Electricidad

25 Potencial eléctrico

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Los generadores electroestáticos como el generador Van de Graff mostrado aquí, pueden transferir cantidades enormes de carga a un domo de plata, Estos dispositivos producen voltajes altísimos, la repulsión electrostática produce este efecto sorprendente en el cabello de la mujer.
Objetivos

Cuando termine de estudiar este capitulo el alumno:

1.demostrara mediante definiciones y ejemplos su comprensión de los conceptos de energía potencial eléctrica, potencial eléctrica y diferencia de potencial eléctrico.
2. Calculara la energía del potencial de una carga conocida a una distancia determinada de otras cargas conocidas. Y determinara si la energía es negativa o positiva.
3. Calcula el potencial absoluto de cualquier punto de la vecindadde cierto número de cargas conocidas.
4. Usara sus conocimientos sobre diferencia de potencial para calcular el trabajo necesario para mover una carga conocida desde el punto A hasta otro punto B en un campo eléctrico por una o varias cargas puntuales.
5. Escribirá y explicara la relación entre la intensidad del campo eléctrico, la diferencia de potencial y la separación de placas paralelasde carga igual pero opuesta.

En nuestro estudio de la mecánica, muchos problemas se simplifican mediante la introducción de algunos conceptos cerca de la energía. La conservación de la energía mecánica nos permitió predecir ciertas cosas acerca de los estados inicial y final de los sistemas, son tener que analizar el movimiento entre dichos estados. El concepto de un cambio de energíapotencial a cinética nos ahorro el problema de las fuerzas variables.
En electricidad se pueden resolver muchos problemas prácticos si se consideran los cambios que experimenta una carga en movimiento en términos de energía. Por ejemplo, si se requiere una cierta cantidad de trabajo para mover una carga en contra de ciertas fuerzas eléctricas, la carga tendrá un potencial o posibilidad deaportar una cantidad equivalente de energía cuando sea liberada. En este capitulo vamos a desarrollar la idea de energía potencial eléctrica.

25.1 Energía potencial eléctrica

Una de las formas mas apropiadas de entender el concepto de energía potencial eléctrica consiste en compararla con la energía potencial gravitacional. En el caso de la energía gravitacional, se considera que la masa men la figura 25.1 se mueve del nivel A al nivel B. Debe aplicarse una fuerza externa F igual que el peso mg por h. Cuando la masa m alcanza el nivel B, tiene un potencial para realizar trabajo en relación con el nivel A. El sistema tiene energía potencial (EP) que es igual al trabajo realizado en contra de la gravedad.

EP= mgh
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Figura 25.1. Una masa m se eleva contra el campogravitacional g, lo que da por resultado una energía mgh con el nivel B. cuando se suelta la masa esta energía se transforma totalmente en energía cinética al ir cayendo hacia el nivel A.

Figura 25.2 Una carga positiva + que se desplaza en contra del campo eléctrico constante E a través de una distancia d. En el punto B la energía potencial cera qEd con respecto al punto A. Cuando se suelte lacarga ganara una cantidad equivalente de energía cinética.

Esta expresión representa el potencial para realizar el trabajo que se libera cuando la masa m se suelta el nivel B y desciende la distancia h. Por tanto, la magnitud de la energía potencial en B no depende de la trayectoria que siga la masa para llegar al nuevo nivel.
Ahora consideremos una carga positiva +q que se encuentraen reposo en el punto A dentro del campo eléctrico uniforme E constituido entre dos laminas con carga opuesta (véase en la figura 25.2). Una fuerza eléctrica qE actúa hacia abajo sobre la carga. El trabajo realizado en contra del campo eléctrico para mover la carga desde A hasta B es igual al producto de la fuerza qE por la distancia d. Por consiguiente, la energía potencial eléctrica en el...