Energía potencial eléctrica.
Páginas: 5 (1060 palabras)
Publicado: 22 de marzo de 2011
OBJETIVO 2.4. ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTRICA.
Uno de las mejores formas de entender el concepto de energía potencial eléctrica, es comparándola con la energía potencial gravitacional. En el caso de la energía gravitacional, se considera que la masa m se mueve del nivel A al nivel B. Debe aplicarse una fuerza externa F igual al peso mg para mover la masa en contra de la gravedad. El trabajorealizado por esta fuerza es el producto de mg por la altura h. Cuando la masa m alcanzas el punto B tiene un potencial para realizar trabajo en relación con el nivel A. El sistema tiene energía potencial (EP) que es el trabajo realizado en contra de la gravedad:
EP = mgh
Nivel BF
g h m EP = mgh EC = (1/2)mv2=mgh
mg
Nivel A mg
a) b) c)d)
fig. campo gravitacional y energía potencial.
Esta expresión representa el potencial para realizar trabajo que se libera cuando la masa m se libera en el nivel B y desciende la distancia h. Por lo tanto, la magnitud de la energía potencial en el nivel B no depende de la trayectoria que siga la masa para llegar a ese nuevo nivel.
Ahora considérese una cargapositiva +q que se encuentra en reposo en el punto A dentro de un campo eléctrico uniforme E constituido entre dos láminas con cargas opuestas.
++++++++++++++++++
B B B
EF qE
D EP = qEd EC =(½)mv2=qEd
d qE
A A A AqE
a) b) c) d)
fig. carga +q desntro de un campo eléctrico constante.
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 ladistancia d. Es decir, que la energía potencial eléctrica en el punto B en relación con el punto A es:
EP = qEd.
Cuando la carga se libere, el campo eléctrico desarrollará esta cantidad de trabajo y la carga q tendrá una energía cinética:
EC = 1/2mv2 = qEd.
Cuando retorna al punto A.
Las afirmaciones y ecuaciones anteriores son validas independientemente de la trayectoria que sigala carga al moverse., De hecho se requiere realizar el mismo trabajo contra el campo gravitacional para deslizar una masa hacia arriba por un plano inclinado que si se eleva verticalmente. En forma similar la energía potencial debida a la carga +q en el punto B es independiente de la trayectoria. Como muestra la figura siguiente, la energía potencial sería la misma si la carga +q se moviera alo largo de la trayectoria l o la trayectoria d. El único trabajo que contribuye con la energía potencial es el trabajo realizado contra la fuerza del campo eléctrico qE. La distancia efectiva que se recorre contra esta fuerza eléctrica descendente es:
l sen θ = d
Por esta razón, el trabajo es el mismo para cualquier trayectoria.
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Uno de las mejores formas de entender el concepto de energía potencial eléctrica, es comparándola con la energía potencial gravitacional. En el caso de la energía gravitacional, se considera que la masa m se mueve del nivel A al nivel B. Debe aplicarse una fuerza externa F igual al peso mg para mover la masa en contra de la gravedad. El trabajorealizado por esta fuerza es el producto de mg por la altura h. Cuando la masa m alcanzas el punto B tiene un potencial para realizar trabajo en relación con el nivel A. El sistema tiene energía potencial (EP) que es el trabajo realizado en contra de la gravedad:
EP = mgh
Nivel BF
g h m EP = mgh EC = (1/2)mv2=mgh
mg
Nivel A mg
a) b) c)d)
fig. campo gravitacional y energía potencial.
Esta expresión representa el potencial para realizar trabajo que se libera cuando la masa m se libera en el nivel B y desciende la distancia h. Por lo tanto, la magnitud de la energía potencial en el nivel B no depende de la trayectoria que siga la masa para llegar a ese nuevo nivel.
Ahora considérese una cargapositiva +q que se encuentra en reposo en el punto A dentro de un campo eléctrico uniforme E constituido entre dos láminas con cargas opuestas.
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B B B
EF qE
D EP = qEd EC =(½)mv2=qEd
d qE
A A A AqE
a) b) c) d)
fig. carga +q desntro de un campo eléctrico constante.
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 ladistancia d. Es decir, que la energía potencial eléctrica en el punto B en relación con el punto A es:
EP = qEd.
Cuando la carga se libere, el campo eléctrico desarrollará esta cantidad de trabajo y la carga q tendrá una energía cinética:
EC = 1/2mv2 = qEd.
Cuando retorna al punto A.
Las afirmaciones y ecuaciones anteriores son validas independientemente de la trayectoria que sigala carga al moverse., De hecho se requiere realizar el mismo trabajo contra el campo gravitacional para deslizar una masa hacia arriba por un plano inclinado que si se eleva verticalmente. En forma similar la energía potencial debida a la carga +q en el punto B es independiente de la trayectoria. Como muestra la figura siguiente, la energía potencial sería la misma si la carga +q se moviera alo largo de la trayectoria l o la trayectoria d. El único trabajo que contribuye con la energía potencial es el trabajo realizado contra la fuerza del campo eléctrico qE. La distancia efectiva que se recorre contra esta fuerza eléctrica descendente es:
l sen θ = d
Por esta razón, el trabajo es el mismo para cualquier trayectoria.
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