Grade 11
  1. Mecânica  1.1. dinâmicas  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas e três dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração e desaceleração  1.1.6. Análise gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento (derivações avançadas)  1.1.8. Queda livre e velocidade terminal  1.1.9. Movimento de projéteis  1.1.10. Velocidade relativa em uma e duas dimensões  1.1.11. Movimento de um carro em um plano inclinado  1.2. Dinâmica  1.2.1. As leis do movimento de Newton e suas aplicações  1.2.2. Inércia e a primeira lei de Newton  1.2.3. Força e tipos de força  1.2.4. Atrito estático e cinético  1.2.5. Movimento circular e aceleração centrípeta  1.2.6. Movimento circular não uniforme  1.2.7. Bancagem de estradas e curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservação do momento em uma e duas dimensões  1.2.10. Aplicações da Terceira Lei de Newton  1.3. Work, Energy and Power  1.3.1. Trabalho realizado por uma força constante e variável  1.3.2. Teorema trabalho-energia  1.3.3. Energia cinética e potencial  1.3.4. Energia potencial gravitacional e elástica  1.3.5. Conservação da energia mecânica  1.3.6. Poder e potência instantânea  1.3.7. Eficiência das máquinas  1.3.8. Trabalho realizado por forças conservativas e não conservativas  1.4. Movimento rotacional  1.4.1. Torque e aceleração angular  1.4.2. Equilíbrio rotacional  1.4.3. Momento de inércia e suas aplicações  1.4.4. Momento angular e sua conservação  1.4.5. Energia cinética de movimento de rotação e rotação  1.4.6. Teorema dos Eixos Paralelos e Perpendiculares  1.4.7. Dinâmica do movimento rotacional
  2. Gravitational force  2.1. Gravitação universal  2.1.1. Lei da gravitação universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional e potencial  2.1.3. Mudança na aceleração devido à gravidade  2.1.4. Leis do movimento planetário de Kepler  2.1.5. Mecânica orbital e satélites  2.1.6. Velocidade de escape e velocidade orbital  2.1.7. Ausência de peso e queda livre  2.1.8. Energia potencial gravitacional e energia em órbitas  2.1.9. Buracos negros e lente gravitacional
  3. Propriedades da matéria  3.1. Mecânica dos fluidos  3.1.1. Densidade e pressão em líquidos  3.1.2. A teoria de Pascal e aplicações  3.1.3. O Princípio de Arquimedes e a flutuação  3.1.4. A equação de Bernoulli e aplicações  3.1.5. Equação de continuidade e o efeito Venturi  3.1.6. Tensão superficial e capilaridade  3.1.7. Viscosidade e Lei de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds e turbulência  3.2. Elasticidade e deformação  3.2.1. Lei de Hooke e a relação tensão-deformação  3.2.2. Módulo de elasticidade e aplicações  3.2.3. Deformação e limite de escoamento de sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor e temperatura  4.1.1. Propriedades termométricas e escala de temperatura  4.1.2. Expansão térmica de sólidos, líquidos e gases  4.1.3. Sistema de transferência de calor  4.1.4. Capacidade calorífica específica e calorimetria  4.1.5. Calor latente e mudança de fase  4.2. Kinetic theory of gases  4.2.1. Modelo molecular dos gases  4.2.2. Explicação cinética da temperatura  4.2.3. Equação do Gás Ideal e Desvios  4.2.4. Caminho livre médio e distribuição de Maxwell-Boltzmann  4.3. Leis da Termodinâmica  4.3.1. Lei Zero e Equilíbrio Térmico  4.3.2. Primeira Lei e Energia Interna  4.3.3. A Segunda Lei e Entropia  4.3.4. Ciclo de Carnot e motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores e Bombas de Calor
  5. Ondas e oscilações  5.1. Movimento Harmônico Simples  5.1.1. Equações do MHS  5.1.2. Energia no MHS  5.1.3. Oscilações amortecidas e forçadas  5.1.4. Ressonância e aplicações  5.1.5. Pêndulo e sistema massa-mola  5.2. Movimento ondulatório  5.2.1. Tipos de ondas mecânicas  5.2.2. Movimento das ondas e transporte de energia  5.2.3. Princípio da Superposição e Ondas Estacionárias  5.2.4. Reflexão, Refração e Difração  5.2.5. Efeito Doppler em som e luz  5.2.6. Pulsos e interferência
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Eletrostática  6.1.1. Carga elétrica e conservação  6.1.2. A lei de Coulomb e suas aplicações  6.1.3. Campo elétrico e fluxo elétrico  6.1.4. Potencial elétrico e energia potencial  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Eletricidade Atual  6.2.1. Lei de Ohm e resistência elétrica  6.2.2. Resistência e dependência de temperatura  6.2.3. Leis de Kirchhoff e Análise de Circuitos  6.2.4. Potência elétrica e eficiência  6.2.5. Combinação de resistores  6.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos e suas fontes  6.3.2. Força magnética em cargas em movimento  6.3.3. Indução eletromagnética  6.3.4. Leis de Faraday e Lenz  6.3.5. Indutância e Transformador  6.3.6. Corrente alternada e suas aplicações
  7. Óptica  7.1. Reflexão e Refração  7.1.1. leis da reflexão e refração  7.1.2. Espelhos e lentes  7.1.3. Reflexão interna total e fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferência e Difração  7.2.2. Experimento da dupla fenda de Young  7.2.3. Polarização da luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efeito fotoelétrico e a teoria de Einstein  8.1.2. Dualidade onda-partícula  8.1.3. Princípio da Incerteza de Heisenberg  8.1.4. Compton Effect  8.2. Física Atômica e Nuclear  8.2.1. Modelo atômico e níveis de energia  8.2.2. Decaimento radioativo e meia-vida  8.2.3. Fissão Nuclear e Fusão
  9. Eletrônica e Comunicação  9.1. Semicondutores  9.1.1. junção pn e diodo  9.1.2. Transistores e Portas Lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados e Aplicações  9.2. Sistemas de Comunicação  9.2.1. Noções básicas de Comunicação Analógica e Digital  9.2.2. Comunicação Sem Fio e Óptica  9.2.3. Modulação e Demodulação

