3º Ano – Ensino Médio

Eletrostática

Revisão completa · Prova Paulista & Vestibulares

⚡ Lei de Coulomb· 🧲 Campo Elétrico· 🔋 Potencial· 📝 10 Questões

📘 Resumo Teórico

Carga Elétrica

A carga elétrica está relacionada ao excesso ou à falta de elétrons em um corpo.

👉 Um corpo fica:

  • negativo → quando ganha elétrons
  • positivo → quando perde elétrons

No átomo:

  • prótons → carga positiva
  • elétrons → carga negativa
e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C

A carga de um corpo é sempre um múltiplo inteiro da carga elementar: Q = n · e

Condutores e Isolantes

🔌 Condutores

Possuem elétrons livres que se movem facilmente. Ex: metais (cobre, alumínio), grafite, corpo humano.

🧱 Isolantes (Dielétricos)

Elétrons fortemente ligados aos átomos. Não permitem a passagem fácil de carga. Ex: borracha, vidro, plástico.

Princípios da Eletrostática

  1. 1. Conservação da carga: A carga não é criada nem destruída, apenas transferida de um corpo para outro.
  2. 2. Quantização da carga: Toda carga é múltiplo inteiro de e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C.
  3. 3. Interação de cargas: Cargas de mesmo sinal se repelem; cargas de sinais opostos se atraem.

Grandezas: Escalar vs Vetorial

Escalar

Carga elétrica (Q)

Potencial elétrico (V)

Energia potencial (Ep)

Trabalho (τ)

Vetorial

Força elétrica (F⃗)

Campo elétrico (E⃗)

⚡ Processos de Eletrização

1. Eletrização por Atrito

Dois corpos de materiais diferentes são friccionados. Um perde elétrons e fica positivo; o outro ganha e fica negativo. Os corpos ficam com cargas de sinais opostos e mesmo módulo.

💡 Exemplo cotidiano: Esfregar uma caneta de plástico em um tecido de lã — a caneta fica carregada e atrai pedacinhos de papel.

2. Eletrização por Contato

Um corpo carregado é colocado em contato com um corpo neutro (condutor). Cargas se redistribuem até o equilíbrio. Ambos ficam com cargas de mesmo sinal.

Corpos idênticos: Qfinal = (QA + QB) / 2
💡 Exemplo: Encostar uma esfera metálica carregada em outra neutra — ambas ficam carregadas.

3. Eletrização por Indução

Um corpo carregado (indutor) é aproximado (sem tocar) de um condutor neutro (induzido). Ocorre separação de cargas, mas sem contato. Com aterramento e posterior afastamento, o induzido fica com carga de sinal oposto ao indutor.

👉 Passo a passo:

  1. 1. Aproxima o corpo carregado
  2. 2. As cargas se separam no indutor
  3. 3. Liga o indutor à Terra (aterramento)
  4. 4. Retira o fio de aterramento
  5. 5. Afasta o corpo indutor
💡 Resultado final: O indutor fica com carga de sinal oposto ao do indutor.

Condutores vs Isolantes na Eletrização

Condutores

Cargas se distribuem por toda a superfície externa. Podem ser eletrizados pelos 3 processos.

Isolantes

Cargas ficam localizadas na região onde foram depositadas. Eletrizados principalmente por atrito.

🧮 Leis e Fórmulas Importantes

Lei de Coulomb

F = k₀ · |Q₁ · Q₂| / d²

F — módulo da força elétrica (N)

k₀ — constante eletrostática no vácuo = 9 × 10⁹ N·m²/C²

Q₁, Q₂ — cargas elétricas (C)

d — distância entre as cargas (m)

💡 Interpretação prática:
• Dobrar a distância → força cai 4 vezes (d²)
• Dobrar uma carga → força dobra (proporcional)
⚠️ Dica: Na fórmula, usamos o módulo das cargas. O sinal indica atração (sinais opostos) ou repulsão (mesmo sinal), mas não entra no cálculo do módulo da força.

Campo Elétrico

E = k₀ · |Q| / d²

ou  E = F / q

E — intensidade do campo elétrico (N/C ou V/m)

Q — carga geradora do campo (C)

q — carga de prova (C)

🧠 Conceito fundamental: O campo elétrico é uma região de influência criada por uma carga. Existe mesmo que não haja outra carga ali.
🧲 Sentido do campo: Sai de cargas positivas e entra em cargas negativas. Linhas de campo nunca se cruzam.

Potencial Elétrico

V = k₀ · Q / d

V — potencial elétrico (V = J/C)

Q — carga geradora (com sinal!)

d — distância ao ponto (m)

💡 Pense em "altura": Potencial é como uma altura. Quanto maior o potencial, mais energia a carga tem.
• Maior potencial → mais energia
• Carga positiva tende a ir para menor potencial
⚠️ Cuidado com o sinal! Diferente do campo e da força, no potencial a carga Q entra com sinal. Carga positiva → potencial positivo. Carga negativa → potencial negativo.

❌ Confundir campo com potencial.

Campo empurra as cargas (força). Potencial indica energia. Campo é vetorial; potencial é escalar!

