Potencial electrico

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Potencial eléctrico
El concepto de voltaje o potencial en electricidad es similar al concepto de altura en la gravedad y el concepto de temperatura en termodinámica. La fuerza eléctrica al igual que la fuerza gravitacional, es consecuencia de las leyes fundamentales de la naturaleza. Las fuerzas eléctricas conciernen a la interacción de una distribución de carga con otra carga. La energíapotencial eléctrica es la energía de la distribución de la carga junto con la de una segunda carga. El potencial eléctrico tiene la misma relación con el campo eléctrico que la que tiene la energía potencial con la fuerza. La descarga de los rayos es una impresionante demostración de que hay energía en los campos eléctricos. Existe una gran diferencia de potencial entre la Tierra y las nubes, o entrenubes distintas, que provoca el rayo.

Rayo

Energía Potencial Eléctrica
Existe una relación entre el trabajo y la energía potencial. El concepto de energía de posición o energía potencial es extremadamente útil. Se sabe que una masa m a una altura h (mucho menor que el radio de la Tierra) sobre la superficie terrestre tiene una energía potencial que se puede representar por U = mgh. Esa energíapotencial se puede convertir en energía cinética de acuerdo a la conservación de la energía.

Al levantar un objeto se realiza trabajo sobre él y se incrementa su energía potencial gravitacional. De manera análoga, un objeto cargado puede tener energía potencial en virtud de su posición en un campo eléctrico. También se requiere trabajo para desplazar una partícula cargada contra el campo eléctricode un cuerpo con carga. La energía potencial eléctrica de una partícula cargada aumenta cuando se realiza trabajo sobre ella para moverla contra el campo eléctrico de algún otro objeto cargado.

La fuerza eléctrica que ejerce la carga qo sobre la q, separadas por una distancia r, es:
|
Esta fuerza tiene una notable semejanza con la fuerza de gravitación. Ambas fuerzas son conservativas, demodo que ambas tienen energía potencial U . Esa energía potencial, que es función de la posición, asume la misma forma para ambos casos. Solo los cambios de energía potencial tienen significado.
Al representar un campo eléctrico no uniforme originado por una carga fuente puntual + q. Si dentro del campo originado por esa carga se coloca una carga de prueba positiva + qo, sobre dicha carga actúa, encada punto donde se sitúe, una fuerza eléctrica cuyo módulo viene dada por la ley de Coulomb.
Como la fuerza eléctrica no es constante, para obtener una expresión que permita medir la energía potencial eléctrica. En la Posición rA la carga de prueba + qo está sometida a una fuerza eléctrica
e y un agente externo debe aplicar una fuerza del mismo módulo que e pero de sentido opuesto paraequilibrarla.

s Si la carga + qo se aproxima a la carga + q, la fuerza e aumenta por lo que también debe aumentar para lograr el equilibrio de la carga + qo. En consecuencia para mover la carga de prueba + qo con rapidez constante desde la posición rA hasta la posición rB, un agente externo debe aplicar, en cada instante que considere, una fuerza diferente.
El módulo de la fuerza aplicada por el agenteexterno en cada instante que se considere es por ley de Coulomb:
|
El producto K.q.qo es constante.

El área bajo el gráfico mide el trabajo WAB realizado por el agente externo para llevar la carga + qo desde la posición rA hasta la posición rA.
Utilizando procedimientos matemáticos se demuestra que el trabajo WAB viene dado por la siguiente ecuación:
|

Este trabajo se almacena en forma deenergía de posición o energía potencial eléctrica U en el sistema formado por las cargas q y qo.
Se puede escribir: | |
Es decir: | |
Esta ecuación permite escribir que la energía potencial en la
posición rA es: | |
Y en la posición rB : | |

La energía potencial eléctrica es nula ( U0= 0) cuando la separación entre las cargas es infinitamente grande (r a)
En general la energía...
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