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Potencial elétrico e energia potencial


No mundo da eletricidade e do magnetismo, é importante compreender os conceitos de potencial elétrico e energia potencial. Essas ideias nos ajudam a entender como as cargas interagem, como os campos elétricos as afetam e como a energia é armazenada e transformada em um sistema elétrico.

O que é potencial elétrico?

O potencial elétrico, frequentemente referido simplesmente como potencial, é a quantidade de energia potencial elétrica por unidade de carga em um ponto em um campo elétrico. Ele nos diz quanta energia uma carga teria se fosse colocada naquele ponto do campo. O potencial elétrico é uma quantidade escalar, o que significa que possui magnitude, mas não direção. Ele é medido em volts (V). O conceito de potencial elétrico é importante para analisar circuitos elétricos e entender o comportamento das cargas em um campo elétrico.

Definição de potencial elétrico

O potencial elétrico (V) em um ponto em um campo elétrico é definido como o trabalho realizado para mover uma carga positiva unitária de algum ponto de referência (geralmente o infinito) até esse ponto sem qualquer aceleração. Matematicamente, pode ser expresso como:

V = U/q

Aqui, U é a energia potencial elétrica, e q é a carga.

Exemplo visual de potencial elétrico

Ponto de Referência Ponto P

No cenário acima, imagine uma carga sendo movida de um ponto de referência para um ponto P. O potencial elétrico no ponto P é o trabalho realizado ao mover a carga do ponto de referência para P.