Energia Potencial Elétrica

Ep = k₀ · Q₁ · Q₂ / d

Ep — energia potencial elétrica (J)

As cargas entram com sinal.

Trabalho da Força Elétrica

τ = q · (VA − VB)

ou  τ = EpA − EpB

τ — trabalho da força elétrica (J)

q — carga que se desloca (C, com sinal)

VA, VB — potenciais nos pontos A e B

💡 Regra rápida:
• Vai do maior para menor potencial → trabalho positivo ✓
• Vai do menor para maior potencial → trabalho negativo ✗
💡 Se τ > 0, a força elétrica realiza trabalho (motor). Se τ < 0, a força recebe trabalho (resistente).

🎯 Exemplos Resolvidos

Exemplo 1 — Força Elétrica (Lei de Coulomb)

Duas cargas puntiformes, Q₁ = +4 μC e Q₂ = −2 μC, estão separadas por 30 cm no vácuo. Determine o módulo da força elétrica entre elas.

📋 Dados:

  • Q₁ = 4 × 10⁻⁶ C
  • Q₂ = 2 × 10⁻⁶ C (módulo)
  • d = 0,30 m
  • k₀ = 9 × 10⁹ N·m²/C²

🧠 Estratégia:

Converter unidades para o SI e aplicar a Lei de Coulomb. Usar módulos das cargas para calcular a força.

📐 Resolução:

F = k₀ · |Q₁·Q₂| / d²

F = 9×10⁹ · (4×10⁻⁶ · 2×10⁻⁶) / (0,3)²

F = 9×10⁹ · 8×10⁻¹² / 0,09

F = 72×10⁻³ / 0,09

F = 0,8 N

✅ Resposta: F = 0,8 N (força de atração, pois as cargas têm sinais opostos).

Exemplo 2 — Campo Elétrico

Uma carga puntiforme Q = +8 μC está no vácuo. Qual a intensidade do campo elétrico a 40 cm de distância?

📋 Dados:

  • Q = 8 × 10⁻⁶ C
  • d = 0,40 m
  • k₀ = 9 × 10⁹ N·m²/C²

📐 Resolução:

E = k₀ · |Q| / d²

E = 9×10⁹ · 8×10⁻⁶ / (0,4)²

E = 72×10³ / 0,16

E = 4,5 × 10⁵ N/C

✅ Resposta: E = 4,5 × 10⁵ N/C, com sentido de afastamento da carga (positiva).

Exemplo 3 — Potencial Elétrico e Trabalho

Uma carga q = +2 μC se desloca do ponto A (VA = 500 V) até o ponto B (VB = 200 V). Calcule o trabalho da força elétrica.

📋 Dados:

  • q = 2 × 10⁻⁶ C
  • VA = 500 V
  • VB = 200 V

📐 Resolução:

τ = q · (VA − VB)

τ = 2×10⁻⁶ · (500 − 200)

τ = 2×10⁻⁶ · 300

τ = 6 × 10⁻⁴ J

✅ Resposta: τ = 6 × 10⁻⁴ J = 0,6 mJ. O trabalho é positivo, ou seja, a força elétrica impulsionou a carga (motor).

⚠️ Erros Comuns em Provas

❌ Confundir campo elétrico com força elétrica.

Campo (E) é gerado por uma carga e existe independente de haver outra carga. Força (F) é a interação entre duas cargas.

❌ Esquecer o sinal da carga no potencial.

No campo e na força usamos módulo. No potencial e na energia potencial, o sinal da carga importa!

❌ Errar a conversão de unidades.

μC = 10⁻⁶ C  |  nC = 10⁻⁹ C  |  cm → m (dividir por 100). Sempre converta antes de substituir na fórmula!

❌ Tratar grandeza vetorial como escalar.

Força e campo são vetoriais — se houver mais de uma carga, use soma vetorial (considere direção e sentido), não soma algébrica simples.

❌ Esquecer de elevar d ao quadrado.

Tanto na Lei de Coulomb quanto no campo elétrico, a distância aparece ao quadrado (d²). No potencial, é apenas d (primeira potência).

📝 Exercícios Objetivos

Clique na alternativa para conferir. 5 questões nível Prova Paulista + 5 nível vestibular.

✅ Gabarito Comentado

⚡ Resumo-Relâmpago

Carga elétrica

Q = n·e  |  e = 1,6×10⁻¹⁹ C

Lei de Coulomb

F = k₀·|Q₁·Q₂|/d²  →  vetorial

Campo Elétrico

E = k₀·|Q|/d²  →  vetorial

Potencial Elétrico

V = k₀·Q/d  →  escalar (com sinal!)

Energia Potencial

Ep = k₀·Q₁·Q₂/d  →  escalar

Trabalho

τ = q·(V_A − V_B)  →  escalar

Eletrização

Atrito → sinais opostos | Contato → mesmo sinal | Indução → sinal oposto ao indutor

Linhas de Campo

Saem de (+) → entram em (−). Nunca se cruzam.

🧠 Lembre-se na prova:

"Força e campo usam módulo e são vetoriais. Potencial e energia usam sinal e são escalares. Converta unidades antes de calcular. E d² aparece em Coulomb e campo — mas d sozinho no potencial."