1. ENERGIA POTENCIAL ELÉTRICA
Considere um corpo de massa m localizado a uma altura h do solo. Em relação ao solo, o corpo possui energia potencial gravitacional (Ep = mgh). Se o corpo é solto, a energia potencial gravitacional é transformada em energia cinética.
O mesmo raciocínio pode ser feito para a energia potencial elétrica. Considere uma carga positiva próxima de uma carga negativa. A carga positiva adquire energia potencial elétrica. Quando a carga é solta, essa energia se transforma em energia cinética.
O cálculo da energia potencial elétrica é dado pela expressão abaixo:
\(E_{el}^{pot} = \frac{{k.Q.q}}{d}\)
Onde definimos k como a constante eletrostática do meio, Q e q as cargas que interagem entre si, com seu valor algébrico (isto é, com sinal) e d a distância que separa o centro de massa das duas cargas.
| Grandezas | Unidades: |
| Energia potencial (E) | J (joule) |
| Cargas elétricas (Q e q) | C (coulomb) |
| Distância entre as cargas (d) | m (metros) |
| Constante eletrostática (k) | N.m2/C2 |
2. POTENCIAL ELÉTRICO (V)
O potencial elétrico pode ser definido como a capacidade de dar energia potencial elétrica. Portanto, o potencial é a razão entre a energia potencial elétrica e a carga.
A expressão abaixo calcula o potencial elétrico de uma carga puntiforme.
\(V = \frac{{k.Q}}{d}\;\)
Repare que as dependências são as mesmas do campo elétrico, ou seja, depende do meio (k – constante eletrostática), da carga geradora Q e da distância d do ponto a carga. A diferença é que o potencial elétrico é uma grandeza escalar.
A unidade de potencial é volt (V).
3. POTENCIAL ELÉTRICO – VÁRIAS CARGAS
O campo elétrico resultante entre várias cargas é calculado pelo somatório vetorial do campo elétrico gerado por cada carga.
O mesmo raciocínio é feito para o cálculo do potencial e energia potencial gerada por várias cargas. A diferença é que essas grandezas são escalares, portanto, é mais simples calcular a resultante.
\({V_{res}} = {V_1} + {V_2} + {V_3} + {V_4} + \ldots \)
Assim como definimos o potencial resultante num determinado ponto do espaço, também podemos definir a energia potencial elétrica como:
\(E_{pot}^{res} = \;E_{pot}^1 + \;E_{pot}^2 + \ldots \)
4. SUPERFÍCIEIS EQUIPOTENCIAIS
A superfície equipotencial é uma região onde todos os pontos possuem o mesmo potencial elétrico.
Considere a carga puntiforme Q abaixo. As superfícies esféricas que tenham a carga como centro são superfícies equipotenciais.
5. DIFERENÇA DE POTENCIAL (U)
Considere uma carga positiva Q que gera um campo elétrico para fora da carga. O potencial no ponto A (mais próximo da carga) é maior que no ponto B. Uma outra carga positiva q é colocada no ponto A. O campo elétrico produzido por Q gera uma força elétrica sobre q. A partícula se desloca do ponto A para o ponto B.
Repare que a partícula se desloca pois há uma diferença de potencial entre os pontos A e B. A diferença de potencial U é definida pela expressão.
UAB = UA – UB
Repare que é o único caso da Física onde a diferença não é a subtração entre o último e o primeiro valor.
Δs = s – s0
A diferença de potencial é primeiro menos o último valor.
6. TRABALHO DA FORÇA ELÉTRICA
A partir do trabalho da força elétrica podemos definir a diferença de potencial para um campo elétrico constante.
O trabalho é dado como \({\tau _{Fel}} = q.U\) e τFel = q.E.d.
Igualando as duas expressões, temos:
\(qEd = qU\)
\(U = E.d\)