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Potenziale elettrico

Che cos'è il potenziale elettrico?

Consideriamo una carica elettrica Q che genera un campo elettrico nello spazio ed una carica di prova q posta in un certo punto ad una distanza d dalla carica sorgente.

Si definisce potenziale elettrico in questo punto in cui si pone la carica di prova il rapporto tra l’energia potenziale elettrica U tra le due cariche e la carica di prova stessa.

Questa nuova grandezza che risulterà essere molto utile, è come l’energia potenziale elettrica una grandezza scalare ed essa non dipende più dalla carica di prova così come accade per l’espressione del campo elettrico ma dipende solo dalla carica sorgente Q.

formula potenziale elettrico

L’unità di misura del potenziale elettrico è il volt, simbolo [V], in onore del fisico italiano Alessandro Volta.

Come l’energia potenziale, anche il potenziale elettrico diventa nullo quando la distanza a cui ci si pone dalla carica diventa molto grande cioè tende a infinito:

potenziale elettrico e distanza

Differenza di potenziale elettrico

La differenza di potenziale elettrico ΔV tra due punti A e B dello spazio è uguale al rapporto tra il lavoro compiuto dalla forza elettrica per spostare la carica dal punto A al B diviso la carica stessa, con un segno meno davanti alla frazione:

ΔV = VB - VA = - LA→B / q

Da questa importante definizione discende che le cariche elettriche si spostano spontaneamente soltanto se sono soggette ad una differenza di potenziale, indicata spesso anche con l’acronimo d.d.p..

In particolare ne deriva che:

  • le cariche positive si muovono spontaneamente da punti a potenziale maggiore verso punti a potenziale minore;
  • le cariche negative si muovono spontaneamente da punti a potenziale minore verso punti a potenziale maggiore.

Sistemi di più cariche elettriche

Come si fa a calcolare il potenziale elettrico in un certo punto dello spazio nel caso ci fosse un sistema di più cariche?

Il potenziale elettrico risultante in un punto è la somma algebrica di tutti i potenziali generati dalle singole cariche considerate come se fossero da sole.

Grandezze dipendenti e indipendenti dalla carica di prova

Nella trattazione dei fenomeni elettrici possibile incontrare grandezze vettoriali e scalari che dipendono o meno dalla carica di prova.

In particolare delle due grandezze vettoriali forza elettrica e campo elettrico, la prima dipende dal valore della carica di prova mentre la seconda ne è indipendente.

Delle due grandezze scalari energia potenziale elettrica e potenziale elettrico anche la prima dipende dal valore della carica di prova mentre la seconda ne è indipendente.

grandezze che dipendono dalla carica di prova

Potenziale e campo elettrico uniforme

Nel caso di un campo elettrico uniforme, ovvero un campo che assume lo stesso valore in tutti i punti dello spazio come ad esempio quello che si viene a creare tra le armature di un condensatore, vale la relazione che esprime il potenziale elettrico in funzione del campo:

V = E · d

Da questa relazione discende il fatto che il campo è esprimibile come rapporto del potenziale V e della distanza d ecco perché oltre ad essere misurato in N/C il campo può alternativamente essere misurato in V/m.

Se una carica percorre una certa distanza Δd sotto l’azione di un campo elettrico uniforme, la differenza di potenziale ΔV tra i due punti sarà data sempre dalla relazione :

ΔV = E · Δd

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