Potenziale elettrico ed energia potenziale: differenza di potenziale, superfici equipotenziali, relazione campo-potenziale, lavoro della forza elettrica, elettronvolt

Energia potenziale e potenziale

L'energia potenziale elettrica $U$ di due cariche puntiformi $q_1$ e $q_2$ a distanza $r$ è $U=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}\frac{q_1q_2}{r}$, ponendo lo zero all'infinito. Il lavoro della forza elettrica da A a B vale $W_{A\to B}=U_A-U_B=-\Delta U$. Il potenziale elettrico $V=U/q$ è una proprietà dello spazio; si misura in volt (V), cioè joule su coulomb. La differenza di potenziale è $\Delta V=V_B-V_A=\Delta U/q=-W_{A\to B}/q$.

Campo e superfici equipotenziali

• Le superfici equipotenziali hanno $V$ costante: lungo esse $\Delta V=0$, quindi il lavoro è nullo.
• Le linee di campo sono perpendicolari alle superfici equipotenziali e puntano verso potenziali minori.
• In campo uniforme, lungo una linea di campo, $E=-\Delta V/\Delta s$; perciò $E$ si esprime anche in V/m.

Elettronvolt

Per particelle come l'elettrone si usa l'elettronvolt: $1\,\text{eV}=1.6\times10^{-19}\,\text{J}$, energia cinetica acquistata da una carica elementare accelerata da 1 V. Non confondere $U$ (joule, dipende da due cariche) con $V$ (volt, proprietà del campo).