Apostila de Física 20 – Trabalho e Potencial Elétrico

1.0 Potencial Elétrico

1.1 Campo Elétrico Qualquer

É preciso atribuir um valor arbitrário ao potencial elétrico de outro ponto.

O ponto cujo potencial elétrico é nulo constitui o ponto de referência para a

medida dos potenciais.

Ao mudar o ponto de referência, os potenciais mudam, mas a ddp não.

Grandeza escalar – Volt (J/C).

1.2 Potencial de uma Carga Puntiforme

Considere um campo elétrico gerado por uma carga elétrica puntiforme ‘Q’.

‘A’ e ‘B’ são 2 pontos desse campo, sendo ‘Vb’ igual a zero.

Potencial elétrico do ponto A em relação a um ponto de referência infinitamente

afastado:

Q > 0 – Vp > 0.

Q < 0 – Vp < 0.

1.3 Campo de Várias Cargas

O potencial elétrico num ponto P do campo é a soma algébrica dos potenciais

em P, produzidos separadamente pelas cargas.

Vp = Q1 + Q2 + ... + Qn.

1.4 Propriedades

Quando uma carga elétrica realiza trabalho espontaneamente, o trabalho deve ser

positivo.

Cargas elétricas positivas:

Cargas abandonadas em repouso num campo elétrico.

Sujeitas apenas à força elétrica.

Deslocam-se espontaneamente para pontos de menor potencial.

Q > 0

ddp > 0

Va – Vb > 0

Va > Vb

T = +q.+U T > 0.

Cargas elétricas negativas:

Cargas abandonadas em repouso num campo elétrico.

Sujeitas apenas à força elétrica.

Deslocam-se espontaneamente para pontos de maior potencial.

Q < 0

ddp < 0

Va – Vb < 0

Va < Vb

T = -q.-U T > 0.

Movimento espontâneo de cargas elétricas num campo elétrico – Energia

potencial elétrica diminui.

O aumento da distância faz o módulo do potencial elétrico diminuir – O

potencial é inversamente proporcional à distância.

Porém, dependerá do sinal da carga (+q ou –q) fazer o valor do potencial

aumentar ou diminuir.

Potencial elétrico nulo – Ponto médio entre 2 cargas ‘q’, 1 positiva e 1 negativa:

VR = Va + Vb

VR =

VR =

VR = 0

2.0 Trabalho da Força Elétrica

2.1 Campo Elétrico Qualquer

Força conservativa – O trabalho independe da trajetória.

O trabalho da força elétrica depende dos pontos de partida (A) e de chegada (B).

2.1.1 Diferença de Potencial Elétrico

Diferença de potencial elétrico entre os pontos A e B (ddp) ou tensão elétrica

entre dois pontos.

Grandeza escalar – Volt (J/C).

Indicada por: Va – Vb ou ‘U’ – Va e Vb são potenciais elétricos dos pontos A e

B.

q – carga elétrica puntiforme;

U – ddp.

2.2 Campo Elétrico Uniforme (C.E.U.)

Considere um campo elétrico uniforme de intensidade ‘E’.

Força conservativa – O trabalho independe da trajetória.

‘Fe’ é constante, pois ‘E’ também é:

T = qEd q – carga elétrica puntiforme;

E – Intensidade do campo elétrico;

d – Deslocamento.

No C.E.U., o campo elétrico é determinado pela equação:

U – ddp;

d – Deslocamento.

A unidade é Volt/metro (V/m).

3.0 Energia Potencial Elétrica

Forças conservativas.

O trabalho da força é medido pela variação de energia cinética entre os pontos A

e B.

Na posição ‘A’ a carga ‘q’ tem energia associada à sua posição – Energia

potencial elétrica.

Tab = ΔEc

4.0 Superfície Equipotencial

Campo elétrico cujos pontos têm potenciais elétricos iguais.

As linhas de força são perpendiculares às superfícies equipotenciais.

Propriedades válidas para qualquer campo elétrico.

O trabalho é nulo ao deslocar uma carga na mesma superfície equipotencial:

A ddp é nula: Va = Vb ddp = Va – Va ddp = 0.

Ângulo de 90° - Cosseno de 90° é zero.

No C.E.U. as superfícies equipotenciais são planas e paralelas entre si e

perpendiculares às linhas de força.