Potencial elétrico

A tensão é energia por unidade de carga

A diferença de potencial pertence a dois locais do campo; a energia potencial elétrica pertence a uma carga específica colocada num local. O mesmo ΔV pode aumentar U para uma carga positiva e diminuir U para uma carga negativa.

Potencial de cargas pontuais

Para várias cargas pontuais, o potencial obedece à sobreposição: V = Σ(kQᵢ/rᵢ). Ao contrário dos vetores de campo elétrico, estes termos são somados como escalares com sinal.

Do potencial de volta ao campo elétrico

O campo elétrico aponta para potenciais elétricos decrescentes. Numa dimensão, Eₓ = −dV/dx. Uma variação acentuada de V com a posição corresponde a um campo intenso; um potencial localmente plano corresponde a um campo pequeno.

Mover-se ao longo de uma equipotencial dá ΔV = 0, pelo que o trabalho eletrostático associado a esse deslocamento é nulo. As linhas de campo encontram, portanto, as superfícies equipotenciais em ângulo reto.

Escolha do zero do potencial

Apenas diferenças de potencial afetam variações de energia mensuráveis, por isso o nível zero é uma escolha de referência. Para cargas isoladas é conveniente usar V = 0 no infinito. Em circuitos e sistemas laboratoriais, outro ponto pode ser definido como terra ou zero volts.

Alterar a referência desloca todos os potenciais pela mesma constante, mas deixa ΔV, os campos elétricos e as previsões físicas inalterados.

Raciocínio energético e erros comuns de sinal

O potencial elétrico não é energia potencial elétrica. Um potencial negativo não é automaticamente um estado de baixa energia para qualquer partícula: U = qV inverte a ordem para q negativa. Da mesma forma, um ponto pode ter V = 0 e E diferente de zero se as contribuições de fontes positivas e negativas se cancelarem no potencial, mas não no campo.

Ao comparar dois pontos, o trabalho realizado pelo campo elétrico é W_campo = −ΔU = −qΔV. Uma carga positiva libertada do repouso tende a acelerar para V menor; uma carga negativa tende para V maior. Esta regra energética é muitas vezes mais rápida do que tentar inferir a força a partir de um padrão de sinais memorizado.

Exemplos resolvidos

1. Potencial de uma carga pontual

Determina V a 0,30 m de uma carga pontual de +4,0 nC, tomando V = 0 no infinito.

2. Variação de energia devido à tensão

Uma carga de +2,0 μC atravessa ΔV = −150 V. Determina ΔU.

3. Campo uniforme a partir da variação do potencial

O potencial diminui 600 V ao longo de 0,20 m numa região em que o campo é uniforme e paralelo ao deslocamento. Determina o módulo do campo.