Electroquimica

ELECTROQUÍMICA
TEMA 1.- ELEMENTOS DE FÍSICA ELÉCTRICA
Diferencia de potencial eléctrico

La energía potencial gravitatoria de un cuerpo cambia si se ubica a diferentes alturas respecto del suelo. De este modo, entre dos alturas diferentes existe una diferencia de energía potencial gravitatoria. Análogamente, ocurre en el campo eléctrico; la energía potencial eléctrica por unidad de carga opotencial eléctrico varía de acuerdo a la distancia que la separa de una carga generadora. Por lo tanto, existe una diferencia de potencial eléctrico (V) entre dos puntos ubicados a diferentes distancias de la carga generadora de un campo eléctrico.
La diferencia de potencial eléctrico se define como el trabajo (W) realizado por un agente externo por unidad de carga para desplazar,independientemente de la trayectoria seguida, una carga (q) entre dos puntos de un campo eléctrico que están a diferente potencial:

Si continuamos haciendo la analogía con la energía potencial gravitatoria, al levantar a cierta altura un cuerpo, su energía potencial aumenta. Lo mismo ocurre con la energía potencial eléctrica: aumenta si la carga se mueve en el sentido contrario del campo eléctrico y disminuyeal mover la carga en el sentido del campo.
Por lo tanto:

Así, una carga q que se mueve entre dos puntos del espacio que están a diferente potencial, cambia su energía potencial en

Los puntos que están a un mismo potencial, definen lo que se llama superficies equipotenciales, las que pueden tener distintas formas. Para una carga puntual, las superficies equipotenciales son esferasconcéntricas en cuyo centro está la carga. Una partícula eléctrica que se mueve en una misma superficie equipotencial, no experimenta cambios de energía potencial. Las líneas de campo son perpendiculares a ellas.
Resumiendo, definimos la diferencia de potencial eléctrico como el trabajo (cambiado de signo) necesario para trasladar una carga entre dos puntos de este campo.
Si partimos de la expresiónobtenida anteriormente en el cálculo de la diferencia de energía potencial eléctrica entre dos puntos, tendremos:

La expresión (VA – VB) se conoce con el nombre de diferencia de potencial entre dos puntos. Si lo aislamos de la expresión anterior, podremos definir el concepto de diferencia de potencial.

La diferencia de potencial entre dos puntos A y B es el trabajo (cambiado de signo) necesariopara trasladar la unidad de carga positiva desde B hasta A.

Movimiento de cargas en un campo eléctrico

Una carga, al moverse libremente entre dos puntos de un campo eléctrico constante, experimenta una aceleración y un incremento de su energía cinética que equivale al producto de la carga por la diferencia de potencial eléctrico entre esos dos puntos.
En el movimiento de partículascargadas en un campo eléctrico, se pueden dar dos situaciones: que las partículas ingresen en forma paralela a las líneas de campo o que lo hagan en forma perpendicular a estas líneas.
a. En un campo eléctrico uniforme en que VA > VB, una carga positiva inicialmente en reposo se moverá de mayor a menor potencial, mientras que una carga negativa se moverá de menor a mayor potencial.
Así, losprotones se mueven en la dirección en que disminuye el potencial eléctrico y los electrones lo hacen en la dirección en que el potencial aumenta. Sin embargo, ambas cargas describirán una trayectoria rectilínea con un movimiento uniformemente acelerado paralelo a las líneas de campo, ya que la fuerza eléctrica sobre ellas es constante.
La energía potencial de la partícula inicialmente en reposo setransformará en energía cinética a medida que se mueve de acuerdo a su signo según:

Esta expresión que muestra la conservación de la energía, permite determinar la velocidad que alcanzará la partícula al atravesar la diferencia de potencial ΔV. Es común expresar la energía de movimiento de las partículas cargadas que se desplazan en un campo eléctrico mediante la unidad electrón volt (eV). Un...