Aula 120 — Potencial Elétrico (O volt na prática)
50 minObjetivo geral
Compreender o potencial elétrico como a energia potencial elétrica por unidade de carga, introduzindo a unidade volt.
Objetivos específicos
- Definir potencial elétrico num ponto: V=Ep/q.
- Calcular o potencial elétrico gerado por uma carga puntiforme: V=k·Q/d.
- Diferenciar potencial elétrico (grandeza escalar, característica do ponto) de campo elétrico (grandeza vetorial).
- Interpretar o significado físico do volt (1V=1J/C).
Conhecimentos prévios
- Energia potencial elétrica e trabalho da força elétrica (Aula 119).
- Campo elétrico de carga puntiforme (Aula 117).
Recursos didáticos
- Apresentação de slides — Possor_Aula120_Apresentacao.pptx.
- Calculadora simples.
- Uma pilha comum (1,5V), para mostrar o valor do potencial na prática.
Desenvolvimento da aula
Acolhida e Sondagem de Conhecimentos Prévios
5 min · Ausubel — ativação de subsunçoresO professor pergunta: "o que significa, na prática, o número '1,5V' escrito numa pilha comum?" Ouvir hipóteses.
Problematização Inicial
5 min · Bachelard — obstáculo epistemológico antecipadoPerguntar: campo elétrico é vetor (tem direção); será que existe uma grandeza parecida, mas que seja só um número (escalar), pra descrever a energia elétrica de um ponto? Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): confundir potencial elétrico (escalar) com campo elétrico (vetorial), tratando os dois como a mesma coisa.
Desenvolvimento Conceitual
20 min · Exposição dialogadaApresentação dos slides 2 a 9: o POTENCIAL ELÉTRICO V num ponto é definido como a energia potencial elétrica que uma carga de prova teria naquele ponto, dividida pela carga de prova: V=Ep/q. Para uma carga puntiforme geradora Q, V=k·Q/d (positivo se Q for positiva, negativo se Q for negativa). Ao contrário do campo elétrico (vetor, com direção e sentido), o potencial é uma grandeza ESCALAR — tem valor e sinal, mas não direção. A unidade do potencial é o VOLT (V), onde 1V=1J/C: um ponto com potencial de 1V fornece 1 joule de energia potencial para cada 1 coulomb de carga colocado ali. Resolução do obstáculo do Momento 2: potencial elétrico (escalar, V=Ep/q) e campo elétrico (vetor, E=F/q) são grandezas DIFERENTES, ainda que relacionadas — uma descreve energia por carga, a outra, força por carga.
Resolução Guiada
10 min · Vygotsky — Zona de Desenvolvimento ProximalResolução guiada: calcular o potencial num ponto onde uma carga de prova de +5×10-6 C tem energia potencial de 2×10-3 J (V=Ep/q=400V). Em duplas: calcular o potencial gerado por uma carga de -4 μC a 0,2 m de distância (V=kQ/d=-1,8×105 V).
Exercícios de Fixação
7 min · Prática independenteAplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano).
Síntese e Fechamento
3 min · Consolidação (fechamento circular)Retomar a pergunta do Momento 1: "1,5V" significa que cada 1 coulomb de carga que passa pela pilha ganha 1,5 joule de energia potencial elétrica.
Avaliação formativa
Ao longo da aula: perguntas rápidas de verificação (Momento 3) e observação direta durante a resolução guiada (Momento 4). Ao final: correção coletiva dos exercícios.
Lista de exercícios
1. Uma carga de prova de +5×10-6 C, colocada num ponto, tem energia potencial elétrica de 2×10-3 J. Qual o potencial elétrico nesse ponto?
Gabarito: V=Ep/q=2×10-3/5×10-6=400 V.
2. Calcule o potencial elétrico gerado por uma carga de -4 μC num ponto a 0,2 m de distância (k=9×109 N·m2/C2).
Gabarito: V=kQ/d=9×109×(-4×10-6)/0,2=-36×103/0,2=-1,8×105 V.
3. O potencial elétrico é uma grandeza vetorial ou escalar? E o campo elétrico?
Gabarito: Potencial elétrico é escalar (tem valor e sinal, mas não direção); campo elétrico é vetorial (tem módulo, direção e sentido).
4. O que significa dizer que um ponto tem potencial elétrico de 1 volt?
Gabarito: Significa que uma carga de 1 coulomb colocada nesse ponto teria 1 joule de energia potencial elétrica (1V=1J/C).
5. Duas cargas puntiformes, +Q e -Q (mesmo módulo, sinais opostos), estão à mesma distância d de um ponto P. Qual o potencial elétrico total em P devido às duas cargas juntas?
Gabarito: Zero — o potencial é escalar, então os potenciais individuais se somam algebricamente: V=kQ/d + k(-Q)/d = 0.
Observações e extensão
Próxima aula: Diferença de Potencial Elétrico (DDP / Tensão). Nota para o professor: essa aula prepara diretamente para a Aula 121 (DDP), que é a grandeza realmente usada no dia a dia elétrico (baterias, tomadas).