Porque as superfícies equipotenciais são perpendiculares às linhas de força?

Superfícies equipotenciais são muito simples! Elas são um conjunto de pontos que apresentam o mesmo potencial elétrico. Em outras palavras, o potencial elétrico (V) é constante em todos os pontos de uma superfície equipotencial. Existem duas propriedades das superfícies equipotenciais que são muito importantes e merecem um esforço para serem lembradas. A primeira propriedade é que elas são sempre perpendiculares às linhas de campo; a segunda diz que o trabalho realizado pelo campo elétrico de uma carga que se desloca sobre uma superfície equipotencial é nulo.

Índice Show

Trabalho Realizado Pelo Campo Elétrico (W)
Porque o campo elétrico e perpendicular as superfícies equipotenciais?
Qual a relação entre as linhas equipotenciais e a linhas do campo elétrico?
Qual a propriedade entre linhas de força e linhas equipotenciais?
Como e denominada a superfície equipotencial perpendicular as linhas de força do campo da gravidade terrestre?

Trabalho Realizado Pelo Campo Elétrico (W)

Lembra o que é trabalho? Aquele mesmo que falamos no capítulo de Energia! Pois, então, ele possui uma aplicação aqui também! Conforme uma carga é deslocada entre dois pontos dentro de um campo elétrico, a força elétrica sentida por essa carga realiza trabalho sobre ela. Em outras palavras, a força do campo elétrico transfere energia para a carga. Mais uma vez, é muito importante saber calcular o valor desse trabalho! A equação abaixo permite fazer esse cálculo:

em que VA e VB são os valores do potencial elétrico nos pontos inicial e final, respectivamente.

Observações importantes!

► O trabalho da força elétrica não depende do caminho;

► O trabalho será positivo quando o deslocamento for a favor da
força elétrica;

► O trabalho será negativo quando o deslocamento for contra a
força elétrica.

► O trabalho pode ser positivo, negativo ou nulo, dependendo do
sinal e valor de “q”e ΔV.

Para saber mais, veja também:

Introdução à Eletrostática e Carga Elétrica
Princípios de Eletrostática
Materiais Condutores e Isolantes
Processos de Eletrização
Lei de Coulomb
Estudo do Campo Elétrico
Potencial Elétrico e Energia Potencial Elétrica
Condutores em Equilíbrio Eletrostático
Gaiola de Faraday e Eletrostática na Prática

Em física, num campo conservativo, uma superfície equipotencial consiste na superfície de todos os pontos que se encontram ao mesmo potencial. Esta superfície goza da seguinte propriedade: uma partícula que se desloque através dela não realiza trabalho e, portanto, não perde nem ganha energia.
As linhas de força são sempre perpendiculares a uma superfície equipotencial.

Em Física, superfície equipotencial é o lugar geométrico dos pontos que apresentam potenciais iguais. Como são em número infinito e contínuas, costumamos representar apenas algumas superfícies equipotenciais, correspondendo cada uma a determinado valor de potencial elétrico, o que permite uma noção do conjunto da figura acima.

Os desenhos são, obviamente, cortes nas situações tridimensionais. Assim, as superfícies aparecem em nossos diagramas como linhas.

Propriedades das superfícies equipotenciais

1. O trabalho da força elétrica durante o deslocamento de uma carga elétrica puntiforme sobre uma superfície equipotencial é nulo.

2. As superfícies equipotenciais são, em cada ponto, ortogonais à linha de força que representa o campo elétrico e, consequentemente, ortogonais ao vetor campo elétrico

Vejamos um exemplo básico:

Considere as superfícies equipotenciais a seguir, S1, S2 e S3, com seus respectivos potenciais elétricos indicados, e determine o trabalho realizado pela força elétrica que atua em uma partícula de carga elétrica 2 mC, quando essa partícula se desloca do ponto A ao ponto D, percorrendo a trajetória indicada.

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Resolução:

O trabalho realizado pela força elétrica não depende da trajetória percorrida pela partícula. Depende apenas do valor da carga da partícula e da diferença de potencial, ou seja, da ddp, entre os terminais A e D. Sendo assim, temos:

Porque o campo elétrico e perpendicular as superfícies equipotenciais?

Superfícies equipotenciais são superfícies de um campo elétrico, onde todos os pontos apresentam mesmo potencial elétrico, ou seja, suas linhas de força são sempre perpendiculares a sua superfície.

Qual a relação entre as linhas equipotenciais e a linhas do campo elétrico?

A relação geométrica entre estas linhas ou superfícies equipotenciais com o campo elétrico é direta. As linhas de força são tangentes à direção do campo elétrico e perpendiculares às curvas equipotenciais, ver a figura 2.

Qual a propriedade entre linhas de força e linhas equipotenciais?

Existe uma propriedade que diz que todas as linha equipotenciais e de força, quando se encontram, elas se torna perpendiculares entre si, como mostra a figura abaixo. Vejamos: A linha equipotencial pode também ser incluída em um espectro de um campo elétrico, tornando-as perpendiculares nos seus pontos de cruzamento.

Como e denominada a superfície equipotencial perpendicular as linhas de força do campo da gravidade terrestre?

As radiais, que neste caso Page 3 representam as linhas de força do campo, são perpendiculares às superfícies equipotenciais e indicam, em cada ponto, a direção do vetor representativo do campo nesse ponto.