ENERGIA POTENCIAL ELÉTRICA, TRABALHO DE FORÇA ELÉTRICA E CAPACITORES
Sabemos que uma carga pontual cria um campo elétrico e que o potencial elétrico depende da carga que cria esse campo e da posição relativa à carga elétrica.
Quando estudamos os conceitos de campo elétrico, vimos que ele pode ser produzido, ou melhor, criado, por uma carga elétrica puntiforme. O campo elétrico pode ser determinado em um ponto quando colocamos nele uma carga de prova e caso ela fique sujeita a uma força elétrica, dizemos que ali há campo elétrico. Determinamos a intensidade do campo elétrico através da divisão entre o valor da força e o módulo da carga de prova.
Existe na eletrostática outra grandeza similar ao campo elétrico, mas de característica escalar: o potencial elétrico. Ao invés de comparar a intensidade da força elétrica sofrida por uma carga de prova e o módulo dessa carga, o potencial elétrico, em um ponto qualquer do espaço, pode ser calculado com uma experiência bem parecida, mas na qual se divide a energia potencial elétrica de uma carga de prova pelo valor desta carga.
Como já havíamos notado no caso do campo elétrico, o potencial elétrico, num determinado ponto do espaço, não depende da carga de prova, mas, sim, da carga geradora. Se aumentarmos ou diminuirmos a a intensidade da carga de prova, apenas fazemos variar proporcionalmente sua energia potencial elétrica, mantendo constante o potencial naquele ponto. Desse modo, podemos concluir que:
“Potencial elétrico é uma grandeza escalar que mede a energia potencial elétrica por unidade de carga de prova, ou seja, é a constante de proporcionalidade na razão entre energia potencial elétrica e carga de prova.”
Se lembrarmos da energia cinética estudada na parte de mecânica,podemos inferir que para um corpo adquirir energia cinética é preciso que haja uma energia potencial armazenada de alguma forma. Quando esta energia está ligada relacionada à atuação de um campo elétrico, é chamada Energia Potencial Elétrica ou Eletrostática, simbolizada por Ep.
A unidade usada para a Ep é o joule (J).
Pode-se dizer que a carga geradora produz um campo elétrico que pode ser descrito por uma grandeza chamada Potencial Elétrico (ou eletrostático).
De uma maneira análoga ao Campo Elétrico, o potencial pode ser descrito como o quociente entre a energia potencial elétrica e a carga de prova q. Ou seja:
A unidade adotada, no SI para o potencial elétrico é o volt (V), em uma justa homenagem ao físico italiano Alessandro Volta, e a unidade designa Joule por coulomb (J/C).
Agora, se tivermos várias cargas interagindo em um determinado campo temos que o potencial resultante no ponto P é dado pela soma dos potenciais parciais assim obtidos, levando em consideração os respectivos sinais, já que cada potencial será transformado em uma grandeza escalar.
vresultante = v1 + v2 … + vn
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Um modo muito utilizado para se representar potenciais é através de superfícies equipotenciais, que são linhas ou superfícies perpendiculares às linhas de força, ou seja, linhas que representam um mesmo potencial.
Se analisarmos o caso particular onde o campo é gerado por apenas uma carga, estas linhas equipotenciais serão circunferências, pois o valor do potencial diminui uniformemente em função do aumento da distância (levando-se em conta uma representação em duas dimensões, pois caso a representação fosse tridimensional, os equipotenciais seriam representados por esferas ocas, o que constitui o chamado efeito casca de cebola, onde quanto mais interna for a casca, maior seu potencial).
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Trabalho de uma força elétrica
A energia elétrica pode ser percebida através do trabalho da força elétrica. O trabalho é o produto da força exercida sobre um corpo pelo deslocamento deste corpo na direção desta força. Sendo assim, o trabalho da força elétrica num campo elétrico é dado pela definição abaixo.
Se imaginarmos dois pontos em um campo elétrico, cada um deles terá energia potencial dada por:
Sendo o trabalho realizado entre os dois pontos:
Mas sabemos que, quando a força considerada é a eletrostática, então:
Portanto:
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