Concetti Chiave
- L'energia potenziale U è l'energia associata a una forza conservativa, trasformandosi in energia cinetica quando il corpo si muove.
- La differenza di energia potenziale è il lavoro svolto dalla forza conservativa nel passaggio tra due configurazioni.
- L'energia potenziale di un sistema di due cariche si definisce come U=(1/4πε)(Q1Q2/r), simile alla formulazione per la forza di Coulomb e gravitazionale.
- Il potenziale elettrico è il rapporto tra l'energia potenziale in un punto e una carica di prova, misurato in Volt (V=1J/C).
- La differenza di potenziale provoca il movimento spontaneo di cariche, con cariche positive che si muovono verso potenziali minori e negative verso potenziali maggiori.
L’energia potenziale U associata alla forza conservativa F è una forza che un corpo possiede in fase di quiete e si esprime quando è in movimento sottoforma di energia cinetica. Si definisce la differenza di energia potenziale come il lavoro che la forza conservativa svolge nel passaggio del sistema dalla configurazione A alla configurazione B, in simboli: U=-W(AB).
Dato che la forza di Coulomb e la forza di Gravitazione condividono la stessa forma matematica si definisce anche un’energia potenziale relativa alla forza di Coulomb.
Il potenziale elettrico
Si definisce potenziale elettrico posta una carica di prova q in un punto A e misurata l’energia potenziale in A di q, il rapporto tra l’ energia potenziale U(a) e q:V(a)=U(a)/q. Il potenziale elettrico è quindi una grandezza scalare che dipende dalle cariche che generano il campo e dal punto A, ma non dalla carica di prova. L’unità di misura del potenziale nel Sistema Internazionale è il Volt: V=1J/C. Il potenziale di una carica puntiforme Q in un punto a distanza r è in simboli: V(r)=1/4πε Q/r, per cui V si annulla a distanza infinita da Q. La differenza di potenziale si definisce come, in simboli: V=U/q=-Wab/q.
La differenza di potenziale è la causa del moto di cariche, infatti, una differenza di potenziale può anche provocare dei moti spontanei di carica per i quali le cariche positive si muovono da punti a potenziale maggiore a punti a potenziale minore mentre le cariche negative risalgono la “buca di potenziale” passando spontaneamente da punti a potenziale minore a punti a potenziale maggiore.
Domande da interrogazione
- Che cos'è l'energia potenziale e come si esprime nel contesto delle forze conservative?
- Come si definisce il potenziale elettrico e qual è la sua unità di misura?
- Qual è l'effetto della differenza di potenziale sul moto delle cariche?
L'energia potenziale U associata a una forza conservativa F è l'energia che un corpo possiede in fase di quiete e si manifesta come energia cinetica quando il corpo è in movimento. La differenza di energia potenziale è definita come il lavoro svolto dalla forza conservativa nel passaggio del sistema da una configurazione A a una configurazione B, espressa come U=-W(AB).
Il potenziale elettrico si definisce come il rapporto tra l'energia potenziale U(a) di una carica di prova q in un punto A e la carica stessa: V(a)=U(a)/q. È una grandezza scalare che dipende dalle cariche che generano il campo e dal punto A, ma non dalla carica di prova. L'unità di misura del potenziale nel Sistema Internazionale è il Volt, definito come V=1J/C.
La differenza di potenziale è la causa del moto delle cariche. Una differenza di potenziale può provocare moti spontanei di carica, dove le cariche positive si muovono da punti a potenziale maggiore a punti a potenziale minore, mentre le cariche negative si muovono da punti a potenziale minore a punti a potenziale maggiore, risalendo la "buca di potenziale".
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