Determine a energia potencial que uma carga de
adquire a 10 cm de uma carga de 0,2
, fixa, localizada no vácuo.
Passo 1
O enunciado pede para determinar a energia potencial que uma carga adquire ao ser colocada a uma certa distância de outra carga fixa no vácuo. Dados fornecidos:
(carga que é trazida),
(carga fixa),
(distância entre as cargas).
A pergunta é: qual é a energia potencial elétrica da configuração quando as cargas estão separadas por essa distância?
A pergunta é: qual é a energia potencial elétrica
Passo 2
Conceito e fórmula que vamos usar — explicação didática:
A energia potencial elétrica entre duas cargas puntiformes (no vácuo) é a energia necessária para aproximar uma carga da outra desde o infinito até a distância , contra a força elétrica. A fórmula é
A energia potencial elétrica entre duas cargas puntiformes (no vácuo) é a energia necessária para aproximar uma carga da outra desde o infinito até a distância
onde:
-
é a energia potencial elétrica (em joules, ), -
é a constante eletrostática no vácuo, (unidades ), -
e são as cargas (em coulombs, ), -
é a distância entre as cargas (em metros, ).
A constante
tem valor aproximadamente
Observação física importante: se as duas cargas têm o mesmo sinal (ambas positivas ou ambas negativas),
— isso significa que há energia armazenada porque é necessário trabalho para aproximá-las (força repulsiva). Se sinais opostos,
(atração).
Passo 3
Converter unidades para o sistema internacional (SI):
Sempre importante: fazer as contas em SI para obter
em joules.
Passo 4
Calcular o produto das cargas (mostrando passo a passo):
Passo 5
Calcular a energia potencial usando a fórmula. Substituindo
,
e
:
Agora simplifico as potências de 10 e a divisão por
:
Portanto
Passo 6
Interpretação do resultado e arredondamento:
Como as duas cargas são positivas,
: a energia potencial é positiva, indicando que é preciso fornecer trabalho para aproximar as cargas desde o infinito até
. Podemos arredondar razoavelmente para duas casas significativas como
se for desejável.