POTENCIAL ELECTRICO

Dos cargas en la misma posición tienen dos veces mas energía potencial que una sola; tres cargas tendrán el triple de energía potencial; un grupo de diez caras tendrán diez veces mas energía potencial, y así sucesivamente.

En vez de ocuparnos de la energía potencial total de un grupo de cargas es conveniente cuando se trabaja con electricidad, considerar la energía potencial eléctrica por unidad de carga. La energía potencial eléctrica por unidad de carga es el cociente de la energía potencial eléctrica total entre la cantidad de carga. En cualquier punto la energía potencial por unidad de carga es la misma, cualquiera que sea la cantidad de carga. Por ejemplo: un objeto con diez unidades de carga que se encuentra en un punto específico tiene diez veces mas energía que un objeto con una unidad de carga, pero como también tiene diez veces mas carga, la energía potencial por unidad de carga es la misma.

El concepto de energía potencial por unidad de carga recibe un nombre especial: POTENCIAL ELECTRICO

La unidad del sistema internacional que mide el potencial eléctrico es el VOLTIO o VOLT, así llamado en honor al físico italiano Alessandri volta.

Su símbolo es una V, puesto que la energía potencial se mide en joule y la carga en Coulomb.

El potencial, según Coulomb eléctrico también puede calcularse a partir de la definición de

energía potencial de una distribución de cargas en reposo:

donde   es un volumen que contiene la región del espacio que contiene las cargas (se asume

que dicha región es acotada en el espacio).

Diferencia de Potencial eléctrico

La diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un campo, representa el trabajo (W) requerido para mover una unidad positiva de carga, desde un punto al otro contra la dirección del campo (o fuerza), o también, el trabajo realizado por la unidad de carga, que se mueve desde un punto al otro en la dirección del campo.

La diferencia de potencial entre dos puntos A y B de un campo eléctrico es un valor escalar que

indica el trabajo que se debe realizar para mover una carga q0 desde A hasta B conservándose

siempre en equilibrio.. Si se mide el trabajo que debe hacer el agente que mueve la carga,

la diferencia de potencial eléctrico se define como:

La unidad en el SI 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.

El potencial es una medida que se suele usar de forma relativa (entre dos puntos) y por eso se la llama diferencia de potencial. También es posible definir al potencial absoluto en un punto como el trabajo para mover una carga desde el infinito hasta ese punto.

Si dos puntos entre los cuales hay una diferencia de potencial están unidos por un conductor, se produce un movimiento de cargas eléctricas generando una corriente eléctrica. Pero cuando se tiene una diferencia de potencial entre dos puntos, es decir una capacidad de producir corriente eléctrica y por lo tanto energía, se la suele denominar fuerza electromotriz (FEM). Se la mide en voltios.

La diferencia de potencial entre dos puntos de un campo eléctrico, se dice que es de 1 volt, si debe realizarse 1 joule de trabajo sobre 1 coulomb de carga positiva (+) , para moverla desde un punto de bajo potencial a otro de potencial mayor.

En forma similar, el trabajo total realizado (en o por las cargas) es:

W (joules) = Q (coulombs) X E (volts)

LINEAS O SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES

Una superficie equipotencial es aquella en la que el potencial es constante, decir tiene el mismo valor para todos sus puntos. Debido a esto, cuando partícula se mueve a lo largo de una superficie equipotencial las fuerzas eléctricas no realizan trabajo alguno. Al igual que las líneas de campo sirven para visualizar el campo, las superficies equipotenciales son útiles para visualizar el comportamiento espacial del potencial.

Una característica importante de las superficies equipotenciales es que son perpendiculares a las líneas de fuerza del campo eléctrico en todo punto, lo cual resulta de las propiedades del operador gradiente. Un aspecto importante de los campos electrostáticos es que en la región entre los electrodos tendremos conjuntos de puntos geométricos que presentan el mismo valor del potencial. A esas superficies que cumplen ese requerimiento se les llama SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES, y la perpendicular a esa superficie mostrará la dirección del campo eléctrico. La superficie de un material conductor es siempre una superficie equipotencial. Una lámina conductora puede ser cargada negativa o positivamente según la conectemos al borne positivo o negativo de una fuente de poder, y así el conductor se convierte en un electrodo y en nuestro objeto cargado que genera un campo eléctrico alrededor de él.

