O que é o potencial elétrico e qual sua unidade de medida?
Passo 1
O enunciado pergunta duas coisas:
- O que é o potencial elétrico?
- Qual a unidade de medida do potencial elétrico?
Não foi dada nenhuma outra informação numérica ou figura; o objetivo é explicar o conceito e indicar a unidade.
Passo 2
Intuição física (jeito simples e útil para prova). Pense no potencial elétrico como “energia por unidade de carga”. Quando uma carga elétrica
está num campo elétrico, ela tem uma energia associada; dividir essa energia pela carga nos dá uma quantidade que depende só do ponto do espaço — isso é o potencial elétrico. Essa ideia é análoga ao potencial gravitacional (energia por massa) que você já talvez conheça.
Passo 3
Definição formal via trabalho e campo elétrico. Para um campo elétrico
conservativo (situação de eletrostática), a diferença de potencial entre dois pontos
e
é definida por
Explicando cada parte:
-
e são os potenciais elétricos nos pontos e . -
é o campo elétrico (um vetor que indica força por unidade de carga). -
é um elemento infinitesimal de deslocamento ao longo do caminho de integração. - O produto escalar
mede a componente de ao longo do deslocamento. - O sinal negativo aparece porque quando o campo
faz trabalho ao mover uma carga no sentido do campo, o potencial diminui.
Se escolhermos referência com
, o potencial num ponto
pode ser escrito como
Passo 4
Relação com energia potencial e trabalho. A energia potencial elétrica de uma carga
colocada num ponto onde o potencial é
é
Isto significa que o potencial multiplica a carga para dar a energia. Consequência prática rápida para a prova: se uma carga
atravessa uma diferença de potencial
, o trabalho feito pela força elétrica é
. Exemplo numérico simples: se
e
, então a energia associada é
.
Passo 5
Fórmula para um caso padrão (útil em exercícios): potencial de uma carga puntiforme
(referência
):
onde
é a distância ao centro da carga e
é a permissividade do vácuo. Derivação rápida (passo a passo): o campo radial de uma carga puntiforme é
; substituindo na definição
Esse resultado aparece muito em provas e exercícios.
Passo 6
Propriedades importantes e observações práticas (para usar na prova)
- O potencial
é uma grandeza escalar (mais fácil que vetor). - Só diferenças de potencial têm significado físico direto; o valor absoluto depende da referência escolhida.
- Em regime eletrostático (sem campos magnéticos variando no tempo) o campo é conservativo e o potencial está bem definido globalmente.
- Em circuitos e aplicações práticas fala-se frequentemente em “diferença de potencial” ou “tensão” entre dois pontos.
Passo 7
Unidade de medida e correspondência. Da relação
segue
A unidade convencional é o volt, com símbolo
. Portanto
Exemplos práticos: uma pilha comum tem cerca de
; a rede doméstica tem tensões da ordem de
dependendo do país.
Resposta
O potencial elétrico é a grandeza escalar que mede a energia potencial elétrica por unidade de carga num ponto do campo elétrico; formalmente, diferenças de potencial satisfazem
Unidade: volt
, onde