Potencial eléctrico

Se conoce como potencial eléctrico al trabajo que un campo electrostático tiene que llevar a cabo para movilizar una carga positiva unitaria de un punto hacia otro. Puede decirse, por lo tanto, que el trabajo a concretar por una fuerza externa para mover una carga desde un punto referente hasta otro es el potencial eléctrico.

El potencial eléctrico en un punto del espacio de un campo eléctrico es

la energía potencial eléctrica que adquiere una unidad de carga

positiva situada en dicho punto.

V=Ep/q'

Donde:

V es el potencial eléctrico en un punto del campo eléctrico. Su unidad en

el S.I. es el julio por culombio (J/C) que en honor a Alessandro Volta

recibe el nombre de Voltio.

Ep es la energía potencial eléctrica que adquiere una carga testigo

positiva q' al situarla en ese punto.

Potencial Eléctrico

El potencial eléctrico en un punto del espacio es una magnitud escalar que

nos permite obtener una medida delcampo eléctrico en dicho punto a

través de la energía potencial electrostática que adquiriría una carga si la

situasemos en ese punto.

El potencial eléctrico en un punto del espacio de un campo eléctrico es

la energía potencial eléctricaque adquiere una unidad de carga

positiva situada en dicho punto.

V=Epq'

donde:

V es el potencial eléctrico en un punto del campo eléctrico. Su unidad en

el S.I. es el julio por culombio (J/C) que en honor a Alessandro Volta

recibe el nombre de Voltio.

Ep es la energía potencial eléctrica que adquiere una carga testigo

positiva q' al situarla en ese punto.

El hecho de que todas las magnitudes sean escalares, permite que el

estudio del campo eléctrico sea más sencillo. De esta forma, si conocemos

el valor del potencial eléctrico V en un punto, podemos determinar que la

energía potencial eléctrica de una carga q situada en él es:

Ep=V⋅q 

Superficies equipotenciales

Aquellos puntos contiguos donde el valor del potencial eléctrico es el

mismo, reciben el nombre de superficie equipotencial. Cada punto de una

superficie equipotencial se caracteriza por que:

El campo eléctrico es perpendicular a la superficie en dicho punto y se

dirige hacia valores decrecientes de potencial eléctrico

Cada punto solo puede pertenecer a una superficie equipotencial, ya que el

potencial eléctrico es un único valor en cada punto.

 

Potencial eléctrico creado por una carga puntual

Tal y como estudiamos en el apartado de intensidad del campo eléctrico,

una única carga q es capaz de crear un campo eléctrico a su alrededor. Si

en dicho campo introducimos una carga testigo q' entonces, atendiendo a

la definición de energía potencial eléctrica de dos cargas puntuales:

V=Epq'=K⋅q⋅q'rq'⇒V=K⋅qr

El potencial eléctrico del campo eléctrico creado por una carga puntual q se

obtiene por medio de la siguiente expresión:

V=K⋅qrdonde:

V es el potencial eléctrico en un punto. En el S.I. se mide en Voltios (V).

K es la constante de la ley de Coulomb. En el S.I. se mide en N·m2/C2.

q es la carga puntual que crea el campo eléctrico. En el S.I. se mide en

culombios (C).

r es la distancia entre la carga y el punto donde medimos el potencial.

En el S.I. se mide en metros (m).

Si observas detenidamente la expresión puedes darte cuenta de que:

Si la carga q es positiva, la energía potencial es positiva y el potencial

eléctrico V es positivo.

Si la carga q es negativa, la energía el potencial es negativa y el potencial

eléctrico V es negativo.

Si no existe carga, la energía potencial y el potencial eléctrico es nulo.

El potencial eléctrico no depende de la carga testigo q' que introducimos

para medirlo.

 

Potencial eléctrico creado por varias cargas puntuales

Si el campo eléctrico es creado por varias cargas puntuales, el potencial

eléctrico en un punto sigue el principio de superposición:

El potencial eléctrico originado por n cargas puntuales en un punto de un

campo eléctrico es la suma escalar de los potenciales eléctricos en dicho

punto creados por cada una de las cargas por separado.

V=V1+V2+...+Vn=∑i=1nVi

o lo que es lo mismo:

V=K⋅(q1r1+q2r2+...+qnrn)=K⋅∑i=1nqiri

EjercicioVer más ejercicios

Dos cargas q1= 3 µC y q2 = -6 µC se encuentran en los vértices de un

triángulo equilatero de lado 60 cm. Determina el potencial en el vértice

libre y la energía potencial que adquiriría una carga q = -5 µC si se situase

en dicho punto.

Solución

Datos

q1= 3 µC = 3 · · 10-6 C

q2 = -6 µC = -6 · 10-6 C

q = -5 µC = -5 · 10-6 C 

l = 60 cm = 0.6 m

Resolución

El potencial eléctrico en el vertice libre es la suma del potencial creado en

ese punto por la carga q1 (V1) y q2 (V2). Por tanto:

V=V1+V2 ⇒V=K⋅q1l+K⋅q2l⇒V = K⋅(q1l+q2l) ⇒V=9⋅109⋅(5⋅10−6−1⋅10−5) ⇒V=−45000V

Una vez que conocemos el potencial en dicho punto, la energía potencial

que adquiriría cualquier carga situada allí se puede calcular por medio de la

siguiente expresión:

V=Epq ⇒Ep=V⋅q⇒Ep=−45000 ⋅ −5⋅10−6 ⇒Ep= 0.225 J

 

Diferencia de Potencial Eléctrico

Si dos puntos de un campo eléctrico poseen distinto potencial eléctrico,

entre ambos puntos existe lo que se denomina una diferencia de

potencial o tensión, ΔV. Este valor se encuentra íntimamente relacionado

con eltrabajo eléctrico. Por definición, el trabajo que debe realizar un campo

eléctrico para trasladar una carga q desde un punto A a otro B dentro del

campo se obtiene por medio de la siguiente expresión:

We(A→B)=−(EpB − EpA) = EpA − EpB

Si aplicamos la definición de potencial eléctrico, obtenemos que:

We(A→B)=EpA−EpB=q⋅VA−q⋅VB = q⋅(VA−VB)

La diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos A y B de un campo

eléctrico es el opuesto del trabajo realizado por el campo eléctrico para

trasladar una unidad de carga positiva desde el punto A al B.

∆V=VB−VA=−We(A→B)q