Potencial elétrico: o que é, onde se aplica, fórmulas, exemplos

O potencial elétrico mede a energia necessária para fazer o deslocamento de uma carga elétrica de um ponto a outro em uma região com campo elétrico.

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:

  • VA é o potencial elétrico do ponto A (V)

  • TAB é o trabalho da força elétrica ao deslocar a carga do ponto A ao ponto B (J)

  • 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:

  • U é a diferença de potencial (V)

  • VA é o potencial elétrico em um ponto A (V)

  • 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 = V– 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:

potencial elétrico

Dessa forma, temos que:

  • U é a diferença de potencial (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)

  • 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:

potencial elétrico

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:

potencial elétrico

Sendo que:

  • Ep é a energia potencial elétrica (J)

  • K é a constante elétrica do meio (N.m2/C2). No vácuo, seu valor é de 9.109 N.m2/C2.

  • Q é a carga fixa (C)

  • q é a carga de prova (C)

  • 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.

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Fontes: Toda matéria, Mundo educação e, por fim, Brasil escola.

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