Apostila de Física 20 – Trabalho e Potencial Elétrico

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.