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Aula 121 — Diferença de Potencial Elétrico (DDP / Tensão)

50 min

Objetivo geral

Compreender a diferença de potencial elétrico (DDP ou tensão) entre dois pontos e sua relação com o trabalho da força elétrica.

Objetivos específicos

  • Definir DDP entre dois pontos: UAB=VA-VB.
  • Relacionar a DDP com o trabalho da força elétrica sobre uma carga que se desloca entre os dois pontos: τ=q·UAB.
  • Calcular o trabalho da força elétrica a partir da carga e da DDP, e vice-versa.
  • Reconhecer que cargas positivas tendem a se mover espontaneamente do potencial mais alto para o mais baixo (e cargas negativas, o contrário).

Conhecimentos prévios

  • Potencial elétrico (Aula 120).
  • Trabalho da força elétrica (Aula 119).

Recursos didáticos

  • Apresentação de slides — Possor_Aula121_Apresentacao.pptx.
  • Calculadora simples.
  • Uma pilha (1,5V) ou bateria pequena (9V), pra ilustrar valores reais de DDP.

Desenvolvimento da aula

Acolhida e Sondagem de Conhecimentos Prévios

5 min · Ausubel — ativação de subsunçores

O professor pergunta: "por que uma tomada de 220V 'empurra' mais corrente elétrica do que uma pilha de 1,5V?" Ouvir hipóteses.

Problematização Inicial

5 min · Bachelard — obstáculo epistemológico antecipado

Perguntar: será que o que importa pro funcionamento de um circuito é o potencial elétrico de cada ponto isoladamente, ou a DIFERENÇA de potencial entre dois pontos? Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): achar que o valor absoluto do potencial num ponto isolado é o que determina o trabalho realizado, sem considerar que é sempre uma diferença entre dois pontos.

Desenvolvimento Conceitual

20 min · Exposição dialogada

Apresentação dos slides 2 a 9: a DIFERENÇA DE POTENCIAL (DDP ou tensão) entre dois pontos A e B é definida como UAB=VA-VB. A relação fundamental com o trabalho é τ_AB=q·UAB — o trabalho da força elétrica para levar uma carga q de A até B é igual à carga vezes a DDP entre A e B. Essa grandeza conecta diretamente com o dia a dia elétrico: pilhas e tomadas fornecem uma DDP (ex.: 1,5V, 127V, 220V) que "empurra" cargas através de um circuito — quanto maior a DDP, maior o trabalho realizado sobre cada carga que passa. Uma carga POSITIVA tende a se mover espontaneamente de onde o potencial é MAIOR para onde é MENOR (VA>VB), assim como um objeto cai espontaneamente de onde a altura é maior para onde é menor (analogia gravitacional). Resolução do obstáculo do Momento 2: o que importa pro trabalho realizado é sempre a DIFERENÇA entre dois potenciais, nunca o valor absoluto de um ponto isolado.

Resolução Guiada

10 min · Vygotsky — Zona de Desenvolvimento Proximal

Resolução guiada: calcular o trabalho da força elétrica para deslocar uma carga de +2×10-3 C entre dois pontos com DDP de 12V (τ=q·U=2×10-3×12=0,024 J). Em duplas: calcular a DDP entre dois pontos com potenciais de 80V e 20V (U=80-20=60V).

Exercícios de Fixação

7 min · Prática independente

Aplicação 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: a tomada de 220V fornece uma DDP maior que a pilha de 1,5V, o que significa mais trabalho (energia) para cada carga que passa por ela.

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. A DDP entre dois pontos A e B é de 12V, com VA > VB. Qual o trabalho da força elétrica para deslocar uma carga de +2×10-3 C de A até B?

Gabarito: τ=q·UAB=2×10-3×12=0,024 J = 2,4×10-2 J.

2. Se o potencial em A é 80V e em B é 20V, qual é a DDP UAB?

Gabarito: UAB=VA-VB=80-20=60V.

3. Uma carga negativa tende a se mover espontaneamente do ponto de maior ou de menor potencial elétrico? Por quê?

Gabarito: Do ponto de MENOR potencial para o de MAIOR potencial — o oposto da carga positiva, porque a força elétrica sobre uma carga negativa tem sentido oposto ao do campo (e do potencial decrescente).

4. Uma bateria de 9V realiza que trabalho sobre uma carga de 0,5 C que passa entre seus terminais?

Gabarito: τ=q·U=0,5×9=4,5 J.

5. Se o trabalho da força elétrica para mover uma carga de 4×10-4 C entre dois pontos foi de 0,02 J, qual a DDP entre esses pontos?

Gabarito: U=τ/q=0,02/4×10-4=50V.

Observações e extensão

Próxima aula: Superfícies Equipotenciais. Nota para o professor: essa é uma das aulas mais aplicáveis ao cotidiano do módulo — vale conectar com valores reais (pilha 1,5V, tomada residencial 127V/220V) sempre que possível.