Potencial eléctrico

Objetivo:
Al terminar esta práctica el alumno conocerá la relación entre el potencial eléctrico y campo eléctrico, así como su relación con la energía eléctrica.
Para obtener estas habilidades el alumno tendrá que:
Establecer la relación matemática que existe entre la diferencia de potencial eléctrico y la distancia entre dos superficies equipotenciales.
Conocer el uso y el manejo delmilímetro analógico y digital (voltímetro).
Teoría o Fundamento
Una carga puntual q, es la fuente de un campo eléctrico (E), que existe en el espacio vecino. El campo eléctrico afecta a cualquier carga q0 que se introduzca en ese espacio, porque hay fuerza F que actúa sobre q0 que está expresada por F=q0E. Una carga q es la fuente de un potencial eléctrico que afecta a cualquier carga q0, a unadistancia r de q, creando energía potencial. Si una batería se utiliza para establecer una corriente eléctrica en un conductor, existe una transformación continua de energía química almacenada en la batería a energía cinética de los portadores de carga. Esta energía cinética se pierde rápido como resultado de las colisiones de los portadores de carga con el arreglo de iones, ocasionando un aumento en latemperatura del conductor. Por lo tanto, se ve que la energía química almacenada en la batería es continuamente transformada en energía térmica.
Considérese un circuito simple que consista de una batería cuyas terminales estén conectadas a una resistencia R, como en la figura 4.3. La terminal positiva de la batería está al mayor potencial. Ahora imagínese que se sigue una cantidad de cargapositiva Q moviéndose alrededor del circuito desde el punto a través de la batería y de la resistencia, y de regreso hasta el punto a.
El punto a es el punto de referencia que está aterrizado y su potencial se ha tomado a cero. Como la carga se mueve desde a hasta b a través de la batería su energía potencial eléctrica aumenta en una cantidad V Q (donde V es el potencial en b) mientras que laenergía potencial química en la batería disminuye por la misma cantidad. Sin embargo, como la carga se mueve desde c hasta d a través de la resistencia, pierde esta energía potencial eléctrica por las colisiones con los átomos en la resistencia, lo que produce energía térmica. Obsérvese que si se desprecia la resistencia de los alambres interconectores no existe pérdida en la energía en lastrayectorias bc y da.
Cuando la carga regresa al punto a, debe tener la misma energía potencial (cero) que tenía al empezar.

El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar un campo electrostático para mover una carga positiva q desde el punto de referencia [1] , dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa paratraer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica.
El potencial eléctrico sólo se puede definir para un campo estático producido por cargas que ocupan una región finita del espacio. Para cargas en movimiento debe recurrirse a los potenciales de Liénard-Wiechert para representar un campo electromagnético que además incorpore el efecto deretardo, ya que las perturbaciones del campo eléctrico no se pueden propagar más rápido que la velocidad de la luz.
Si nos imaginamos que q0 es una carga prueba, entonces hemos calculado el potencial eléctrico de una carga puntual q a una distancia r de la carga.

V(r)= q/4πE0r

En esta ecuación hemos puesto que la energía potencial cero se da en el infinito y, en consecuencia hemos supuesto que elpotencial eléctrico debido a la carga q en el infinito es 0. Como afirmamos, el potencial eléctrico solo depende de la carga q, y no de la carga de prueba q0.
Cualquier distribución de carga produce un campo eléctrico, y cualquier distribución de carga tendrá un potencial eléctrico. El potencial eléctrico es un concepto útil, en parte porque es una cantidad escalar. Es más fácil manejarlo que...