O potencial elétrico é uma grandeza física escalar, que mede a energia necessária para fazer o deslocamento de uma carga elétrica de um ponto a outro em uma região com campo elétrico.
Ou seja, potencial elétrico de um ponto em relação a um ponto de referência, é estabelecido pelo trabalho da força elétrica sobre uma carga eletrizada no deslocamento entre esses dois pontos.
Também conhecido como potencial eletrostático, ele precisa apenas da intensidade e de uma unidade de medida para ficar totalmente definido, já que é uma grandeza escalar. Ou seja, não é necessário a direção ou sentido.
Fórmulas
Em síntese, o potencial elétrico é uma grandeza física escalar, que mede a energia necessária para fazer o deslocamento de uma carga elétrica de um ponto a outro em uma região com campo elétrico.
Sendo assim, o potencial de um ponto pertencente a um campo elétrico, é encontrado ao se dividir o trabalho pelo valor da carga. Sendo que esse valor é sempre medido em relação a um ponto de referência.
Desse modo, ao se definir um ponto de referência, convenciona-se que o potencial neste ponto é nulo. Enfim, a fórmula é:
Na fórmula temos que:
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VA é o potencial elétrico do ponto A (V)
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TAB é o trabalho da força elétrica ao deslocar a carga do ponto A ao ponto B (J)
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q é a carga elétrica (C)
Vale destacar que no Sistema Internacional de Unidade (SI) o potencial elétrico é medido em Volts (Joule/Coulomb) em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta (1745-1827), inventor da pilha elétrica.
1- Diferença de potencial
A diferença de potencial (ddp) é também chamada de tensão elétrica ou voltagem. Em resumo, a diferença potencial é uma importante grandeza no estudo dos fenômenos elétricos.
De fato, no dia a dia, o conceito de diferença potencial é mais usado do que o de potencial elétrico. Por exemplo, nos aparelhos elétricos, geralmente aparece a indicação da sua voltagem.
Sendo que, quando se fala que existe uma alta voltagem entre dois pontos, significa que a carga recebe uma grande quantidade de energia no seu deslocamento. Enfim, a diferença de potencial é:
U = VA – VB
Sendo que:
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U é a diferença de potencial (V)
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VA é o potencial elétrico em um ponto A (V)
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VB é o potencial elétrico em um ponto B (V)
Exemplo
Vamos supor que uma carga elétrica de pequenas dimensões e com intensidade de 4.10-6 C é transportada do ponto A para um ponto B de um campo elétrico.
Desse modo, o trabalho realizado pela força elétrica que age sobre a carga tem intensidade de 3.10-4 J. Vamos então determinar o potencial elétrico do ponto A, considerando o ponto B como ponto de referência.
Além disso, vamos definir a diferença de potencial entre os pontos A e B. Levando em conta o ponto B como ponto de referência, temos:
Em contrapartida, se calcula a diferença de potencial levando em conta o potencial nos pontos A e B. Como o ponto B foi definido como ponto de referência, então VB=0. Portanto, temos:
U = VA – VB
U = 75 – 0 = 75 V
2- Potencial elétrico no campo de uma carga
Quando uma carga fixa no vácuo gera um campo elétrico, o cálculo da diferença de potencial é:
Dessa forma, temos que:
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U é a diferença de potencial (V)
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k0 é a constante eletrostática no vácuo (9.109 N.m2/C2)
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Q é a carga elétrica fixa (C)
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dA é a distância da carga fixa ao ponto A (m)
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dB é a distância da carga fixa ao ponto B (m)
Se levarmos em conta o ponto B infinitamente afastado da carga Q (VB = 0), sendo assim, teremos que o potencial no ponto A será dado por:
Sendo que:
-
VA é o potencial do ponto A (V)
-
k0 é a constante eletrostática no vácuo (9.109 N.m2/C2)
-
Q é a carga elétrica fixa (C)
-
dA é a distância da carga fixa ao ponto A (m)
Dessa maneira, para fazer o cálculo do potencial elétrico resultante de um sistema de cargas, basta calcular o valor do potencial de cada carga no campo elétrico e depois somá-los.
Energia potencial elétrica
A energia potencial elétrica se relaciona com o trabalho da força elétrica dentro de um campo elétrico.
Portanto, em uma carga pontual fixa, a energia potencial elétrica, medida em Joule (J), é expressa por meio da seguinte fórmula:
Sendo que:
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Ep é a energia potencial elétrica (J)
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K é a constante elétrica do meio (N.m2/C2). No vácuo, seu valor é de 9.109 N.m2/C2.
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Q é a carga fixa (C)
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q é a carga de prova (C)
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d é a distância entre as cargas (m)
Superfície equipotencial
Em síntese, em uma superfície equipotencial, todos os pontos tem um valor constante para o potencial elétrico.
Dessa forma, em um campo elétrico gerado por uma carga puntiforme, as superfícies equipotenciais serão esferas concêntricas, isto é, apresentam um mesmo ponto central.
Sendo assim, a carga puntiforme se situa no centro dessas esferas e as linhas de força são perpendiculares as superfícies equipotenciais.
Diferenças entre potencial elétrico e energia potencial elétrica
Os dois tipos são grandezas físicas distintas. No entanto, ambas se relacionam com a carga elétrica. Em síntese, o potencial elétrico é uma propriedade produzida por uma carga elétrica.
Por outro lado, a energia potencial elétrica só existe mediante a interação entre pares de cargas elétricas.
Desse modo, se houver o movimento de uma dessas cargas elétricas, a energia potencial elétrica se converte em energia cinética.
Fontes: Toda matéria, Mundo educação e, por fim, Brasil escola.
