en que se mide el potencial electrico

Medición del potencial eléctrico Unidades y cómo se mide

La base de funcionamiento de los sistemas de electricidad radica en las leyes fundamentales del electromagnetismo, especialmente en el campo eléctrico. Al analizar situaciones simples, se asume la existencia de una fuente de energía como una batería, que provoca el movimiento de cargas a través de un cable para generar una corriente. Esta fuerza motriz se conoce como voltaje. Sin embargo, no se debe subestimar la relevancia del voltaje, ya que está estrechamente relacionado con todos los campos eléctricos presentes en nuestro entorno. Se le conoce formalmente como diferencia de potencial eléctrico o simplemente potencial eléctrico.

Campo eléctrico generado por múltiples cargas discretas

El potencial eléctrico generado por n cargas puntuales en un punto de un campo eléctrico se calcula sumando los potenciales eléctricos individuales creados por cada carga en dicho punto.

Dos cargas están ubicadas en los vértices de un triángulo equilátero de lado 60 cm: q1 = 3 µC y q2 = -6 µC. Si se coloca una carga adicional q = -5 µC en el vértice libre, se puede calcular tanto el potencial en dicho vértice como la energía potencial que obtendría.

Explorando el concepto del potencial eléctrico

El potencial eléctrico se define como una función escalar relacionada con el campo eléctrico, representando la energía requerida por el campo para mover una carga por unidad de carga.

La interpretación energética del potencial eléctrico surge de una condición matemática: la conservatividad del campo. En términos matemáticos, esto significa que el campo eléctrico puede ser derivado de una cantidad escalar, conocida como el potencial, mediante operaciones de cálculo diferencial.

Utilizando la Ley de Coulomb, que describe el comportamiento del campo eléctrico generado por una carga puntual, podemos determinar el valor del potencial eléctrico y analizar sus propiedades. Como se explicó, el potencial eléctrico es una medida de la energía en términos del campo eléctrico, y el trabajo realizado por unidad de carga se expresa como la diferencia entre el punto de interés y un origen de potencial elegido como referencia. Dicho origen puede ser seleccionado de manera arbitraria, aunque suele escogerse uno que simplifique los cálculos.

Ecuación y medidas del potencial eléctrico

La fuerza de Coulomb se produce cuando una carga ejerce una fuerza sobre otra carga debido al campo eléctrico creado por ella. Esto se expresa mediante la fórmula (vec{F}=qcdot vec{E_Q}). Según la tercera ley de Newton, esta fuerza es igual en magnitud y opuesta en dirección a la fuerza ejercida por el campo creado por la otra carga.

Al tratarse de una fuerza lineal en la carga afectada, se puede deducir que el trabajo o energía ejercidos por el campo creado tienen una relación directa con ella. Es decir, la energía o trabajo del campo eléctrico de la carga (Q) sobre la carga (q) es:

(vec{E} = qcdot V)

Como se ha mencionado al inicio, una elección común para el origen del potencial es situarlo a una distancia infinita de la carga que lo genera. Al hacer esto, la contribución del origen de potencial se anula ya que su dependencia inversa en la distancia radial se vuelve infinita. De esta forma, la definición del potencial eléctrico quedaría como:

V = q/r.

Potencial Eléctrico

El potencial eléctrico de un punto en el espacio es una magnitud escalar que nos indica el campo eléctrico en dicho punto a través de la energía potencial electrostática que adquiriría una carga situada allí.

En otras palabras, el potencial eléctrico en un punto del espacio para un campo eléctrico es la energía potencial eléctrica que adquiere una carga de valor unitario y positivo en dicho punto.

Gracias a que todas estas magnitudes son escalares, el estudio del campo eléctrico se simplifica. Por lo tanto, si conocemos el valor del potencial eléctrico (representado por V) en un punto determinado, podemos calcular cuánta energía potencial eléctrica posee una carga (q) allí presente:

Ep = q * V

Superficies equipotenciales

Las superficies equipotenciales son aquellos puntos que presentan el mismo valor de potencial eléctrico en su entorno. Estas superficies reciben su nombre por esta característica común.

En cada punto de una superficie equipotencial, el potencial eléctrico es equivalente. Es decir, todos los puntos de una superficie equipotencial tienen las mismas condiciones eléctricas.

Campo electrostático generado por una carga puntual

Intensidad del campo eléctrico y energía potencial

Al estudiar la intensidad del campo eléctrico, aprendemos que una carga única q puede generar un campo eléctrico a su alrededor. Si introducimos una carga testigo q' en este campo, podemos aplicar la definición de energía potencial eléctrica entre dos cargas puntuales:

Correlación entre Voltaje y Fuerza Electromotriz

La fórmula del trabajo eléctrico nos permite relacionar el campo eléctrico E con el potencial eléctrico V de la siguiente manera:

En ausencia de campo eléctrico en una región, el potencial eléctrico será constante en toda esa zona. Esto implica que cualquier punto A y B dentro de esta región tendrá el mismo valor potencial, es decir, VA = VB.

Si contamos con un campo eléctrico uniforme, el potencial eléctrico se reducirá de manera equitativa a medida que nos alejamos en la dirección del campo, ya que:

Energía Eléctrica y Trayectoria de las Cargas

En relación al concepto de trabajo eléctrico abordado previamente, es importante destacar que cuando una fuerza eléctrica lleva a cabo la tarea de mover una carga q desde el punto A hasta el punto B sin influencia de fuerzas externas, el resultado es siempre un valor positivo. Ahora bien, si consideramos el caso en que la carga q es positiva o negativa, observamos que:

Enfocándonos en el apartado que trata sobre la intensidad del campo eléctrico, podemos concluir que las cargas positivas se mueven en la misma dirección que dicha intensidad. En otras palabras, la intensidad del campo eléctrico siempre apunta desde zonas de mayor potencial hacia zonas de menor potencial.

Desde una perspectiva energética, cuando las cargas están sometidas únicamente a la fuerza eléctrica, esta se comporta como una fuerza conservativa. Como consecuencia, la energía mecánica de la partícula entre dos puntos A y B debe mantenerse constante. En otras palabras, la variación de energía mecánica entre A y B es 0 (no cambia).

Explorando la Discrepancia de Voltaje entre dos Localidades

La diferencia de potencial eléctrico es la medida de la energía necesaria para mover una carga eléctrica entre dos puntos en presencia de un campo eléctrico.

Una alternativa para evitar establecer un punto de referencia en nuestros cálculos de potencial es enfocarnos en las diferencias entre dos puntos. Al restar el potencial entre un punto y otro, se elimina la contribución constante (independientemente de su valor) y se obtiene una cantidad independiente de ella. Esta técnica es comúnmente utilizada en el análisis de circuitos eléctricos, ya que es más fácil y útil trabajar con la diferencia de potencial entre los extremos del circuito, ya que nos indica la energía necesaria por unidad de carga.

El comportamiento conservativo del campo eléctrico se traduce en algo muy sencillo: realizar un recorrido cerrado dentro de un campo eléctrico resulta en un cambio de energía igual a cero, ya que la diferencia de potencial depende únicamente del punto de inicio y el punto final.

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