Madame Lelica

quando uma carga positiva gratuita q é acelerada por um campo elétrico, tal como mostrado na Figura 1, é dada energia cinética. O processo é análogo a um objeto sendo acelerado por um campo gravitacional. É como se a carga estivesse descendo uma colina elétrica onde sua energia elétrica potencial é convertida em energia cinética., Vamos explorar o trabalho feito sobre uma carga q pelo campo elétrico neste processo, para que possamos desenvolver uma definição de energia potencial elétrica.

a força eletrostática ou Coulomb é conservadora, o que significa que o trabalho feito em q é independente do caminho tomado. Isto é exatamente análogo à força gravitacional na ausência de forças dissipativas como o atrito., Quando uma força é conservadora, é possível definir uma energia potencial associada à força, e geralmente é mais fácil lidar com a energia potencial (porque depende apenas da posição) do que calcular o trabalho diretamente.

usamos as letras PE para denotar energia potencial elétrica, que tem unidades de joules (J). A mudança na energia potencial, ΔPE, é crucial, uma vez que o trabalho realizado por uma força conservadora é o negativo da mudança na energia potencial, isto é, W = –ΔPE., Por exemplo, o trabalho feito para acelerar uma carga positiva do descanso é positivo e resulta de uma perda em PE, ou um ΔPE negativo. Deve haver um sinal de menos na frente de ΔPE para fazer W positivo. PE pode ser encontrado em qualquer ponto tomando um ponto como referência e calculando o trabalho necessário para mover uma carga para o outro ponto.

a energia potencial gravitacional e a energia potencial elétrica são bastante análogas. A energia potencial é responsável pelo trabalho feito por uma força conservadora e dá uma visão adicional sobre a energia e a transformação da energia sem a necessidade de lidar diretamente com a força. É muito mais comum, por exemplo, usar o conceito de tensão (relacionado à energia elétrica potencial) do que lidar diretamente com a força de Coulomb.,

calcular o trabalho diretamente é geralmente difícil, uma vez que W = Fd cos θ e a direção e magnitude de F pode ser complexa para cargas múltiplas, para objetos em forma de ímpar, e ao longo de caminhos arbitrários. Mas sabemos que, desde que F = qE, o trabalho, e, portanto, ΔPE, é proporcional à carga de prova q. Para ter uma quantidade física que é independente da carga de prova, definimos o potencial elétrico V (ou simplesmente potencial, pois elétrico é entendido) para ser a energia potencial por unidade de carga V=\frac{\text{PE}}{p}\\.,

Uma vez que PE é proporcional a q , A dependência de q cancela. Assim, V não depende de Q., A mudança na energia potencial ΔPE é crucial, e por isso estamos preocupados com a diferença de potencial ou diferença de potencial ΔV entre dois pontos, onde

\displaystyle\Delta{V}=V_{\text{B}}-V_{\text{A}}=\frac{\Delta{\text{PE}}}{q}\\

A diferença de potencial entre os pontos A e B, VB − VA, é, portanto, definido como a mudança na energia potencial de uma carga q mudou-se de a para B, dividido pela carga. Unidades de diferença potencial são joules per coulomb, dado o nome volt (V) após Alessandro Volta.,

1\text{v}=1\frac{\text{J}}{\text{c}}}\\

a tensão de termo familiar é o nome comum para a diferença potencial. Tenha em mente que sempre que uma tensão é citada, entende-se ser a diferença potencial entre dois pontos. Por exemplo, cada bateria tem dois terminais, e sua tensão é a diferença potencial entre eles. Mais fundamentalmente, o ponto que você escolhe para ser zero volts é arbitrário. Isto é análogo ao fato de que a energia potencial gravitacional tem um zero arbitrário, como o nível do mar ou talvez um piso de sala de aula.,a tensão não é a mesma que a energia. Tensão é a energia por unidade de carga. Assim, uma bateria de motocicleta e uma bateria de carro podem ambos ter a mesma tensão (mais precisamente, a mesma diferença potencial entre terminais de bateria), ainda que um armazena muito mais energia do que o outro desde ΔPE = qΔV. A bateria do carro pode mover mais carga do que a bateria da motocicleta, embora ambos sejam baterias de 12 V.