Finalmente, es interesante notar que el movimiento de una partícula cargada en presencia de un campo eléctrico generado por otras cargas (en este caso los electrodos) depende de la dirección del campo eléctrico en un punto dado donde ella se encuentre y del signo de esa carga. Así, una carga negativa sentirá una fuerza eléctrica que la obligará a moverse en la dirección contraria al campo, pero si la carga es de signo positivo el efecto es contrario y tenderá a moverse en la misma dirección del campo. En todo caso, habrá trabajo realizado en el sistema carga-campo en cualquiera de las dos circunstancias y la única forma de no realizar trabajo al mover la carga es que ella se desplace “obligadamente” en una superficie equipotencial, de acuerdo con la expresión para el trabajo eléctrico:

De modo que W = 0 implica que la trayectoria de la partícula, especificada por el diferencial , necesariamente debe ser PERPENDICULAR al campo eléctrico; es decir, sobre la misma superficie equipotencial.

RELACIÓN ENTRE CAMPO Y POTENCIAL

 

Después de ver el campo, E, y el potencial, V, son dos formas distintas de caracterizar el campo

eléctrico, interesa fijarse en la relación entre ambos conceptos. Limitando el análisis a una sola

componente espacial, x, la ley matemática que expresa dicha relación es: 

 

Expresa que la magnitud de la componente del campo eléctrico en la dirección adoptada, x,

equivale al ritmo de variación del potencial eléctrico con la distancia. El signo menos indica que la

orientación del campo es la que coincide con el sentido hacia el que el potencial decrece. 

 

En la figura de la izquierda se visualiza esta relación

en el caso del campo creado por una carga puntual de

signo positivo. En este caso, las líneas de fuerza del

campo eléctrico forman un haz que emerge de la carga

en todas las direcciones y se dirige hacia el exterior.

Junto con ellas, se han dibujado también tres

superficies esféricas (1, 2 y 3) con centro en la carga.

Son superficies equipotenciales, ya que, como el

valor del potencial eléctrico depende únicamente de la

carga y de la distancia, en todos los puntos que

pertenecen a cada una de estas superficies, el

potencial tiene un valor constante. El dibujo completo

muestra que, tal como predice la relación escrita un

poco más arriba, las líneas del campo eléctrico

atraviesan a dichas superficies equipotenciales

perpendicularmente y se dirigen desde donde el

potencial el mayor (superficie 1) hacia donde es menor

(superficie 3).

Este tipo de representación, que dibuja las líneas de fuerza del campo y superficies equipotenciales, es muy instructivo por que después de calcular el potencial en cada punto circundante a cualquier distribución de carga, ayuda a prever la dirección y el sentido de las líneas y fuerza del campo, y viceversa. Como por ejemplo: se muestran a la derecha las líneas de campo eléctrico ( color rojo) y las superficies equipotenciales (color azul) de u dipolo eléctrico formado por dos cargas puntuales de signos opuestos ( la positiva de color rojo y la negativa de color verde).

Expresión general

El potencial eléctrico suele definirse a través del campo eléctrico a partir del teorema del

trabajo de la física.

donde E es el campo eléctrico vectorial generado por una distribución de carga eléctrica. Esta

definición muestra que estrictamente el potencial eléctrico no está definido sino tan sólo sus

variaciones entre puntos del espacio. Por lo tanto, en condiciones de campo eléctrico nulo el

potencial asociado es constante. Suele considerarse sin embargo que el potencial eléctrico en un

punto infinitamente alejado de las cargas eléctricas es cero por lo que la ecuación anterior puede

escribirse:

En términos de energía potencial el potencial en un punto r es igual a la energía potencial entre la

carga Q:

Potencial debido a una carga puntual

Una carga de prueba q, se mueve, mediante un agente exterior de A hasta B en el campo

producido por una carga 

APLICACIONES

El campo eléctrico se utiliza en todos los sistemas de comunicaciones electrónicos. Su importancia es fundamental en la óptica, en el diseño de conductores. Equipos como las fotocopiadoras, Osciloscopios y eliminadores de emisiones de contaminantes en chimeneas aplican más directamente los fenómenos relacionados con el campo eléctrico.

