Quimica

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Potencial eléctrico

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 para traer una carga unitaria q desde la referencia hastael punto considerado en contra de la fuerza eléctrica. Matemáticamente se expresa por:

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 lospotenciales de Liénard-Wiechert para representar un campo electromagnético que además incorpore el efecto de retardo, ya que lasperturbaciones del campo eléctrico no se pueden propagar más rápido que la velocidad de la luz. Si se considera que las cargas están fuera de dicho campo, la carga no cuenta con energía y el potencial eléctrico equivale al trabajo necesario para llevar la carga desde el exterior del campo hasta el punto considerado. La unidad del sistema internacional es el voltio(V). Todos los puntos de un campoeléctrico que tienen el mismo potencial forman una superficie equipotencial.

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Trabajo eléctrico y energía potencial eléctrica
Considérese una carga puntual  en presencia de un campo eléctrico  cualquiera. La carga experimentará una fuerza eléctrica:
(1)
Esta fuerza realizará un trabajo para trasladar la carga de un punto A a otro B, de tal formaque para producir un pequeño desplazamiento  la fuerza eléctrica hará un trabajo diferencial  expresado como:
(2)
Teniendo en cuenta la expresión (1):
(3)
Por lo tanto, integrando obtenemos que el trabajo total realizado por el campo eléctrico será:
(4)

Figura 1
En un caso concreto con un campo eléctrico definido: Sea una carga puntual  que recorre una determinada trayectoria A - B en lasinmediaciones de una carga  tal y como muestra la figura 1. Siendo  el desplazamiento infinitesimal de la carga  en la dirección radial, el trabajo diferencial  se puede expresar así:
(5)
Para calcular el trabajo total, se integra entre la posición inicial A, distante  de la carga  y la posición final B, distante  de la carga :
(6)
De la expresión (6) se concluye que el trabajo  no depende dela trayectoria seguida por la partícula, sólo depende de la posición inicial y final, lo cual implica que la fuerza eléctrica  es una fuerza conservativa. Por lo tanto se puede definir una energía potencial que permite calcular el trabajo más fácilmente:
(7)
El trabajo realizado por la fuerza eléctrica para desplazar una partícula entre A y B será:
(8)

Por convención, el nivel cero deenergía potencial se suele establecer en el infinito, es decir, si y sólo si .

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Diferencia de potencial eléctrico
Considérese una carga de prueba positiva  en presencia de un campo eléctrico y que se traslada desde el punto A al punto B conservándose siempre en equilibrio. Si se mide el trabajo que debe hacer el agente que mueve la carga,la diferencia de potencial eléctrico se define como:

El trabajo  puede ser positivo, negativo o nulo. En estos casos el potencial eléctrico en B será respectivamente mayor, menor o igual que el potencial eléctrico en A. La unidad en el SI para la diferencia de potencial que se deduce de la ecuación anterior es Joule/Coulomb y se representa mediante una nueva unidad, el voltio, esto es: 1 voltio = 1joule/coulomb.
Un electronvoltio (eV) es la energía adquirida para un electrón al moverse a través de una diferencia de potencial de 1 V, 1 eV = 1,6x10-19 J. Algunas veces se necesitan unidades mayores de energía, y se usan los kiloelectronvoltios (keV), megaelectronvoltios (MeV) y los gigaelectronvoltios (GeV). (1 keV=103 eV, 1 MeV = 106 eV, y 1 GeV = 109 eV).
Aplicando esta definición a la...