Submódulo 1: Eletricidade estática e campo elétrico

Fundamentos da Eletricidade Estática

🎯 Fundamentos da Eletricidade Estática

Vamos revisitar os pilares da eletricidade estática: cargas elétricas, conservação de carga e as interações entre cargas. Cargas iguais se repelem; cargas opostas se atraem. A conservação de carga implica que, em um sistema isolado, a carga total permanece constante, o que é essencial para entender problemas de ENEM envolvendo várias cargas. Além disso, a distância entre cargas e o tamanho das cargas influenciam fortemente a intensidade da interação.

De acordo com a Lei de Coulomb, a força entre duas cargas puntuais é F = k · |q1 q2| / r^2, atuando ao longo da linha que une as cargas. Quanto maior o produto das cargas ou menor a distância, maior é a força entre elas (1). Em termos de campo, cada carga gera ao redor um campo elétrico que mede a força por unidade de carga de teste positiva: E = F / q0. Para uma carga isolada, o campo elétrico a distância r é E ≈ k q / r^2, com direção radial: para cargas positivas, o campo sai da carga; para cargas negativas, entra na carga (2). Pensando na prática, o campo elétrico é uma “paisagem” de força no espaço que orienta o movimento de cargas de teste sem necessidade de inserir a força sobre cada uma delas (3).

Campo Elétrico: Conceitos e Linhas de Campo

🎯 Campo Elétrico: Conceitos e Linhas de Campo

O campo elétrico é uma representação da força que uma carga de teste de magnitude q0 sofre ao se localizar em um ponto do espaço. Em termos práticos, o campo elétrico é definido por E = F / q0; para uma carga positiva, o campo aponta na direção da força que essa carga de teste sofrerá (1). As linhas de campo ajudam a visualizar a direção e a intensidade: quanto mais densas as linhas, maior o campo. Em situações com várias cargas, a superposição de campos vale: o campo total é a soma vetorial dos campos produzidos por cada carga (2).

Há diferenças entre campo uniforme e não uniforme: em um campo uniforme, a magnitude e a direção de E são aproximadamente constantes em uma região, enquanto em um campo não uniforme E varia com a posição. Entender essa variação é fundamental para interpretar situações de ENEM, como o campo entre placas paralelas ou a região ao redor de uma carga pontual (3).

Potencial Elétrico, Energia Potencial e Capacitância

🎯 Potencial Elétrico, Energia Potencial e Capacitância

O potencial elétrico mede o trabalho necessário para mover uma carga contra o campo elétrico, por unidade de carga. A energia potencial entre duas cargas, U, descreve a energia armazenada na configuração de cargas: para duas cargas puntuais, U ≈ k q1 q2 / r, indicando que a energia depende da magnitude das cargas e da distância entre elas (1). A diferença de potencial ΔV entre dois pontos corresponde ao trabalho por unidade de carga para mover uma carga de um ponto a outro: ΔV = ΔW / q. Em termos de energia, a energia potencial está relacionada ao trabalho realizado pelo campo ao mover a carga (2).

Ao tratar de capacitores, apresentamos a capacitância C, que caracteriza a capacidade de armazenar carga a uma dada diferença de potencial: q = C V. A energia armazenada em um capacitor é U = 1/2 C V^2. Em configurações básicas, podemos ter capacitores em série, que reduzem a capacitância equivalente, ou em paralelo, que aumentam a capacitância equivalente. Esses temas costumam aparecer em questões de ENEM quando se pede a comparação de energia, carga e armazenamento em circuitos simples (3).

Para consolidar, conectamos o conteúdo ao exame de leitura de gráficos de campo e potencial: compreender a relação entre campo, energia e geometria ajuda a resolver itens de ENEM envolvendo placas paralelas e circuitos básicos. Em resumo, este bloco fornece vocabulário técnico e ferramentas de resolução para_examinar questões de ENEM com confiança.

🎯 Exercícios