Cualquier señal eléctrica que viaja por un cable también es un campo eléctrico ya que contiene

electrones en movimiento(siempre que se aplique electricidad). 

Impresoras laser...Las gotas de tinta de tu impresora componen las letras gracias a la aplicación

de un campo eléctrico que le manda la posición exacta en el papel. Ten en cuenta que el espacio

es muy pequeño y no se puede hacer con métodos mecánicos.

El precipitador electroestático... El precipitador electrostático es un dispositivo utilizado para  la

descontaminación del aire que utiliza las fuerzas eléctricas para la re monición de la fracción

sólida de un efluente, dirigiendo las partículas hacia las placas del colector. Las partículas se

cargan mediante el choque con iones gaseosos creados por la ionización del aire creado entre los

electrodos, tras la carga las partículas siguen las líneas de campo producidas por el alto voltaje

hasta la superficie del electrodo colector. Las partículas deben ser eliminadas de las placas y

recolectadas en una tolva, evitando que se reencaucen en la corriente gaseosa.

EJERCICIOS

1¿Qué trabajo se realiza para desplazar una carga de 30 coulomb entre dos puntos de un circuito eléctrico que posee una diferencia de potencial de 6 volts?

Solución, W = QE = 30 coulombs x 6 volts = 180 joules

2. Determinar el valor del potencial eléctrico creado por una carga puntual q1=12 x 10-9 C en un punto ubicado a 10 cm. del mismo como indica la figura.

Resolución: Para dar respuesta a lo solicitado debemos aplicar el cálculo del potencial en un punto debido a una carga puntual cuya expresión es

 

y por lo tanto el valor sería

  

el potencial es una magnitud escalar, por lo tanto tan sólo debe ser indicado su signo y su valor numérico.

 

Respuesta: El potencial en A vale + 1.080 V

INTRODUCCIÓN

El presente informe tiene como objetivo principal dar a conocer algunos aspectos de potencial

eléctrico, aplicando procedimientos matemáticos en la resolución de los problemas planteados.

Presentar conceptos como potencial eléctrico, diferencia de potencial, superficies equipotenciales,

aplicaciones y algunos ejercicios los cuales nos ayudan a resolver problemas que involucran al

campo eléctrico y nos permitirán entender mucho mejor la existencia de muchos fenómenos.

BIBLIOGRAFIAS

http://ing.unne.edu.ar/pub/fisica3/170308/lab/tpn2.pdf

http://www.fisicapractica.com/potencial.php

http://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctrico

http://aprendeenlinea.udea.edu.co/lms/moodle/mod/resource/view.php?id=11020

http://www.angelfire.com/empire/seigfrid/Potencialelectrico.html

CONCLUSIÓN

En síntesis se tiene que potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica (ley de Coulomb) para mover una carga unitaria “q” desde ese punto hasta el infinito, donde el potencial es cero. Dicho de otra forma es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria “q” desde el infinito hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica.

Y que cuando una carga de prueba positiva, la cual se puede utilizar para hacer el mapa de un campo eléctrico. Para tal carga de prueba localizada a una distancia r de una carga q.

TRABAJO DE FISICA

POTENCIAL ELECTRICO

MARIA CAMILA NEGRETE

PROFESOR: JAIR MARQUEZ

TEC. SEGURIDAD E HIGIENE OCUPACIONAL

3 SEMESTRE

FUNDACION UNIVERSITARIA TECNOLOGICO COMFENALCO

CARTAGENA DE INDIAS

06 DE OCTUBRE DE 2011