1.4. Potencial eléctrico

Ahora, en vez de en un imán, pensemos en el campo gravitatorio terrestre y en el concepto de energía potencial gravitatoria (E=m·g·h). Sabemos que para levantar un objeto debemos aportar energía y que si lo dejamos caer cede energía. Pues bien, en un campo eléctrico, si queremos mover una carga eléctrica, también tendremos que poner en juego una cantidad de energía determinada.

¿Te imaginas la energía necesaria para mover alguno?

Imagen 7. La fuerza gravitatoria mantiene a los planetas en órbita en torno al sol...
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Suponiendo que una carga origina un campo eléctrico, si intentamos acercar a la misma otra carga del mismo signo (que evidentemente se repelerán) tendremos que realizar un trabajo determinado, el cual será almacenado en forma de energía (que llamaremos "energía potencial eléctrica") en dicha carga.


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POTENCIAL ELÉCTRICO

Podemos definir el potencial eléctrico en un punto de un campo eléctrico, como la energía potencial eléctrica que posee la unidad de carga positiva situada en ese punto. Su formulación matemática es:

 

 

Y sus unidades en el sistema internacional:

  • U: en voltios (V)
  • Ep: en Julios (J)
  • Q´: en culombios (C)

Vamos a hacer una observación: "Si en el campo gravitatorio, para indicar la altura de un cuerpo tenemos que acordar una referencia sobre la cual realizar la medida, por ejemplo el nivel del mar, igualmente para nuestro campo eléctrico al medir el potencial fijaremos un nivel de referencia al que daremos el valor cero, siendo este el potencial que posee un punto situado a una distancia infinita de la carga que crea el campo".

Más frecuente es definir el potencial eléctrico en un punto como el trabajo que hay que realizar para trasladar la unidad de carga positiva desde el infinito (potencial cero por convenio) hasta el punto en cuestión (venciendo las fuerzas del campo eléctrico en que movemos dicha carga.

Para ir terminando esta pregunta, nos resta indicar que el potencial eléctrico debido a una carga puntual se puede cuantificar con la siguiente expresión:


Siendo Q la carga puntual que crea el campo y r la distancia del punto del campo en cuestión a la carga Q.

Esta expresión nos resulta interesante ya que nos facilita de manera muy intuitiva definir como superficie equipotencial, la superficie esférica cuyos infinitos puntos que la constituyen, poseen el mismo potencial.

 

Imagen 8. Superficies equipotenciales producidas por una carga puntual
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Y un último apunte, si son dos o más las cargas puntuales que crean el potencial eléctrico, este se calculará mediante el "principio de superposición" visto en el punto anterior, solo que en este caso no es una suma vectorial como antes, sino una suma escalar.
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Problema 1

Si tenemos una carga Q1=100 C, en el vacío, situada en un punto de coordenadas (2,0); calcular potencial eléctrico que se origina en el punto de coordenadas (0,2).

 



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Problema 2

Si tenemos una carga Q2 de 50 C, en el vacío, situada en un punto de coordenadas (-2,0); calcular potencial eléctrico que se origina en el punto de coordenadas (0,2).

 

 


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Problema 3

En este ejercicio, haciendo uso del principio de superposición, determinar el potencial eléctrico creado por el conjunto de las dos cargas anteriores (problemas 1 y 2) en el punto (0,2).