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O potencial eléctrico o potencial electrostático de un punto en relación a un punto de referencia, se define por el trabajo de la fuerza eléctrica sobre una carga electrificada en el desplazamiento entre estos dos puntos.
Al ser una cantidad escalar, solo necesita, para estar completamente definida, la intensidad y una unidad de medida. Por lo tanto, no requiere dirección ni dirección.
Fórmula
El potencial de un punto que pertenece a un campo eléctrico se calcula dividiendo el trabajo por el valor de carga. Este valor siempre se mide contra un punto de referencia.
Al definir un punto de referencia, se acuerda que el potencial en este punto es cero.
Así, la fórmula para calcular el potencial eléctrico viene dada por:
Dónde:
VLA: Potencial eléctrico del punto A (V)
TAB: Trabajo de la fuerza eléctrica al desplazar la carga del punto A al punto B (J)
q: Carga eléctrica (C)
En el Sistema Internacional de Unidades (SI), el potencial eléctrico se mide en Voltios (Joule / Coulomb) en honor al físico italiano Alessandro Volta (1745-1827), creador de la celda eléctrica.
Diferencia de potencial
La diferencia de potencial (ddp), también llamada voltaje o voltaje eléctrico, es una dimensión importante en el estudio de los fenómenos eléctricos.
En la vida cotidiana, el concepto de diferencia de potencial se utiliza más que el potencial eléctrico de un punto. Por ejemplo, en los aparatos eléctricos suele aparecer una indicación de su voltaje.
Cuando decimos que hay un alto voltaje entre dos puntos, significa que la carga recibe una gran cantidad de energía en su desplazamiento.
La diferencia de potencial está indicada por:
U = VLA – VB
U: diferencia de potencial (V)
VLA: potencial eléctrico en un punto A (V)
VB: potencial eléctrico en un punto B (V)
Ejemplo
Una pequeña carga eléctrica con una intensidad de 4.10-6 C se transporta del punto A al punto B de un campo eléctrico. El trabajo realizado por la fuerza eléctrica que actúa sobre la carga tiene una intensidad de 3.10-4 J. Determinar:
a) El potencial eléctrico del punto A, considerando el punto B como punto de referencia.
b) La diferencia de potencial entre los puntos A y B.
Solución:
a) Considerando el punto B como punto de referencia, tenemos:
b) La diferencia de potencial se calcula considerando el potencial en los puntos A y B. Como el punto B se definió como punto de referencia, entonces VB= 0. Por tanto, tenemos:
U = VLA – VB
U = 75 – 0 = 75 V
Potencial eléctrico en el campo de una carga
Cuando un campo eléctrico es generado por una carga fija en el vacío, la diferencia de potencial se puede calcular como:
Dónde,
U: diferencia de potencial (V)
k0: constante electrostática en el vacío (9,109 Nuevo Méjicodos/Cdos)
Q: carga eléctrica fija (C)
DLA: distancia de carga fija desde el punto A (m)
DB: distancia desde la carga fija al punto B (m)
Si consideramos el punto B infinitamente alejado de la carga Q (VB = 0), entonces tendremos que el potencial en el punto A vendrá dado por:
Ser,
VLA: potencial del punto A (V)
k0: constante electrostática en el vacío (9,109 Nuevo Méjicodos/Cdos)
Q: carga eléctrica fija (C)
DLA: distancia de carga fija desde el punto A (m)
Para calcular el potencial eléctrico resultante de un sistema de carga, simplemente calcule el valor del potencial de cada carga en el campo eléctrico y luego súmelos.
Ejemplo
Una carga puntual de 2,10-8 C, se fija en el vacío y genera un campo eléctrico a su alrededor. ¿Cuál es el potencial eléctrico de un punto ubicado a una distancia de 60 cm de esta carga? Considere k0 = 9,109 Nuevo Méjicodos/Cdos y adoptar el infinito como referencia.
Solución:
Para calcular el potencial en el punto dado, simplemente reemplácelo en la fórmula. Sin embargo, debemos prestar atención a las unidades, ya que la unidad de distancia no está en el sistema internacional. Entonces, primero debemos cambiar la unidad:
d = 60 cm = 0,6 m
Reemplazo:
Superficie equipotencial
En una superficie equipotencial, todos los puntos tienen un valor constante para el potencial eléctrico.
En un campo eléctrico generado por una carga puntual, las superficies equipotenciales serán esferas concéntricas, es decir, presentan el mismo punto central.
La carga puntual está ubicada en el centro de estas esferas y las líneas de fuerza son perpendiculares a las superficies equipotenciales.
En la siguiente figura representamos una carga Q, cargada positivamente. También indicamos las líneas de fuerza y las superficies equipotenciales.
Potencia eléctrica potencial
LA energia potencial electrica está asociado con el trabajo de fuerzas eléctricas dentro de un campo eléctrico.
Para una carga de punto fijo, la energía eléctrica potencial, medida en Joule (J), se expresa mediante la siguiente fórmula:
Ser:
Ep: energía potencial eléctrica (J)
K: constante eléctrica del medio (Nmdos/Cdos). En vacío, su valor es 9,109 Nuevo Méjicodos/Cdos.
Q: carga fija (C)
q: carga de prueba (C)
D: distancia entre cargas (m)
Para obtener más información, lea también:
Ejercicios resueltos
1) En un campo eléctrico, se toma una carga de 2C desde el punto X al punto Y muy lejos, con las fuerzas eléctricas trabajando a 100 J. Determine el potencial eléctrico en el punto x:
2) Determine el trabajo de una carga eléctrica colocada en un punto A cuyo potencial eléctrico es 2.104 V, siendo el valor de carga – 6 μC.
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