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Potencial Eléctrico Nombre: _______________ Nivel: _____ Trimestre: ______ Fue descubierto por el químico y físico ingles Michael Faraday (1791-1867), cuando al mover un imán a través de un circuito cerrado de alambre conductor, se regeneraba una corriente eléctrica. Bi...

Potencial Eléctrico Nombre: _______________ Nivel: _____ Trimestre: ______ Fue descubierto por el químico y físico ingles Michael Faraday (1791-1867), cuando al mover un imán a través de un circuito cerrado de alambre conductor, se regeneraba una corriente eléctrica. Bien ahora nos ocuparemos de la energía asociada con las interacciones eléctricas. Cada vez que activamos la iluminación, un reproductor de discos compactos o un aparato eléctrico, hacemos uso de la energía eléctrica, un ingrediente indispensable de nuestra sociedad tecnológica. Los conceptos de trabajo, energía potencial y conservación de la energía probaron ser sumamente útiles en nuestro estudio de la mecánica. Ahora combinaremos estos conceptos con lo que hemos aprendido acerca de la carga eléctrica, las fuerzas y los campos eléctricos. Estos conceptos resultan igualmente útiles para comprender y analizar las interacciones eléctricas. La ley de Coulomb nos permite calcular fuerzas entre cargas estáticas. A continuación exploramos qué ocurre si las cargas se mueven, encontramos qué significa hacer trabajo en un campo eléctrico y desarrollamos definiciones formales sobre algunos conceptos nuevos: Energía potencial eléctrica Potencial eléctrico (también conocido como voltaje) La fuerza eléctrica y el campo eléctrico son cantidades vectoriales (tienen magnitud y dirección). Resulta que el potencial eléctrico es una cantidad escalar (solo tiene magnitud), una simplificación agradable. ENERGÍA POTENCIAL ELECTRICA Al igual que cuando hablamos de la energía potencial gravitatoria estudiamos que un cuerpo que se encuentra a una determinada altura de la superficie de la Tierra adquiere una determinada cantidad de energía potencial provocada por la acción de la fuerza gravitatoria, un cuerpo cargado que sufre la acción de una fuerza eléctrica adquiere energía potencial eléctrica (U). Cuando un objeto cargado se mueve en presencia de un campo eléctrico, el campo realizará trabajo sobre éste. El trabajo realizado por las fuerzas eléctricas puede expresarse en función de una energía potencial, pues las fuerzas eléctricas son fuerzas conservativas. En estos casos, si el objeto se mueve desde el punto a al punto b, en una trayectoria cualquiera, el trabajo realizado por la fuerza eléctrica se expresa mediante la relación siguiente. Wa→b = -∆U = - (Ub - Ua) = Ua - Ub En la expresión anterior Ua y Ub son las energías potenciales asociadas a la configuración cuando el objeto se encuentra localizado en los puntos a y b, respectivamente. Cuando Wa→b es positivo, Ua es mayor que Ub, ∆U es negativa, y la energía potencial disminuye. Esto es lo que ocurre cuando una pelota de béisbol cae de un punto alto (a) a un punto más bajo (b) por influencia de la gravedad de la Tierra; La fuerza de gravedad realiza trabajo positivo y la energía potencial gravitatoria disminuye. Cuando una pelota que ha sido lanzada se desplaza hacia arriba, la fuerza gravitatoria realiza trabajo negativo durante el ascenso y la energía potencial aumenta. El teorema de trabajo-energía afirma que el cambio de energía cinética ∆k = Kb – Ka durante cualquier desplazamiento es igual al trabajo total realizado sobre la partícula. Si el único trabajo que se realiza sobre la partícula está a cargo de fuerzas conservativas, entonces la ecuación anterior da el trabajo total y Kb - Ka = - (Ub – Ua). Habitualmente esto se escribe como Ka + Ua = Kb + Ub Esto es, la energía mecánica total (cinética más potencial) se conserva en estas circunstancias. Energía potencial eléctrica en un campo uniforme Examinemos un ejemplo eléctrico de estos conceptos básicos. En la figura un par de placas metálicas paralelas con carga establecen un campo eléctrico descendente uniforme de magnitud E. El campo ejerce una fuerza hacia debajo de magnitud F = q.E sobre una carga positiva de prueba qo. Conforme la carga se desplaza hacia abajo una distancia d del punto a al punto b, la fuerza sobre la carga de prueba es constante e independiente de su ubicación. Por tanto, el trabajo realizado por el campo eléctrico es el producto de la magnitud de la fuerza por la componente de desplazamiento en la dirección (descendente) de la fuerza: Wa→b = F * d = qo * E * d Este trabajo es positivo, puesto que la fuerza tiene la misma dirección que el desplazamiento neto de la carga de prueba.