Especifique detalhamente sobre: As Definições, As Formulas, As Importância e As Aplicações de Potencial Elétrico de uma Carga Puntiforme:
Passo 1
Beleza, então o enunciado quer que a gente fale tudo sobre o potencial elétrico de uma carga pontual: definir o que é, mostrar as fórmulas, explicar por que é importante e onde isso é usado na prática. O assunto é Eletrostática e vamos precisar entender a relação entre campo elétrico, energia e potencial, além de saber usar a constante eletrostática
(ou
).
Passo 2
Definições
- Potencial elétrico
: é a energia potencial por unidade de carga testada. Em outras palavras, se você colocar uma carga num ponto, o “custo” de energia para isso é . - Carga pontual: idealização de uma carga elétrica concentrada num ponto, chamada
.
Passo 3
Formulas
- Potencial de uma carga pontual:
- Relação com o campo elétrico:
No caso esférico de
, você recupera
que é a Lei de Coulomb em forma de campo.
- Energia potencial de uma carga teste
:
Passo 4
Importância
- Scalaridade: diferente do campo, o potencial é escalar, facilitando somas (superposição).
- Energia:
nos dá rapidamente a ideia de quanto trabalho é feito ou armazenado quando transferimos cargas. - Simetria: em problemas com várias cargas, somamos os potenciais em vez de vetores de campo, o que simplifica bastante a vida.
Passo 5
Aplicações
- Cálculo de trabalho para mover cargas:
. - Definição de superfícies equipotenciais (onde
é constante), úteis em isolantes e condutores. - Projeto de capacitores pontuais ou eletrostáticos, onde a energia armazenada é
. - Em física atômica e molecular, o potencial de núcleos pontuais (prótons) é base para modelos de orbitais eletrônicos.
Resposta
- Definição: potencial
é energia por carga, escalar. - Fórmulas principais:
. - Importância: facilita superposição, cálculo de energia e trabalho.
- Aplicações: cálculo de trabalho, superfícies equipotenciais, energia em capacitores e modelos atômicos.