Exemplo de perguntas sobre energia potencial elétrica
1. Um elétron é acelerado a partir do repouso por uma diferença de potencial de 12 volts. Qual é a variação na energia potencial do elétron?
Discussão
Sabe-se que:
Muatan 1 elétron (e) = -1,60 x 10-19 Coulomb
Diferença de potencial elétrico = tensão elétrica (V) = 12 Volts
Perguntado: Variação na energia potencial eletrônica (ΔEP)
Resposta:
ΔEP = q V = (-1,60 x 10-19 C)(12 V) = -19,2 x 10-19 Joule
O sinal negativo significa energia potencial elétrica diminui. Quando próximo à placa carregada negativamente, a energia potencial elétrica do elétron está em seu máximo. Após chegar próximo à placa carregada positivamente, a energia potencial elétrica do elétron está em seu mínimo.
2. Duas placas paralelas estão carregadas positiva e negativamente, respectivamente. O campo elétrico entre as duas placas é de 500 Volts/metro. A distância entre as duas placas é de 2 cm. Determine a variação da energia potencial de um próton quando ele se move da placa carregada positivamente para a placa carregada negativamente!
Discussão
Sabe-se que:
Campo elétrico entre as duas placas (E) = 500 Volts/metro
Distância entre as duas placas (s) = 2 cm = 0,02 metros
Carga do próton = +1,60 x 10-19 Coulomb
Perguntado: Variação da energia potencial elétrica (ΔEP)
Resposta:
Primeiro calcule a diferença de potencial ou tensão elétrica :
V = E s
V = (500 Volts/metro)(0,02 metros)
V = 10 Volt
Alterações na energia potencial elétrica:
ΔEP = q V
ΔEP = (1,60 x 10-19 C)(10 V)
ΔEP = 16 x 10-19 Joule
ΔEP = 1,6 x 10-18 Joule
Ao se aproximar da placa carregada positivamente, a energia potencial elétrica do próton está no seu máximo. Ao se aproximar da placa carregada negativamente, a energia potencial elétrica do próton está no seu mínimo. Portanto, ao se mover da placa carregada positivamente para a placa carregada negativamente, a energia potencial elétrica do próton diminui.
3. Duas cargas estão dispostas conforme mostrado na figura abaixo. A carga em A é +9 μC e a carga em B é -4 μC. Constante de Coulomb (k) = 9 x 10⁻¹⁴9 Nm2C-2, 1 μC = 10-6 C. De quanto muda a energia potencial elétrica da carga B se ela se mover em direção à carga A?
Discussão
Sabe-se que:
Carga A (q1) = +9 μC = +9 x 10-6 C
Carga B (q1) = -4 μC = -4 x 10-6 C
Constante de Coulomb (k) = 9 x 109 Nm2C-2
A distância entre as cargas A e B (r) = 10 cm = 0,1 metros = 10-1 metro
Perguntado: Variação na energia potencial elétrica da carga B quando esta se move em direção à carga A.
Resposta:
A carga B se move em direção à carga A, de modo que sua energia potencial elétrica diminui em 2,4 Joules.
Isso é semelhante a um objeto com massa que se move para baixo em direção à Terra, de modo que sua altura e energia potencial gravitacional diminuam.
4. Uma partícula com carga de \( q = 5 \times 10^{-6} \) C é colocada em um campo elétrico com potencial de \( V = 300 \) V. Qual é a energia potencial elétrica da partícula?
Discussão:
A energia potencial elétrica é dada por:
\[ U = q \times V \]
\[ U = 5 \times 10^{-6} \times 300 \]
\[ U = 1.5 \times 10^{-3} \] J
5. Um elétron é colocado em um campo elétrico com potencial de 500 V. Qual é a energia potencial elétrica do elétron?
Discussão:
Carga do elétron \( q = -1.6 \times 10^{-19} \) C.
\[ U = q \times V \]
\[ U = -1.6 \times 10^{-19} \times 500 \]
\[ U = -8 \times 10^{-17} \] J
6. Um próton se move de um potencial de 100 V para um potencial de 200 V. Qual é a variação em sua energia potencial?
Discussão:
Carga do próton \( q = 1.6 \times 10^{-19} \) C.
\[ \Delta U = q \times \Delta V \]
\[ \Delta U = 1.6 \times 10^{-19} \times (200 – 100) \]
\[ \Delta U = 1.6 \times 10^{-17} \] J
7. Dois objetos com cargas \( q_1 = 2 \times 10^{-6} \) C e \( q_2 = -3 \times 10^{-6} \) C são colocados em um campo elétrico com potencial de \( V = 400 \) V. Qual é a energia potencial total dos dois objetos?
Discussão:
\[ U_1 = q_1 \times V \]
\[ U_2 = q_2 \times V \]
\[ U_{total} = U_1 + U_2 \]
\[ U_{total} = (2 \times 10^{-6} + (-3 \times 10^{-6})) \times 400 \]
\[ U_{total} = -4 \times 10^{-3} \] J
8. Um íon com carga \( q = 4e \) (onde \( e \) é a carga elementar) está em um campo elétrico com potencial \( V = 250 \) V. Qual é a energia potencial elétrica do íon?
Discussão:
\[ U = q \times V \]
\[ U = 4 \times 1.6 \times 10^{-19} \times 250 \]
\[ U = 1.6 \times 10^{-16} \] J
9. Sabe-se que uma partícula com carga de \( q = -7 \times 10^{-5} \) C possui energia potencial de \( 2 \times 10^{-2} \) J. Qual é o potencial do campo elétrico no local onde a partícula está situada?
Discussão:
\[ U = q \times V \]
\[ V = \frac{U}{q} \]
\[ V = \frac{2 \times 10^{-2}}{-7 \times 10^{-5}} \]
\[ V = -285.71 \] V
10. Dois objetos com cargas \( q_1 = 5e \) e \( q_2 = -2e \) estão em um campo elétrico com potencial de \( V = 300 \) V. Qual é a energia potencial total dos dois objetos?
Discussão:
\[ U_1 = q_1 \times V \]
\[ U_2 = q_2 \times V \]
\[ U_{total} = U_1 + U_2 \]
\[ U_{total} = (5 \times 1.6 \times 10^{-19} – 2 \times 1.6 \times 10^{-19}) \times 300 \]
\[ U_{total} = 1.44 \times 10^{-16} \] J
11. Um íon com carga \( q = -3e \) possui energia potencial de \( -9.6 \times 10^{-19} \) J. Qual é o potencial do campo elétrico no local onde o íon está situado?
Discussão:
\[ U = q \times V \]
\[ V = \frac{U}{q} \]
\[ V = \frac{-9.6 \times 10^{-19}}{-3 \times 1.6 \times 10^{-19}} \]
\[ V = 200 \] V
12. Sabe-se que a energia potencial elétrica de uma carga \( q \) em um campo elétrico com potencial \( V = 450 \) V é \( 9 \times 10^{-18} \) J. Qual é a carga \( q \)?
Discussão:
\[ U = q \times V \]
\[ q = \frac{U}{V} \]
\[ q = \frac{9 \times 10^{-18}}{450} \]
\[ q = 2 \times 10^{-20} \] C
13. Uma carga positiva \( q = 1.5 \times 10^{-19} \) C é movida de um ponto com potencial \( V_1 = 100 \) V para \( V_2 = 500 \) V. Qual é a variação na energia potencial?
Discussão:
\[ \Delta U = q \times \Delta V \]
\[ \Delta U = 1.5 \times 10^{-19} \times (500 – 100) \]
\[ \Delta U = 6 \times 10^{-17} \] J
