Superfícies Equipotenciais – Trabalho da Força Eletrostática
Define-se superfície equipotencial de um campo elétrico a qualquer superfície em cujos pontos o potencial elétrico é constante.
Estas superfícies têm duas propriedades importantes:
As superfícies equipotenciais são perpendiculares às linhas de força ou linhas de campo elétrico e, conseqüentemente, perpendiculares ao vetor campo elétrico
Superfícies equipotenciais e linhas de força de uma carga puntiforme Q
No caso particular do campo de uma carga puntiforme Q, a simetria sugere as superfícies equipotenciais são superfícies esféricas concêntricas com a carga Q e aslinhas de força (de campo) são radiais com o centro da carga.
Observe nas figuras acima que as linhas de força (de campo) se afastam das cargas positivas e nas figuras abaixo se aproximam das negativas.
Para cargas positivas, o potencial de cada superfícieaumenta quando se aproxima da cargae para cargas negativas diminui quando se afasta da carga.
Nas figuras abaixo estão representados várias configurações com as respectivas linhas de força e superfícies equipotenciais
Superfícies equipotenciais de um Campo Elétrico Uniforme
Um campo elétrico uniforme tem em todos os seus infinitos pontos mesma intensidade, mesma direção e mesmo sentido e é obtido entre duas placas condutoras idênticas e paralelas e eletrizadas com cargas de mesmo módulo, mas de sinais contrários.
Observe, na figura acima, que nesse caso as superfícies equipotenciais são planas e paralelas entre si.
Trabalho (W) e diferença de potencial (U)
Considere o campo elétrico criado por uma carga fonte puntiforme Q (figura I) e o campo elétricouniforme criado por duas placas condutoras idênticas e paralelas e eletrizadas com cargas de mesmo módulo, mas de sinais contrários (figura II).
Uma partícula de prova q,abandonada no interior
desses campos, fica sujeita a uma força
Figura I
URS = VR – VS.
Figura II
Mas, o trabalho da força elétrica também é fornecido
por
URS = E.d.
Observe atentamente o formulário abaixo com as expressões do trabalho W e da diferença de potencial U de um campo elétrico variável e de um campo elétrico uniforme
Cargas elétricas positivas (q) se movem espontaneamente (W > 0) no sentido dos potenciais menores.
Cargas elétricas negativas (-q) se movem espontaneamente (W > 0) no sentido dos potenciais maiores.
O sentido do campo elétrico é sempre do maior para o menor potencial.
As três observações acima também são válidas se o campo elétrico for uniforme conforme você pode observar na figura abaixo,
onde no interior do campo elétrico uniforme criado pela placas eletrizadas A e B, com potenciais VA eVB (VA > VB) existe uma solução de NaCl em água com íons negativos se movendo no sentido da placa positiva e íons positivos no sentido da placa negativa.
Unidades do campo elétrico
Elétron-volt (eV)
Pela expressão WAB = q(VA – VB), se os pontos A e B estiverem sobre a mesma superfícieequipotencial (VA = VB = V), o trabalho da força elétrica nesse deslocamento será nulo pois, WAB = q.(V – V) = q.0 = 0.
O que você deve saber, informações e dicas
Superfícies equipotenciais e linhas de força de uma carga puntiforme Q
No caso particular do campo de uma carga puntiforme Q, a simetria sugere as superfícies equipotenciais são superfícies esféricas concêntricas com a carga Q e aslinhas de força (de campo) são radiais com o centro da carga.
Observe nas figuras acima que as linhas de força (de campo) se afastam das cargas positivas e nas figuras abaixo se aproximam das negativas.
Nas figuras abaixo estão representados várias configurações com as respectivas linhas de força e superfícies equipotenciais