Fisica3 (Eletromagnetismo)

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POTENCIAL
,
ELETRICO
24-l : =
d~ ~ j~ iv~s !,:e~=n: ficar as forças b~ic~ da narurcw, como
as forças elétricas que foram discutidas no Capítulo 21. Um objetivo secundário é
determinar se uma força é conservativa, ou seja, se pode ser associada a uma energia
potencial. A razão para associar uma energia potencial a uma força é que isso permite
aplicar o princípio de conservação da energia mecânica a sistemas fechados que envolvem
a força. Este princípio extremamente geral pode ser usado para obter os resultados
de experimentos nos quais os cálculos baseados em forças seriam muito difíceis. Os
físicos e engenheiros descobriram empiricamente que a força elétrica é conservativa
e, portanto, é possível associar a ela uma energia potencial elétrica. Neste capítulo,
, vamos definir essa energia potencial e aplicá-la a alguns problemas práticos.
24-2 Energia Potencial Elétrica
Quando uma força eletrostática age entre duas ou mais partículas de um sistema,
podemos associar uma energia potencial elétrica U ao sistema. Se a configuração
do sistema muda de um estado inicial i para um estado final!, a força eletrostática
exerce um trabalho W sobre as partículas. De acordo com a Eq. 8-1 , a variação da
energia potencial l!,,U é dada por
!!,, U = Uf - U; = - W. (24-1)
Como acontece com qualquer força conservativa, o trabalho realizado pela força
eletrostática é independente da trajetória. Suponha que uma partícula carregada pertencente
ao sistema se desloca do ponto i para o ponto f enquanto está sob o efeito
de uma força exercida pelo resto do sistema. Contanto que o resto do sistema não
mude, o trabalho W realizado pela força sobre a partícula é o mesmo para todas as
trajetórias que ligam o ponto i ao ponto f
Por conveniência, em geral usamos como configuração de referência de um sistema
de partículas carregadas a configuração na qual a distância entre as partículas
é infinita. Além disso, com frequência definimos a energia potencial de referência
que corresponde a essa configuração como tendo o valor zero. Suponha que várias
partículas carregadas passem de uma situação em que a distância entre as partículas
é infinita (estado i) para uma situação em que a distância entre as partículas é finita
(estado .f). Suponha ainda que a energia potencial inicial U; seja zero e o trabalho realizado
por forças eletrostáticas entre as partículas durante o movimento seja W 00
• Nesse
caso, de acordo com a Eq. 24-1, a energia potencial final U do sistema é dada por
U = -W"' .
(24-2)
-
.JITESTE 1
Na figura, um próton se desloca do ponto i para o pontofna
presença de um campo elétrico com a direção indicada. (a) O . ..
campo elétrico executa um trabalho positivo ou negativo sobre I
o elétron? (b) A energia potencial el~trica do próton aumenta ou diminui?
E
e .