Potencial elèctric versus energia potencial elèctrica
El potencial elèctric i l'energia potencial elèctrica són dos conceptes molt valuosos en els camps elèctrics i la teoria electromagnètica. En aquest article, parlarem primer dels conceptes bàsics del potencial elèctric i de l'energia potencial elèctrica i després de la diferència entre els dos.
Què és el potencial elèctric?
Quan es parla del potencial elèctric, es requereix una comprensió clara del camp elèctric per interpretar el terme. Totes les càrregues elèctriques, ja siguin en moviment o estacionàries, produeixen un camp elèctric. També es pot produir un camp elèctric utilitzant camps magnètics variables en qualsevol moment. Hi ha diversos factors clau dels camps elèctrics que cal conèixer. Aquests són la intensitat del camp elèctric, el potencial del camp elèctric i la densitat de flux elèctric. La intensitat del camp elèctric es defineix com la força sobre una unitat de càrrega puntual del camp elèctric. Això ve donat per la fórmula E=Q/4πεr2; on Q és la càrrega, ε és la permitivitat elèctrica del medi i r és la distància del punt a la càrrega del punt Q. La força sobre una càrrega puntual q situada en aquest punt és igual a F=Qq/4πεr2. Com que q és 1 coulomb, això també és igual a la intensitat del camp elèctric. El potencial elèctric d'un punt es defineix com l'energia necessària per portar una càrrega puntual d'1 coulomb des de l'infinit fins al punt on es mesura el potencial. Aquesta energia és igual al treball realitzat sobre la càrrega en portar la càrrega des de l'infinit fins al punt. Si les dues càrregues són positives, la força que s'ha d'aplicar per portar la càrrega de prova des de l'infinit fins al punt és sempre igual i antiparal·lela a la força de repulsió entre les dues càrregues. Integrant F, d'infinit a r, respecte a dr, obtenim el potencial elèctric (V) del punt, que és Q/4πεr. Com que r és sempre positiu, si la càrrega és negativa, el potencial elèctric també ho és. Les unitats de potencial elèctric són joule per coulomb. Un camp elèctric estàtic és un camp conservatiu. Per tant, el potencial elèctric d'un camp elèctric estàtic és independent del camí. El potencial elèctric d'aquest camp depèn només de la posició.
Què és l'energia potencial elèctrica?
L'energia potencial elèctrica es defineix com l'energia emmagatzemada a causa del potencial elèctric quan es pren una càrrega des de l'infinit fins al punt donat. Es pot veure que, com que el potencial elèctric és igual al treball necessari per portar una càrrega unitat, l'energia potencial elèctrica és el producte del potencial elèctric per la càrrega que s'hi aporta. Com que l'energia potencial=Vq, si tant V com q són del mateix signe, el que significa que Q i q són del mateix signe, l'energia potencial és positiva. Es requereix un treball extern per portar el càrrec. Si els signes són diferents, l'energia potencial esdevé negativa. Això indica que el treball es fa des del propi sistema.
Quina diferència hi ha entre el potencial elèctric i l'energia potencial elèctrica?
• El potencial elèctric només depèn de la càrrega que es mesura el potencial. L'energia potencial elèctrica depèn de les dues càrregues.
• El potencial elèctric es mesura en volts o joule per coulomb. L'energia potencial elèctrica es mesura en joule.
