III.1.4. Potențialul electric.
Câmpul electric poate fi descris nu numai cu ajutorul intensității câmpului E, ci și cu ajutorul unei alte mărimi scalare numită potențial electric (V).
Considerăm o sarcină fixă Q în punctul O și o sarcină de probă q aflată în punctul A în câmpul sarcinii Q.
Câmpul electric al sarcinii Q efectuează un lucru mecanic L pentru a deplasa sarcina q din punctul A în punctul B.
Câtul dintre lucrul mecanic (L) efectuat de câmp la deplasarea sarcinii de probă q între două puncte (A și B) și sarcina de probă se numește diferență de potențial între cele două puncte.
Dacă considerăm punctul B până la care se face deplasarea sarcinii de probă la o mare distanță față de sarcina sursă (la infinit), potențialul în acest punct va fi zero, VB = 0.
Punctului A îi va corespunde un potențial VA.
Potențialul electric într-un punct este o mărime fizică egală cu raportul dintre lucrul mecanic (L) efectuat de câmp la deplasarea sarcinii de probă q din acel punct până la infinit și sarcina de probă.
🔦 Observație
Potențialul electric este pozitiv când sarcina sursă Q este pozitivă și negativ când Q este negativă.
- Când sunt prezente două sau mai multe sarcini generatoare de câmp, potențialul total într-un punct oarecare este suma algebrică a potențialelor din acel punct al tuturor câmpurilor separate.
- Deoarece câmpul creat de o sarcină punctiformă Q are simetrie sferică (radială), o anumită suprafață din jurul ei va avea un potențial constant, fiind numită suprafață echipotențială.
Tensiunea electrică (U) este o mărime fizică scalară egală cu diferența de potențial între două puncte ale unui câmp electrostatic. Ea măsoară lucrul mecanic efectuat de forțele electrice ale câmpului pentru a deplasa, între punctele A și B, o sarcină electrică pozitivă, punctiformă și egală cu 1 C (coulomb).
Unitatea de măsură în SI pentru potențialul electric, cât și pentru tensiunea electrică este voltul:
[V]SI = [U]SI = V(volt)
Potențialul electric este de 1 V (volt) într-un punct al câmpului atunci când se transportă o sarcină de 1 C (coulomb) din acel punct până la infinit și se efectuează un lucru mecanic de 1 J (joule).
🔦 Observație
Potențialul electric într-un punct al câmpului electric depinde de:
- Sarcina Q ce creează câmpul;
- De permitivitatea ɛ a mediului;
- De distanța r de la centrul sarcinii Q până la punctul considerat.
Energia potențială electrică pentru un sistem de două sarcini punctiforme (Q și q) aflate la distanța rA una față de cealaltă, în funcție de potențialul electric are expresia:
Pentru a obține relația dintre potențialul electric și intensitatea câmpului electric scriem expresiile acestora:
Din această relație putem obține unitatea de măsură în SI pentru intensitatea câmpului electric:
