energía y potencial electrica

Física General III

Potencial Eléctrico

Optaciano Vásquez García

CAPITULO IV
POTENCIAL ELÉCTRICO

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Física General III

4.1

Potencial Eléctrico

Optaciano Vásquez García

INTRODUCCIÓN.
Es sabido que todos los objetos poseen una propiedad conocida como carga eléctrica. Un campo eléctrico ejerce
una fuerza sobre un objeto cargado, acelerando a éste en la dirección de lafuerza, ya sea en el mismo sentido o
en el sentido opuesto a la dirección del campo. Si el objeto cargado tiene una carga positiva, la fuerza y la
aceleración están en la misma dirección del campo. Esta fuerza tiene la misma dirección que el vector campo
eléctrico, y su magnitud está dada por el valor de la carga multiplicado con la magnitud del campo eléctrico.
Los conceptos tales comofuerza, energía, potencial, etc. Son explorados y estudiados con más detalle en la
mecánica clásica. Aquí se muestra que la fuerza y la energía potencial están relacionadas directamente. Así por
ejemplo, cuando un objeto se mueve en la dirección de la fuerza, esta lo acelera, disminuyendo su energía
potencial. Así por ejemplo, la energía potencial de una bala de cañón es mayor en la cima de unacolina que en
la base de la misma. Por otro lado, cuando el móvil desciende su energía potencial disminuye dicha disminución
de energía potencial se transforma en energía cinética de movimiento.
Para ciertas fuerzas, es posible definir el “potencial” de un campo tal que la energía potencial de un objeto
debido al campo es dependiente solamente de la posición del objeto con respecto al campo. Esteefecto de las
fuerzas sobre los objetos depende solo de las propiedades intrínsecas del objeto y de su posición, y obedecen a
otras reglas matemáticas.
Dos de tales son la fuerza gravitacional y la fuerza eléctrica en ausencia de campos magnéticos variables con el
tiempo. El potencial de un campo eléctrico el llamado potencial eléctrico. El potencial eléctrico se mide en
voltios. En estecapítulo definiremos la energía potencial eléctrica, la diferencia de potencial y la función
potencial eléctrico y determinaremos el potencial de distribuciones discretas y continuas de carga.
Posteriormente veremos la relación entre el campo y el potencial eléctricos para finalmente estudiar el potencial
en el interior de conductores.

4.2

SISTEMAS GRAVITACIONALES Y ELÉCTRICOS: Similitudes ydiferencias
Las interacciones gravitacional y eléctrica son debidas a diferentes propiedades inherentes a las partículas que
constituyen la materia; la masa gravitacional y la carga eléctrica. Pero matemáticamente, ellas en forma similar
obedecen con la ley de la inversa al cuadrado de la distancia (ley de la gravitación universal de Newton y la ley
de Coulomb.
Así como la fuerza electrostáticatotal sobre un cuerpo cargado es la suma de las fuerzas ejercidas sobre este por
todos los demás cuerpos cargados, la fuerza gravitacional sobre un cuerpo es la suma de las fuerzas
gravitacionales ejercidas sobre este por todas las demás masas que la rodean. Por ejemplo, el sol y la tierra
ejercen fuerzas gravitacionales significativas sobre la luna, y las trayectorias de las partículas dedesecho que
conforman los anillos de Saturno son afectadas por fuerzas gravitacionales importantes. Estas incluyen a las
fuerzas ejercidas por Saturno, por fuerzas que ejercen el resto de partículas en el anillo, y aquellas fuerzas
ejercidas por pequeñas lunas que giran con los anillos y ayudan a mantener la configuración mostrada en la
figura.

Figura 4.2.1.

Movimiento de pequeñas lunas ycuerpos irregulares de materia en el planeta Saturno.

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Optaciano Vásquez García

En el curso de mecánica, vimos que la fuerza gravitacional ejercida por la tierra sobre una partícula de masa m
localizada a una distancia r desde el centro de la tierra está dada por la ecuación

r
Mm
ˆ
Fg  G 2 er
r

(4.1)

Donde,
es la...