Electromagnetismo

Potencial eléctrico

Para tener idea clara sobre el concepto de energía potencial eléctrica, desarrollemos primero el concepto de energía potencial gravitacional. Un cuerpo puede almacenar energía de acuerdo a la posición donde se encuentre, energía que a sido transferida por la acción de un agente externo. Supongamos que tenemos que subir una pelotica de masa m hasta una altura h. Al levantar la pelotica una altura h, respecto al suelo realizamos un trabajo. Este trabajo será positivo porque la fuerza que aplicamos está en la misma dirección del movimiento.

El potencial eléctrico o potencial electrostático es el trabajo que debe realizar un campo electrostático para mover una carga positiva desde un punto a otro, dividido por unidad de carga de prueba, es decir, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga positiva unitaria desde un punto a otro considerado en contra de la fuerza eléctrica a velocidad constante.

Vamos a considerar un campo eléctrico como se muestra en la fig.1.1. Consideremos que podemos transportar una carga de un punto a otro dentro de ese campo.

Si la carga se traslada desde una distancia muy lejana pueden ocurrir dos cosas de acuerdo a las cargas que se presenten:

Fig.1.1Trabajo entre A y B

o Carga positiva: se produce una fuerza de repulsión sobre ella, que es necesario compensar para situarla en A. En este caso la fuerza externa tiene que realizar un trabajo para llevar la carga hasta A.

o Carga negativa: el campo produce un movimiento que acerca la carga al cuerpo, en estas condiciones, es el campo el que hace trabajo.

El potencial eléctrico sólo se puede definir para un campo estático producido por cargas que ocupan una región finita del espacio. Para cargas en movimiento debe recurrirse a los potenciales de Liénard-Wiechert para representar un campo electromagnético que además incorpore el efecto de retardo, ya que las perturbaciones del campo eléctrico no se pueden propagar más rápido que la velocidad de la luz. Si se considera que las cargas están fuera de dicho campo, la carga no cuenta con energía y el potencial eléctrico equivale al trabajo necesario para llevar la carga desde el exterior del campo hasta el punto considerado. Todos los puntos de un campo eléctrico que tienen el mismo potencial forman una superficie equipotencial. Una forma alternativa de ver al potencial eléctrico es que a diferencia de la energía potencial eléctrica o electrostática, él caracteriza sólo una región del espacio sin tomar en cuenta la carga que se coloca allí.

Diferencia de potencial eléctrico

Considerando una carga de prueba positiva en presencia de un campo eléctrico y que se traslada desde el punto A al punto B conservando siempre en equilibrio.

El trabajo puede ser positivo, negativo o nulo. En algunos casos el potencial eléctrico en el punto B será respectivamente mayor, menor o igual que el potencial eléctrico en el punto A. La unidad en el sistema internacional para la diferencia de potencial que se deduce de la ecuación anterior es Joule/Coulomb y se representa mediante una nueva unidad, el voltio, esto es: 1 voltio = 1 joule/coulomb.

En el potencial eléctrico podemos encontrar también que un electronvoltio es la energía adquirida por un electrón que al moverse a través de una diferencia de potencial de 1 voltio, 1 electronvoltio = 1,6x10-19 Joule. Algunas veces se necesitan unidades mayores de energía, y se usa el kilo-electronvoltio, mega electronvoltios y el giga electronvoltios. (1 keV=103 eV, 1 MeV = 106 eV, y 1 GeV = 109 eV).

Aplicando esta definición a la teoría de circuitos y desde un punto de vista más intuitivo, se puede decir que el potencial eléctrico en un punto de un circuito representa la energía que posee cada unidad de carga al paso por dicho punto, es por eso que si

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