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POTENCIAL ELÉCTRICO Y ENERGÍA POTENCIAL ELECTROSTÁTICA
POTENCIAL ELÉCTRICO
Aplicar una fuerza sobre una distancia requiere trabajo
Si F y d son constantes
de lo contrario, mover el objeto del punto inicial i al punto final f
El trabajo realizado por una fuerza en un objeto para moverlo desde el punto i al punto f es contrario al cambio en la energía potencial:
En otras palabras, si el trabajo realizado por la fuerza es positivo, la energía potencial del objeto se reduce. Por ejemplo, si una manzana se cae de la rama de un árbol, la fuerza de la gravedad funciona para mover (acelerar en realidad) la manzana de la rama al suelo. La manzana ahora tiene menos energía potencial gravitatoria.
Estos conceptos son independientes del tipo de fuerza. Por lo tanto, el mismo principio también se aplica al campo eléctrico que actúa sobre una carga eléctrica.
Definimos el potencial eléctrico como la energía potencial de una carga de prueba positiva dividida por la carga q0 de la carga de prueba.
Es por definición a cantidad escalar, no a vector como el campo eléctrico. La unidad SI de potencial eléctrico es el Volt (V) que es 1 Joule / Coulomb. Las unidades del campo eléctrico, que son N / C, también pueden escribirse como V / m . Los cambios en el potencial eléctrico se relacionan de manera similar con los cambios en la energía potencial:
Entonces podemos calcular el cambio en la energía potencial de un objeto con carga q cruzando una diferencia de potencial eléctrico:
POTENCIAL ELÉCTRICO DE UNA CARGA PUNTUAL
Calculemos el potencial eléctrico en un punto a una distancia r de una carga positiva q. Es decir, calculemos la diferencia de potencial eléctrico al mover una carga de prueba desde el infinito a un punto a una distancia r de la carga primaria q.
Permítanos elegir un camino radial. Entonces E.ds = −|E||ds| ya que el campo apunta en la dirección opuesta a la ruta. Sin embargo, si elegimos la variable de integración dr, entonces ds=-dr ya que r apunta radialmente hacia afuera como el campo. Así tenemos:
Desde que el potencial eléctrico se elige (y se muestra aquí) para ser cero en el infinito, solo puede escribir para el potencial eléctrico a una distancia r de un punto de carga q:
Se parece a la expresión de la magnitud del campo eléctrico, excepto que cae como 1 / r en lugar de 1 / r^2 . También pudimos integrarnos en sentido opuesto:
ENERGÍA POTENCIAL ELECTROSTÁTICA
Una forma de medir los efectos de estos tipos de interacciones entre cargas es calcular la energía potencial electrostática de un sistema de cargas. En general, la energía potencial es cualquier tipo de energía que se almacena dentro de un sistema. A medida que esta energía almacenada se convierte en energía cinética, el objeto comenzará a moverse y seguirá acelerando hasta que toda la energía potencial se convierta en energía cinética.
Un par de cargas siempre tendrá un poco de energía potencial porque, si se liberan del reposo, comenzarán a moverse hacia (si las cargas son diferentes) o se alejarán (si las cargas son las mismas) entre sí. La energía potencial electrostática es específicamente la energía asociada con un conjunto de cargas dispuestas en una configuración determinada.
La energía potencial (Ue) depende de la cantidad de carga que contiene cada objeto (q), a qué distancia están las cargas (r) y la constante de Coulomb (k):
