L’energia potenziale elettrica e il potenziale elettrico

Le forze elettriche e quelle gravitazionali hanno molte caratteristiche in comune ed entrambe sono conservative. Quindi vi deve essere necessariamente un’energia potenziale elettrica U associata ad una forza elettrica, come l’energia potenziale.

Ad esempio, una carica di prova positiva “Q0”, immersa in un campo elettrico “E”, è soggetta ad una forza di intensità F=Q0*E. Se la carica viene spostata in senso opposto alle linee di campo, per una distanza “d”, il lavoro compiuto sarà negativo:

W = – Q0 * E * d

Essendo “DeltaU = – W ” la definizione di variazione di energia potenziale, avremo:

DeltaU = -W = Q0 * E * D

Se la carica Q0 è negativa, la forza sarà diretto verso l’origine delle linee di campo, e quando essa si muove verso di essa di una distanza “d”, il lavoro sulla carica Q0 è positivo, mentre la variazione di energia potenziale è negativa. La variazione di energia potenziale di una carica dipende sia dal suo segno che dalla sua intensità.

Essendo la definizione di campo elettrico E = F / Q0, allo stesso modo possiamo definire una grandezza che corrisponda alla variazione di energia potenziale per unità di carica, ovvero il potenziale elettrico V.

DeltaV = DeltaU / Q0 = -W / Q0     si misura in volt, ovvero joule/coulomb

La definizione riguarda solo la variazione di potenziale elettrico siccome, allo stesso modo dell’energia potenziale gravitazionale, possiamo porre il potenziale elettrico a zero in qualsiasi punto dello spazio. La “differenza di potenziale elettrico” viene spesso abbreviata in “differenza di potenziale” e chiamata “tensione”.

Il prodotto della carica dell’elettrone per la differenza di potenziale di un volt si definisce come elettronvolt (“eV”): 1 eV = (1,60 * 10^-19 C) * (1V) = 1,60 * 10^-19 V