Potencial Eléctrico

Existe analogía entre la energía potencial eléctrica y la energía potencial gravitacional de un cuerpo. Así, cuando un cuerpo se eleva a una cierta altura h sobre el nivel del suelo, su energía potencial es positiva ya que cuando regrese a este será capaz de realizar un trabajo equivalente a su energía potencial:

T = EP = mgh.

Si además el cuerpo se encuentra a una distancia h’ bajo el nivel del suelo su energía potencial será negativa, ya que al bajar a ese punto cede energía y para subirlo se debe realizar un trabajo negativo, cuyo valor será igual a:

- T = – EP = – mgh

Presentación1

En general, cuando un cuerpo se encuentra dentro del campo gravitatorio terrestre tiene una energía potencial gravitatoria. Análogamente, una carga eléctrica que se encuentre situada dentro de un campo eléctrico tendrá una energía potencial eléctrica, toda vez que la fuerza que ejerce el campo es capaz de realizar un trabajo al mover la carga.

Toda carga eléctrica, ya sea positiva o negativa, posee una energía potencial eléctrica debido a la capacidad que tiene para realizar trabajo sobre otras cargas. Cuando una carga es positiva se dice que tiene un potencial positivo, si es negativa su potencial es igualmente negativo. No obstante, existen muchos casos en que ésta regla no se cumple, por lo que es preferible definir los potenciales positivo y negativo de la siguiente manera: un potencial es positivo, si al conectar un cuerpo a tierra por medio de un conductor eléctrico, los electrones fluyen desde el suelo al cuerpo. Será negativo, si al conectarlo a tierra los electrones fluyen en dirección inversa. En estas definiciones se considera que el potencial eléctrico de la Tierra es cero. Sin embargo, tal como sucede en el caso de la energía potencial de un cuerpo debido a la gravedad, el cero del potencial eléctrico se puede considerar en el punto que más nos convenga, ya sea el suelo o el infinito.

Una carga positiva dentro de un campo eléctrico, tiene tendencia a desplazarse de los puntos donde el potencial eléctrico es mayor hacia los puntos donde éste es menor. Si la carga es negativa la tendencia de su movimiento es de los puntos de menor potencial eléctrico a los puntos de mayor potencial.

Por definición: el potencial eléctrico V en cualquier punto de un campo eléctrico es igual al trabajo T que se necesita realizar para transportar a la unidad de carga positiva q desde el potencial cero hasta el punto considerado. Por tanto:

V = T/q

donde:

V = potencial eléctrico en el punto considerado, medido en volts (V)

T = trabajo realizado, en joules (J)

q = carga transportada, en coulombs (C)

Si al transportar una carga hasta un determinado punto de un campo eléctrico se realizó un trabajo muy grande, se tendrá un potencial eléctrico altamente positivo. Por el contrario, si en lugar de suministrar un trabajo, éste se cede, el potencial es negativo. De aquí que podemos hablar de potenciales tales como 220 V, 110 V, – 200 V, – 500 V, etc.

El potencial eléctrico es una magnitud escalar como lo es cualquier clase de energía, a diferencia del campo eléctrico que como vimos, es una magnitud vectorial; se define también como la energía potencial que posee la unidad de carga eléctrica positiva en el punto considerado:

V = EP/q

donde:

V = potencial eléctrico en volts (V)

EP = energía potencial en joules (J)

q = carga eléctrica en coulombs (C)

Por tanto, cuando existe un potencial de un volt en un punto de un campo eléctrico significa que, una carga de un coulomb que se encuentre en ese punto tendrá una energía potencial de un joule. Despejando la energía potencial de la ecuación anterior tenemos:

EP = q V

Esta ecuación nos señala que la energía potencial es igual al producto de la carga eléctrica por el potencial eléctrico.

Ejemplo 1

Para transportar una carga de 5 μC desde el suelo hasta la superficie de una esfera cargada se realiza un trabajo de 60 x 10- 6 J. ¿Cuál es el valor del potencial eléctrico de la esfera?

Datos                                                           Fórmula

q = 5 x 10- 6 C                                               V = T/q

T = 60 x 10- 6 J                                                

V = ?

Substitución y Resultado

V = 60 x 10- 6 J/ 5 x 10- 6 C  = 12 J / C  =  12 V

Ejemplo 2

Una carga de 7 mC se coloca en un determinado punto de un campo eléctrico y adquiere una energía potencial de 63 x 10- 6 J. ¿Cuál es el valor del potencial eléctrico en ese punto?

Datos                                                              Fórmula

q = 7 x 10- 6C                                                    V = EP/q

EP = 63 x 10- 6 J                                                

V = ?

Substitución y Resultado

V = 63 x 10- 6 J/7 x 10- 6 C =  9 V

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Publicada on octubre 13, 2009 at 3:39 pm  Dejar un comentario  

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