Física III: Potencial Elétrico e Energia Potencial Elétrica

Eletromagnetismo Física III Aula VIII Potencial Elétrico e Energia Potencial Elétrica Vamos aplicar o mesmo método à nossa nova força conservativa a força elétrica Na situação mostrada na Fig 242α estamos interessados em calcular a energia potencial U do sistema formado por uma barra carregada e uma carga de prova positiva q0 situada no ponto P Para começar precisamos definir uma configuração de referência para a qual U 0 Uma escolha razoável é supor que a energia potencial é nula quando a carga de prova está a uma distância infinita da barra já que nesse caso ela não é afetada pelo campo elétrico produzido pela barra O passo seguinte consiste em calcular o trabalho necessário para deslocar a carga de prova do infinito até o ponto P para formar a configuração da Fig 242α A energia potencial da configuração final é dada pela Eq 241 em que W agora é o trabalho realizado pela força elétrica sobre a carga de prova Vamos usar a notação W para indicar que nossa configuração de referência é com a carga a uma distância infinita da barra O trabalho e portanto a energia potencial pode ser positivo ou negativo dependendo do sinal da carga da barra Vamos agora definir o potencial elétrico V no ponto P em termos do trabalho realizado pelo campo elétrico e a energia potencial resultante V W q0 U q0 potencial elétrico energia potencial elétrica carga da partícula unidade de carga U qV 1 volt 1 joule por coulomb Usando duas conversões de unidades podemos substituir a unidade de campo elétrico newtons por coulomb por uma unidade mais conveniente volts por metro Superfícies Equipotenciais Pontos vizinhos que possuem o mesmo potencial elétrico formam uma superfície equipotencial que pode ser uma superfície imaginária ou uma superfície real O campo elétrico não realiza nenhum trabalho líquido W sobre uma partícula carregada quando a partícula se desloca de um ponto para outro de uma superfície equipotencial Esse fato é consequência da Eq 246 segundo a qual W 0 para Vf Vi Como o trabalho e portanto a energia potencial e o potencial não depende da trajetória W 0 para qualquer trajetória que ligue dois pontos i e j pertencentes a uma superfície equipotencial mesmo que a trajetória não esteja inteiramente na superfície Superfície equipotencial b Cálculo do Potencial a Partir do Campo Elétrico Potencial Produzido por uma Partícula Carregada E frac14 pi epsilon0 fracqr2 Para determinar o potencial da partícula carregada deslocamos esta carga de prova até o infinito V frac14 pi epsilon0 fracqr Uma partícula de carga positiva produz um potencial elétrico positivo uma partícula de carga negativa produz um potencial elétrico negativo POTENCIAL PRODUZIDO POR UM DIPOLO ELÉTRICO V i12 Vi V V frac14pi epsilon0 left fracqr fracqr right fracq4pi epsilon0 fracr rr r r r approx d cos heta ext e r r approx r2 V fracq4pi epsilon0 fracd cos hetar2 V frac14pi epsilon0 fracp cos hetar2 ext dipolo elétrico