Note que as energias calculadas no exemplo anterior são valores absolutos. A mudança na energia potencial para a bateria é negativa, uma vez que ela perde energia., Estas baterias, como muitos sistemas elétricos, realmente movem cargas negativas-elétrons em particular. As baterias repelem elétrons de seus terminais negativos (A) através de qualquer circuito envolvido e atraem-nos para seus terminais positivos (B) Como mostrado na Figura 2. A alteração no potencial ΔV = VB – VA = +12 V e a carga q é negativa, portanto, que ΔPE = qΔV é negativo, ou seja, a energia potencial da bateria diminuiu quando q mudou-se de a para B.

o electrão Volt

a energia por elétron é muito pequena em situações macroscópicas como no exemplo anterior—uma pequena fração de um joule. Mas em uma escala submicroscópica, tal energia por partícula (elétron, próton ou íon) pode ser de grande importância., Por exemplo, mesmo uma pequena fração de um joule pode ser grande o suficiente para que essas partículas destruam moléculas orgânicas e danifiquem o tecido vivo. A partícula pode causar seus danos por colisão direta, ou pode criar raios X prejudiciais, que também podem causar danos. É útil ter uma unidade de energia relacionada com efeitos submicroscópicos. A figura 3 mostra uma situação relacionada com a definição dessa unidade de energia. Um elétron é acelerado entre duas placas de metal carregadas, como pode ser em um velho modelo de tubo de televisão ou osciloscópio., O elétron recebe energia cinética que é posteriormente convertida em outra forma—luz no tubo de televisão, por exemplo. (Note que downhill for the electron is uphill for a positive charge. Uma vez que a energia está relacionada à tensão por ΔPE = qΔV, podemos pensar no joule como um coulomb-volt.

na escala submicroscópica, é mais conveniente definir uma unidade de energia chamada de electrão volt (eV), que é a energia dada a uma carga fundamental acelerada através de uma diferença potencial de 1 V., Na forma de equação,

um elétron acelerado através de uma diferença potencial de 1 V é dada uma energia de 1 eV. Segue-se que um elétron acelerado através de 50 V é dado 50 eV. Uma diferença potencial de 100,000 V (100 kV) dará a um elétron uma energia de 100,000 eV (100 keV), e assim por diante. Da mesma forma, um íon com uma carga dupla positiva acelerada através de 100 V será dado 200 eV de energia. Estas relações simples entre a tensão de aceleração e as cargas de partículas fazem do electrão volt uma unidade de energia simples e conveniente em tais circunstâncias.,

a voltagem eletrônica é comumente empregada em processos submicroscópicos—as energias de Valência química e as energias de ligação molecular e nuclear estão entre as quantidades frequentemente expressas em volts de elétrons. Por exemplo, cerca de 5 eV de energia é necessária para quebrar certas moléculas orgânicas. Se um próton é acelerado do repouso através de uma diferença potencial de 30 kV, é dada uma energia de 30 keV (30.000 eV) e pode quebrar até 6000 dessas moléculas (30.000 eV ÷ 5 eV por molécula= 6000 moléculas)., As energias de decaimento Nuclear estão na ordem de 1 MeV (1.000.000 eV) por evento e podem, assim, produzir danos biológicos significativos.a energia total de um sistema é conservada se não houver adição líquida (ou subtração) de trabalho ou transferência de calor. Para as forças conservadoras, como a força eletrostática, a conservação da energia afirma que a energia mecânica é uma constante.a energia mecânica é a soma da energia cinética e da energia potencial de um sistema, isto é, KE+PE = constante. Uma perda de PE de uma partícula carregada torna-se um aumento na sua KE., Aqui A PE é a energia elétrica potencial. A conservação de energia é indicada na forma de equação como ke + PE = constante ou Kei + PE i = KEf + pap, em que I E f representam as condições iniciais e finais. Como já encontramos muitas vezes antes, considerar a energia pode nos dar insights e facilitar a resolução de problemas.

Resumo da secção