Potencial e trabalho da força elétrica Módulo FE.03 (página 62 à 65) Apostila 1

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Betty Madureira Branco
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2 Potencial e trabalho da força elétrica Módulo FE.03 (página 62 à 65) Apostila 1 Energia Potencial Elétrica Potencial Elétrico Diferença de Potencial Trabalho da força elétrica Relação entre potencial e campo elétrico uniforme Condutores esféricos e pontiagudos

3 1 Energia Potencial Elétrica Para analisarmos as grandezas escalares e sua relação com o vetor campo elétrico precisamos definir: Energia Potencial Elétrica Potencial elétrico Trabalho da força elétrica

4 1 Energia Potencial Elétrica Q Carga puntiforme e fixa. q Carga de prova, uma carga solta que será abandonada na região do campo elétrico gerado pela carga Q.

5 1 Energia Potencial Elétrica Pergunta: O que acontecerá se as cargas q e Q forem de sinais iguais? Porque esse efeito vai acontecer? Resposta: Ocorrerá uma repulsão elétrica, e a carga q se afastará da carga Q por causa da ação da força elétrica* *visto na última aula

6 1 Energia Potencial Elétrica Se a carga q tem condições de se mover sem que haja uma força externa ao sistema, dizemos que as cargas apresentam energia, a qual se denomina energia potencial elétrica: O que há de diferente em relação as outras equações (campo e força elétrica)?

7 1 Energia Potencial Elétrica A energia é uma grandeza escalar (diferente do campo e força elétrica), portanto é expressa por uma medida e uma unidade. As cargas elétricas devem ser lançadas, com seus respectivos sinais, na equação dada. A energia potencial de um sistema de cargas pode ser positiva, negativa ou nula.

8 2 Potencial Elétrico (V) O potencial elétrico mede a energia potencial elétrica existente em um sistema, por unidade de carga de prova. V = E pot. / q V Potencial elétrico (Volt) E pot. - Energia Potencial (Joule) q carga de prova (Coulomb)

9 2 Potencial Elétrico (V) Uma forma mais fácil de entender o potencial elétrico, é dizer que é uma outra forma de representar o mesmo fenômeno, demonstrado pelo campo elétrico, só que dessa vez em uma grandeza escalar, mais fácil de ser obtida, que facilita os cálculos. Prova disso é que podemos encontrar o campo elétrico a partir do potencial elétrico em determinado ponto através do cálculo diferencial e integral.

10 2 Potencial Elétrico (V)

11 2 Potencial Elétrico (V) Para definir o potencial elétrico em um ponto determinado (onde está q):

12 2 Potencial Elétrico (V) O potencial elétrico é uma grandeza escalar. As cargas elétricas devem ser lançadas na equação com seus respectivos sinais. O potencial elétrico pode ser positivo, negativo ou nulo. O potencial elétrico da Terra é o de referência, convencionado como zero. O potencial elétrico não depende de q, mas sim de k, Q e r. Não há necessidade de q para que haja V.

13 2 Potencial Elétrico (V) Distribuição de cargas elétricas O potencial elétrico no ponto é determinado pela soma dos potenciais elétricos gerados:

14 3 Diferença de Potencial (U) Em um campo elétrico podem existir diferença de potencial (ddp), usada na eletrodinâmica.

15 3 Diferença de Potencial (U) Superfície Equipotencial *Cargas puntiformes superfície equipotencial concêntrica e esféricas e força no sentido normal.

16 3 Diferença de Potencial (U) Campo elétrico uniforme

17 4 Trabalho da Força Elétrica A força elétrica pode fazer com que uma partícula eletricamente carregada se movimente em uma região do campo elétrico, realizando assim trabalho.

18 4 Trabalho da Força Elétrica t ab > 0 o movimento das cargas é espontâneo (motor) t ab < 0 o movimento das cargas é forçado (resistivo)

19 4 Trabalho da Força Elétrica Concluimos que: Cargas negativas tendem a se movimentar espontaneamente para regiões de maior potencial (V B > V A ), percorrendo trajetória contrária as linhas de força. Cargas positivas tendem a se movimentar espontaneamente para regiões de menor potencial (V B < V A ), percorrendo a trajetória a favor das linhas de força.

21 5 Relação entre Potencial e Campo elétrico Uniforme

22 5 Relação entre Potencial e Campo elétrico Uniforme

23 6 Condutores esféricos e pontiagudos Até o momento analisamos cargas fixas e puntiformes, seu campo e potencial elétrico:

24 6 Condutores esféricos e pontiagudos Há dois tipos de corpos onde as dimensões do corpo não podem ser desconsideradas (como na carga puntiforme), são eles: Condutor esférico Condutor pontiagudo

25 6 Condutores esféricos e pontiagudos Condutor esférico Uma esfera condutora de eletricidade, inicialmente neutra é eletrizada, adquirindo carga elétrica positiva: *No equilíbrio, as cargas se distribuem uniformemente, por causa da repulsão elétrica.

26 6 Condutores esféricos e pontiagudos R Raio da esfera r Distância que quer determinar o campo (E) e o potencial elétrico (V)

27 6 Condutores esféricos e pontiagudos Para pontos externos à esfera Para pontos externos à esfera (r > R), considerase a carga puntiforme no centro da esfera. Neste caso:

28 6 Condutores esféricos e pontiagudos Na superfície da esfera Para a superfície da esfera (r = R), há uma descontinuidade do vetor do campo elétrico. Neste caso:

29 6 Condutores esféricos e pontiagudos No interior da esfera Para a superfície da esfera (r < R), cada ponto recebe a ação de infinitos vetores de campo elétrico, cuja soma vetorial resulta num campo elétrico nulo. O potencial elétrico é constante e o mesmo da superfície. Neste caso:

30 6 Condutores esféricos e pontiagudos Condutor Pontiagudo No condutor pontiagudo as cargas também entram em equilíbrio eletrostático, da mesma maneira dos condutores esféricos, mas desta vez as cargas se concentram mais fortemente nas regiões pontiagudas do condutor. No interior a intensidade do vetor do campo elétrico é nula, e o potencial é constante e diferente de zero.

31 6 Condutores esféricos e pontiagudos Condutor Pontiagudo Esse fenômeno é conhecido como poder das pontas.

32 6 Condutores esféricos e pontiagudos Condutor Pontiagudo

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