética. Se você tem esse corpo que está no chão e quer subir essa determinada altura, você vai ter que colocar uma força para cima. Lógico que vai ter uma força um pouquinho maior inicialmente do que a força gravitacional, apenas para dar o início do movimento, mas depois a força fica igual à força gravitacional e subindo com velocidade constante até a determinada altura que estava, ele vai adquirir novamente a energia potencial gravitacional de mgh. O que você fez nesse caso foi um trabalho. Você realizou um trabalho, você colocou uma força. O que é trabalho? É força vezes deslocamento. Então o trabalho, nesse caso, foi a força que você fez, no caso a força gravitacional, vezes o deslocamento, que é h. A força gravitacional é dada por m vezes g vezes h. Portanto, o trabalho realizado desse ponto até esse é exatamente a energia potencial adquirida. Lembrando que esse objeto pode estar em uma determinada altura inicial, por exemplo cinco metros, e você está subindo apenas daqui para cá, ou seja, o trabalho vai ser apenas a diferença dessas duas energias potenciais gravitacionais, ou ele pode estar dentro de um buraco. Vamos supor que aqui você tenha um buraco e tenha um objeto de uma determinada massa com cinco metros de profundidade. Você vai ter uma energia potencial gravitacional negativa, o que muitas pessoas estranham quando nós dizemos que temos a energia negativa. Ele vai chegar no potencial zero (estamos assumindo que seja o chão) e depois ele vai adquirir uma energia potencial gravitacional positiva. Portanto, você tem um certo trabalho para chegar no patamar zero e depois um certo trabalho para atingir a altura h que você tinha inicialmente. Então tudo é uma questão de trabalho. A velocidade é constante quando você está executando o trabalho de elevar esse corpo até uma determinada altura. Então qual é a relação que a energia potencial gravitacional vai ter com a energia potencial elétrica? Vamos fazer uma comparação e colocar aqui uma determinada região, uma placa. (Essa placa é tão grande, exatamente como sendo a terra). Essa placa é tão grande que podemos dizer que o campo elétrico é constante e, obviamente, o campo elétrico é nesse sentido. É um sentido arbitrário. Vamos supor que esse campo tenha o valor de cinco newtons por coulomb. É um valor alto, mas que serve apenas para exemplo. Nós temos uma partícula que tem dois coulomb de carga, que é uma carga muito alta também, mas serve apenas para exemplo. Queremos movimentar essa carga contra o campo de três metros de distância, ou seja, vamos movimentar dois coulombs por três metros. Qual o trabalho que nós vamos fazer? Primeiro vamos calcular a força. Se ela tem cinco newtons por cada coulomb e nós temos dois coulombs, vamos ter que fazer uma força de dez newtons, ou seja, são cinco newtons por coulomb vezes dois coulombs, o que vai dar dez newtons de força. Portanto, ao colocar dez newtons de força, obviamente temos que ter um movimento inicial apenas para dar o começo da nossa movimentação, mas estamos estabelecendo que a velocidade é constante, ou seja, não estamos aumentando nossa energia cinética, não estamos transformando nossa energia potencial elétrica em energia cinética. Temos que ter o trabalho de transportar essa carga desse ponto para esse e vamos ter o trabalho de 10 newtons vezes 3 metros, o que dá 30 joules. Ou seja, na hora que você transfere essa carga para esse ponto, a diferença da energia potencial elétrica desse ponto P1₂ (vamos colocar assim) é de 30 joules. Ou seja, a energia potencial elétrica é uma energia que se relaciona a outro ponto qualquer. Como aqui na terra nós estávamos relacionando com o chão ou com um ponto abaixo do chão, ou ainda com um ponto um pouco acima do chão, sempre a energia potencial gravitacional vai ser em relação a algum ponto. Da mesma forma, a energia potencial elétrica vai ser relacionada a algum ponto. Se você soltar essa carga... Vamos supor que essa carga tenha uma massa de um quilograma, apenas. Se você abandona essa carga de massa um quilograma, ela vai se movimentar (e está abandonada), então obviamente vai adquirir energia cinética. Da mesma forma que a energia potencial gravitacional, ao abandonar massa, ela está adquirindo energia cinética, ao abandonar uma carga que tem uma determinada massa em um campo elétrico uniforme, ele vai adquirir também uma determinada velocidade. Como é que nós vamos calcular essa velocidade? Nós sabemos que a variação da energia potencial elétrica do ponto um ao ponto dois é de 30 joules. A maneira de você calcular a energia cinética é 1/2 mv². 2 vezes 30 é 60. A massa é 1, então 60 dividido por 1. Nós temos v² igual a 60, ou seja, v é aproximadamente 7 "vírgula qualquer coisa". Ou seja, nesse caso, ao abandonar a partícula carregada eletricamente, ela tem energia potencial armazenada, só que é energia potencial elétrica, dentro de um campo elétrico uniforme, da mesma forma que nós temos aqui um campo gravitacional uniforme, ela vai adquirir energia cinética, porque a energia não se perde e nem se cria, ela está se transformando em um tipo de energia (nesse caso da energia potencial elétrica para outro tipo de energia, que é a energia cinética), já que esse ponto (vamos chamar de ponto 2) tem uma energia potencial elétrica menor do que esse ponto 1, que é de onde a carga partiu.