Até agora, as cargas elétricas e suas interações foram caracterizadas utilizando quatro grandezas: força elétrica, campo elétrico, energia potencial elétrica e potencial elétrico. Qual ou quais dessas grandezas indicam um efeito em um ponto do espaço devido a uma única carga ou um conjunto de cargas? Justifique.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão fala sobre quatro grandezas que descrevem como as cargas elétricas interagem: força elétrica, campo elétrico, energia potencial elétrica e potencial elétrico. Nosso objetivo aqui é descobrir quais dessas grandezas mostram o efeito que uma única carga ou um grupo de cargas tem em um ponto específico do espaço. Para isso, vamos precisar entender o que cada uma dessas grandezas representa e como elas funcionam.

Passo 2

Primeiro, vamos falar sobre força elétrica. A força elétrica é a interação entre duas cargas elétricas. Se você tem duas cargas, elas vão se atrair ou se repelir dependendo de seus sinais. A fórmula que descreve essa força é a Lei de Coulomb:
F = ke |q1 q2|r^2
onde $ F $ é a força, $ k_e $ é a constante eletrostática, $ q_1 $ e $ q_2 $ são as cargas, e $ r $ é a distância entre elas.
Importante notar que a força elétrica depende de pelo menos duas cargas para existir, ou seja, não podemos falar de força elétrica em um ponto do espaço causada por apenas uma carga isolada.

Passo 3

Agora, vamos discutir o campo elétrico. O campo elétrico é uma grandeza que representa a influência que uma carga elétrica (ou um conjunto de cargas) exerce sobre o espaço ao seu redor. Ele indica como uma carga de teste positiva seria afetada se estivesse naquele ponto. A fórmula do campo elétrico gerado por uma carga $ Q $ é:
Q
Aqui, $ E $ é o campo elétrico, $ Q $ é a carga que cria o campo, e $ r $ é a distância do ponto onde estamos calculando o campo até a carga.
O campo elétrico é uma grandeza que pode ser atribuída a um ponto no espaço devido a uma única carga ou a várias cargas, tornando-o útil para descrever efeitos isolados ou combinados.

Passo 4

Vamos para a energia potencial elétrica. Essa grandeza mede a energia armazenada na posição de uma carga em relação a outra. A energia potencial elétrica entre duas cargas $ q $ e $ Q $ separadas por uma distância $ r $ é dada por:
q
Aqui, $ U $ é a energia potencial, $ k_e $ é a constante eletrostática, $ q $ e $ Q $ são as cargas, e $ r $ é a distância entre elas.
Assim como a força elétrica, a energia potencial elétrica também depende de pelo menos duas cargas, pois é uma medida da interação entre elas.

Passo 5

Por último, vamos entender o potencial elétrico. O potencial elétrico em um ponto do espaço é a energia potencial por unidade de carga que uma carga de teste teria nesse ponto. A fórmula do potencial elétrico devido a uma carga $ Q $ é:
Q
Onde $ V $ é o potencial elétrico, $ Q $ é a carga que cria o potencial, e $ r $ é a distância até o ponto onde o potencial está sendo calculado.
Diferente da força e da energia potencial elétrica, o potencial elétrico pode ser definido em um ponto do espaço devido a uma única carga ou a várias cargas combinadas, sem a necessidade de uma segunda carga para causar o efeito.

Resposta

As grandezas que indicam um efeito em um ponto do espaço devido a uma única carga ou a um conjunto de cargas são o campo elétrico e o potencial elétrico. Isso porque tanto o campo elétrico quanto o potencial elétrico podem ser definidos em um ponto específico sem a necessidade de uma segunda carga para sua existência, descrevendo assim o efeito isolado ou combinado das cargas no espaço.

Exercícios relacionados