Explique o que são superfícies equipotenciais.
Passo 1
O enunciado pede para explicarmos o que são superfícies equipotenciais, um conceito de eletrostática. Para isso, vamos precisar da definição de potencial elétrico
e da relação entre o campo elétrico
e as variações de potencial.
Passo 2
Definimos o potencial elétrico em um ponto como o trabalho por unidade de carga para levar uma carga de prova de um ponto de referência (geralmente infinito) até esse ponto, sem aceleração. Matematicamente,
Uma superfície equipotencial é o conjunto de todos os pontos do espaço para os quais
assume o mesmo valor constante, digamos
. Logo, ao longo de uma superfície equipotencial,
Passo 3
Da relação
, concluímos que, se
para deslocamentos ao longo da superfície, então
para qualquer
tangente à superfície. Ou seja,
é sempre perpendicular às superfícies equipotenciais.
Passo 4
Num capacitor de placas paralelas carregadas com potencial
e
, o campo entre as placas é uniforme e pontos que estejam à mesma distância de cada placa têm o mesmo potencial. As superfícies equipotenciais nesse caso são planos paralelos às placas, igualmente espaçados, cada um correspondendo a um valor de potencial intermediário.
Passo 5
Uma propriedade importante é que não se realiza trabalho para mover uma carga ao longo de uma equipotencial, pois
nesse trajeto. Isso facilita esboçar linhas de campo e equipotenciais: as linhas de campo cortam as equipotenciais em ângulo reto.
Resposta
Superfícies equipotenciais são loci geométricos nos quais o potencial elétrico
é constante. Em qualquer deslocamento dentro de uma equipotencial não há variação de energia potencial nem de trabalho elétrico realizado. O campo elétrico é sempre perpendicular a essas superfícies, e no caso de placas paralelas uniformemente carregadas as equipotenciais são planos paralelos às placas.