- Energía potencial eléctrica
Energía potencial gravitacional
- Se tiene una masa m que se quiere elevar del nivel A al B.
- Para ello, se le debe aplicar una fuerza externa F igual al peso mg para mover la masa en contra de la gravedad.
- Cuando la masa alcanza el nivel B, el sistema tiene energía potencial (EP) que es igual al trabajo realizado en contra de la gravedad.
- Cuando se suelta la masa, la EP se transformara totalmente en energía cinética (EC) al ir cayendo hacia el nivel A.
- Energía potencial eléctrica
- Se tiene una carga positiva +q en reposo en el punto A, dentro de E (campo eléctrico uniforme) constituido entre 2 láminas de carga opuesta.
- Una fuera qE actúa hacia abajo sobre la carga.
- El trabajo realizado en contra del campo eléctrico para mover la carga desde A hasta B es igual al producto de la fuerza por la distancia.
- Cuando la carga se libera, el campo eléctrico desarrollara la cantidad de trabajo de la EP y la carga q tendrá una energía cinética.
Una diferencia importante entre estas dos energías es que en el caso de la gravedad, solo hay un tipo de masa, y las fuerzas implicadas son siempre fuerzas de atracción. Pero esto no se cumple en el caso de la energía eléctrica, debido a la existencia de carga negativa.
Siempre que una carga positiva se mueve en contra del campo eléctrico, la energía potencial aumenta. Siempre que una carga negativa se mueve en contra del campo eléctrico, la energía potencial disminuye.
- Trabajo eléctrico
El campo eléctrico de una carga Q, se dirige en forma radial hacia afuera, y su intensidad disminuye inversamente con el cuadrado de la distancia que hay desde el centro de la carga. Se toma como infinito a puntos que estén más allá del punto de interacción eléctrica y muy alejados del mismo.
Ahora si se quiere calcular el trabajo realizado contra las fuerzas eléctricas al mover una carga positiva desde el infinito hasta un punto a una distancia r de la carga Q, se utiliza la siguiente ecuación:
La energía potencial del sistema es igual al trabajo realizado contra las fuerzas eléctricas para llevar la carga +q desde el infinito hasta ese punto.
- Diferencia de potencial
El voltaje, tensión o diferencia de potencial es una magnitud física que se define como la presión que ejerce una fuente de suministro de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado, provocando que se establezca el flujo de una corriente eléctrica. También se define como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico, sobre una partícula cargada, para moverla de un lugar a otro.
La diferencia de potencial entre dos puntos es el trabajo (joules) por unidad de carga (coulomb) positiva que realizan fuerzas eléctricas para mover una pequeña carga de prueba desde el punto de mayor potencial, al punto de menor potencial.
Según el Sistema Internacional de Unidades, la unidad para medir la diferencia de potencial es el volt (V). Y el aparato para medir la diferencia de potencial es el voltímetro.
Ejemplo
Si el potencial en cierto punto A es de 100V y el potencial en otro punto B es de 40V. ¿Cúal es la diferencia de potencial?
Va - Vb = 100V - 40V = 60V
Esto quiere decir que los 60J de trabajo serán realizados por el campo sobre cada coulomb de carga positiva uqe se desplaza desde A hasta B. Por lo tanto se puede determinar con la siguiente formula que el trabajo realizado por un campo eléctrico, o trabajo eléctrico, para mover una carga q del punto A al B:
La diferencia de potencial entre dos placas con carga opuesta es igual al producto de la intensidad de campo por la separación de las placas.
- Volt
Es la diferencia de potencial entre dos puntos en un conductor que transporta una corriente de 1 amperio, cuando la potencia disipada entre los puntos es de 1 watt.
El voltio también puede ser definido como la diferencia de potencial existente entre dos puntos tales que hay que realizar un trabajo de 1 joule para trasladar del uno al otro la carga de 1 coulomb:
- El electrón volt
EC = qEd = qV
EC = (1C)(1V) = 1C * V
El coulomb-volt es equivalente a un joule. Pero 1C es demasiado grande cuando se aplica a partículas individuales, así como también lo es la unidad correspondiente de energía J (joule). Por eso la unidad de energía más conveniente en física atómica y nuclear es el electrón volt (eV).El electrón volt es una unidad de energía equivalente a la energía adquirida por un electrón que es acelerado a través de una diferencia de potencial de 1 volt.
Éste difiere del coulomb-volt en el mismo grado que la diferencia en la carga de un electrón y la carga de 1C. Para comparar las dos unidades supongamos que calculamos la energía en joules adquirida por un electrón que ha sido acelerado a través de una diferencia de potencial de 1V:
EC = qV
EC = (1.6 X 10-19 C)(1V)
EC = 1.6 X 10-19 J
Por lo tanto, 1 eV equivale a la energía de 1.6 X 10-19 J.
