O que é diferença de potencial elétrico?
O potencial elétrico em um determinado ponto do espaço é o trabalho realizado para mover uma carga positiva do infinito até aquele ponto. O potencial elétrico no infinito é definido como zero. Está relacionado à energia potencial elétrica em que o potencial elétrico é a energia potencial elétrica por unidade de carga.
Então, se uma carga de quatro coulombs tem 4.000 Joules de energia potencial elétrica devido à sua posição em um campo elétrico, isso significaria que o potencial elétrico naquele ponto do campo é de 1.000 Joules por coulomb – cada coulomb tem mil Joules de energia elétrica energia potencial. Enquanto a energia potencial elétrica é específica para uma determinada carga, o potencial elétrico é definido apenas por uma posição dentro de um campo. Isso o torna uma quantidade muito mais útil.
Para entender como um ponto pode ter potencial, pense em lançar uma massa em um campo gravitacional. Se você deixar cair uma bola, ela cai no chão. Isso porque ele tinha energia potencial gravitacional em relação ao solo, e essa energia foi liberada quando você largou a bola. O potencial gravitacional (em vez de potencial elétrico) seria a energia por unidade de massa (em vez de energia por unidade de carga) e descreveria o ponto no espaço onde você soltou a bola.
Vamos imaginar que temos duas placas paralelas: uma com carga positiva e outra com carga negativa. No eletromagnetismo, usamos uma carga positiva para definir os campos elétricos. Portanto, vamos nos concentrar no que acontece com uma carga positiva dentro das placas. Se você liberar uma carga positiva na placa negativa, ela não irá a lugar nenhum porque os opostos se atraem. Mas, se você soltá-lo na placa positiva, ele seguirá as linhas de campo e ‘cairá’ na placa negativa. Portanto, quando falamos sobre campos elétricos, dizemos que as linhas de campo apontam na direção do potencial elétrico decrescente.
E agora, finalmente, isso nos leva à diferença de potencial elétrico. A diferença de potencial elétrico é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos no espaço. Isso é realmente tudo o que é. Também é medido em Joules por coulomb, mas geralmente é reduzido para uma unidade diferente: volts. A diferença de potencial elétrico entre os dois lados de uma bateria é o que faz a eletricidade fluir em um circuito. Uma bateria de 12 V, por exemplo, tem uma diferença de potencial de 12 Joules por coulomb nos dois lados da bateria.
Campo Elétrico Uniforme
Em um campo elétrico uniforme, a equação para calcular a diferença de potencial elétrico é super fácil: V = Ed . Nessa equação, V é a diferença de potencial em volts (ou Joules por coulomb), E é a intensidade do campo elétrico na área (em newtons por coulomb) e d é a distância entre as duas placas (em metros).
A situação das placas paralelas que mencionei anteriormente é um exemplo de campo elétrico uniforme. Entre as placas, as linhas de campo estão igualmente espaçadas, então o campo tem a mesma força em todos os lugares – é uniforme. Se quiséssemos descobrir a diferença de potencial entre as placas, poderíamos pegar o campo elétrico entre as placas, E , e simplesmente multiplicá-lo pela distância entre as placas. Estritamente falando, essa distância, d , deve sempre estar na direção das linhas de campo (se você se mover para a esquerda e para a direita neste diagrama, o potencial elétrico na verdade não muda).
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Exemplo
É hora de dar um exemplo. Digamos que você conecte um capacitor de placa paralela a uma bateria de 12V. Uma vez que o capacitor está totalmente carregado, um campo elétrico de 10 newtons por coulomb é criado entre as placas. Qual deve ser a distância entre as placas?
Em primeiro lugar, devemos escrever o que sabemos. Sabemos que a voltagem, V , é de 12 volts. Sabemos que o campo elétrico, E , é de 10 newtons por coulomb. E somos solicitados a encontrar d , a distância entre as placas. Sabemos disso porque se você conectar uma bateria de 12 V a placas paralelas, isso produzirá uma diferença de potencial de 12 volts entre as duas placas.
Portanto, tudo o que precisamos fazer é conectar nossos números, reorganizar para d e resolver. Quando fazemos isso, obtemos 1,2 metros. E é isso – essa é a nossa resposta.
Resumo da lição
O potencial elétrico em um determinado ponto do espaço é o trabalho realizado para mover uma carga positiva do infinito até aquele ponto. O potencial elétrico no infinito é definido como zero. O potencial elétrico está relacionado à energia potencial elétrica em que o potencial elétrico é a energia potencial elétrica por unidade de carga.
Enquanto a energia potencial elétrica é específica para uma determinada carga, o potencial elétrico é definido apenas por uma posição dentro de um campo. A diferença de potencial elétrico é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos no espaço. Isso é realmente tudo o que é. Também é medido em Joules por coulomb, mas geralmente é reduzido para uma unidade diferente: volts.
Vamos imaginar que temos duas placas paralelas: uma com carga positiva e outra com carga negativa. No eletromagnetismo, usamos uma carga positiva para definir os campos elétricos. Se você liberar a carga positiva na placa negativa, ela não irá a lugar nenhum porque os opostos se atraem. Mas, se você soltá-lo na placa positiva, ele seguirá as linhas de campo e ‘cairá’ na placa negativa. Portanto, quando falamos em campos elétricos, podemos dizer que as linhas de campo apontam na direção de diminuição do potencial elétrico.
Em um campo elétrico uniforme, a equação para calcular a diferença de potencial elétrico é super fácil: V = Ed . Nessa equação, V é a diferença de potencial em volts, E é a intensidade do campo elétrico (em newtons por coulomb) e d é a distância entre os dois pontos (em metros).
Resultados de Aprendizagem
Assim que terminar esta lição, você será capaz de:
- Descreva o potencial elétrico e a diferença de potencial elétrico
- Calcule a diferença de potencial elétrico em um campo uniforme