Potencial elétrico e energia potencial elétrica

1 de setembro, 2016 às 11:00 | Postado em

Professor, suponha um sistema isolado formado por 3 corpos eletrizados idênticos, colineares e equidistantes: A, B e C. As cargas A e C estão fixas e a carga B está livre. Podemos calcular, então, o potencial elétrico no ponto em que está a carga B e perceberemos um valor não nulo. Aí está minha dúvida.

Potencial elétrico é a energia potencial elétrica por unidade de carga de um corpo carregado naquele ponto, certo? Ou seja, se há potencial elétrico em um ponto e há um corpo carregado neste ponto, podemos associar energia potencial elétrica a este corpo. Não consigo aceitar o fato de haver energia potencial sendo que este corpo não pode realizar trabalho (já que a força resultante sobre ele é nula). Para mim, não faz sentido haver potencial elétrico neste ponto e nem poderíamos associar energia potencial elétrica ao corpo carregado B (no entanto, sei que estou errado). Podemos associar energia a este corpo mesmo ele não podendo realizar trabalho? Onde está o erro no meu raciocínio?

Antes de responder ao teu questionamento faço comentários que julgo importantes pois já identifiquei muitas vezes dificuldades de meus alunos com o tema.

– O potencial elétrico em um ponto é arbitrário, isto é, pode ter o valor que quisermos lhe atribuir; esta arbitrariedade entretanto não afeta o fato que a diferença de potencial elétrico (ddp) entre dois pontos é sempre a mesma. 

É apenas uma questão de conveniência na Eletrostática atribuirmos valor nulo ao potencial elétrico, associado a uma carga pontual ou esférica, em um ponto muito distante da carga (no infinito). Fica evidente a arbitrariedade da escolha do potencial nulo quando na Eletrodinâmica tratamos de circuitos elétricos pois então é usual escolher o potencial nulo como sendo o potencial do aterramento.

– Outro comentário diz respeito ao equilíbrio da carga colocada em B, que aliás está sob a ação de duas forças com a mesma direção e intensidade e sentidos contrários não importando qual seja o valor e o sinal da carga em B desde que as cargas A e C sejam iguais em quantidade e sinal. A resultante das forças na carga em B é portanto nula e a carga se encontra em equilíbrio mas este equilíbrio é instável, ou seja, basta um afastamento tão pequeno quanto se queira para que a resultante das forças eletrostáticas seja não restauradora, isto é, esteja orientada para fora daquele ponto. Ou seja, a energia potencial elétrica da carga em B é máxima.

Vou agora discutir qual é o significado de a carga em B ter energia potencial eletrostática ou ainda existir um potencial elétrico em B é diferente de zero em relação ao infinito. Se a carga que está em B (mesmo que para sempre ali permaneça de fato) fosse transportada de qualquer forma até o infinito, então haveria um trabalho eletrostático devido à existência de campo elétrico associado às outras duas cargas sobre a carga que se encontra em B. É importante detacar que não importando por qual caminho a carga fosse levada de B até um ponto muito afastado das outras duas cargas, aconteceria sempre o mesmo trabalho eletrostático pois as forças eletrostáticas são conservativas.

Uma analogia com o caso gravitacional talvez ajude a entender o conceito. Quando se atribui uma energia potencial gravitacional de 100 J para um tijolo, em relação ao solo, está se afirmando que se o tijolo fosse transportado até o solo a força gravitacional realizaria uma trabalho de 100 J. Mesmo que nunca o tijolo seja descido lá do alto da prateleira onde ele está guardado, a afirmação tem sentido pois ela se refere a uma potencialidade, a uma virtualidade. Daí se designar por energia potencial este trabalho virtual, este trabalho que poderá acontecer mas que não precisa de fato estar acontecendo.

“Docendo discimus.” (Sêneca)

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