Diferença de potencial

A diferença de potencial (frequentemente chamada de tensão) entre dois pontos em um campo elétrico é o trabalho realizado para mover uma carga unitária de um ponto para outro. É uma parte integral do conceito de circuitos elétricos, onde descreve o "empurrão" ou "potencial" que induz cargas a se moverem e, assim, cria corrente elétrica. Também é expressa em volts (V).

V = W/q

Aqui, W representa o trabalho realizado para mover uma carga q entre dois pontos.

Exemplo de diferença de potencial

Considere dois pontos A e B em um campo elétrico. O potencial no ponto A é 15V, e no ponto B é 5V. A diferença de potencial entre esses dois pontos é calculada como:

V_AB = V_A - V_B = 15V - 5V = 10V

Uma diferença de potencial de 10V representa a energia necessária para mover uma carga positiva unitária de B para A.

Energia potencial elétrica

A energia potencial elétrica é a energia que uma carga possui devido à sua posição em um campo elétrico. Semelhante à energia potencial gravitacional, que depende da posição de um objeto em um campo gravitacional, a energia potencial elétrica depende da posição da carga no campo elétrico. Ela representa o trabalho realizado contra forças elétricas para estabelecer um sistema de cargas.

Definição de energia potencial elétrica

A energia potencial elétrica (U) de uma carga em um campo elétrico é o trabalho realizado para trazer a carga do ponto de referência até sua posição no campo. É calculada usando a fórmula:

U = qV

Onde q é a carga e V é o potencial elétrico no ponto onde a carga está localizada.

Exemplo visual de energia potencial elétrica

Ponto de Referência Local da Carga

Na figura acima, uma carga é movida de um ponto distante (ponto de referência) até sua posição. A energia potencial elétrica é o trabalho realizado nesse movimento.

Relação entre potencial elétrico e energia potencial

A relação entre potencial elétrico e energia potencial elétrica é fundamental na eletrostática. O potencial elétrico é como a densidade de energia potencial em um campo elétrico - quanta energia potencial há por unidade de carga. Essa relação dita muitas implicações em circuitos, capacitores e fenômenos eletrostáticos.

Conexão de fórmulas

Se combinarmos as definições de potencial elétrico e energia potencial elétrica, obtemos:

U = qV
V = U/q

Essas equações mostram que a energia potencial de uma carga depende do valor da carga e do potencial elétrico em sua localização.

Exemplos e aplicações

Compreender o potencial elétrico e a energia potencial pode ser aplicado a situações cotidianas e problemas científicos avançados.

Exemplo 1: Movendo uma carga em um campo elétrico

Imagine que movemos uma carga positiva de 2C (2 coulombs) em um campo elétrico de um ponto com um potencial de 10V para outro ponto com um potencial de 5V. O trabalho realizado nesse caso é:

U = q(V2 - V1) U = 2C * (5V - 10V) = -10J

Aqui, o sinal negativo indica que o trabalho foi realizado sobre a carga pelo campo elétrico.

Exemplo 2: Energia potencial elétrica em um circuito

Considere um circuito simples composto por uma bateria e um resistor. A bateria fornece uma diferença de potencial que move cargas no circuito. Se a diferença de potencial fornecida pela bateria for de 12V, e a carga em movimento for de 3C, então a energia potencial elétrica fornecida ao circuito é:

U = qV U = 3C * 12V = 36J

Essa energia é convertida em calor no resistor devido à resistência, o que é um exemplo de conversão de energia em um circuito.

Conclusão

Potencial elétrico e energia potencial são conceitos essenciais no estudo da eletrostática. Eles estão interconectados, ajudando-nos a entender como as cargas interagem em campos elétricos e como essas interações levam ao fluxo de corrente elétrica em circuitos elétricos. Ao dominar esses conceitos, obtemos uma melhor compreensão tanto de dispositivos elétricos cotidianos quanto de fenômenos científicos complexos.


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Potencial elétrico e energia potencial

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