Potencial eléctrico
Si sostuviera una pelota por la ventana de un rascacielos alto, entonces esa pelota tiene una energía potencial basada en la fuerza de la gravedad. Ahora, imagina que esta bola tiene carga eléctrica. En lugar de que la gravedad actúe como la energía que tira de la pelota, hay un campo eléctrico (o magnético) que tira de la pelota. Esta bola todavía tiene energía potencial, pero en lugar de basarse en la gravedad, se basa en la energía del campo eléctrico.
El potencial eléctrico es la energía potencial por unidad de carga de una densidad de carga en un campo eléctrico. En nuestro ejemplo, la densidad de carga es la bola, o el punto de carga que nos interesa. Este potencial eléctrico es responsable del voltaje en las baterías.
Fórmula
La fórmula del potencial eléctrico es:
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Tabla de potencial de reducción estándar, cálculo y ejemplos
Aquí, Q es el valor de la carga. La fórmula de la energía potencial es:
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Observe que en la ecuación de energía potencial, multiplicamos por Q, y en la ecuación de potencial eléctrico, dividimos por Q.Como dividimos Q por Q, que es igual a 1, la variable se cancela en la ecuación final:
Carga Corporal: definición, productos químicos y pruebas
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La ‘k’ es la constante de Coulomb, que es igual a:
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La ‘q’ en la fórmula del potencial eléctrico es la carga en la fuente del campo eléctrico. Y la ‘r’ se refiere a la distancia desde la fuente del campo eléctrico.
Potencial Biótico y Capacidad de Carga: Definición y ejemplo
Ecuación muestral
Veamos un ejemplo:
Digamos que tenemos una densidad de carga con una carga de 3 culombios, que está a 2,5 metros de una carga de 7 culombios. Mirando nuestra fórmula, esto es lo que sabemos:
- k = 8,99 * 10 9
- r = 2,5 metros
- q = 7 culombios
Usamos la carga de la carga de la fuente, no la densidad de carga, porque queremos conocer la energía potencial en el punto de la densidad de carga, no la carga de la fuente.
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El potencial eléctrico en este punto es 2.52 * 10 10 N * m / C. Observe que N * m es igual a Joules (J), por lo que es igual a 2.52 * 10 10 J / C. Esta es nuestra energía por carga.
Potencial eléctrico en un punto
Dado que finalmente dividimos la carga de la ecuación, el potencial eléctrico a cualquier distancia dada de la carga de la fuente es siempre el mismo, sin importar el valor de la carga. Esto se debe a que el potencial eléctrico es igual a la energía potencial por unidad de carga. Entonces, a medida que aumenta el valor de la carga, también aumenta la energía potencial de esa densidad de carga.
Veamos el mismo problema nuevamente usando una carga de 5 culombios en lugar de una carga de 3 culombios. ¿Cómo cambia la energía potencial para cada carga?
Como sabemos que el potencial eléctrico permanece igual para cada carga, podemos usar la ecuación original para determinar la energía potencial para cada carga:
- Potencial eléctrico = 2,52 * 10 10 J / C
- Q1 = 3 C
- Q2 = 5 C
Y estamos buscando encontrar energía potencial 1 y energía potencial 2.
Calculamos la energía potencial de 1 así:
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Al multiplicar ambos lados por 3, podemos encontrar la energía potencial. La energía potencial de la carga más pequeña es 7.56 * 10 10 J.
Ahora, calculemos la energía potencial de 2:
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Al multiplicar ambos lados por 5, podemos encontrar la energía potencial. La energía potencial de la carga más grande es 1,26 * 10 11 J.
Entonces, la energía potencial de la carga más grande es mayor que la de la carga más pequeña, aunque el potencial eléctrico es el mismo en ambos puntos.
Resumen de la lección
El potencial eléctrico es la energía potencial por culombio de energía experimentada por una densidad de carga. Se calcula dividiendo la energía potencial por la densidad de carga:
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o multiplicando la constante de Coulomb por la carga, dividida por la distancia entre las cargas:
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El potencial eléctrico es siempre el mismo a cierta distancia de la carga de la fuente. A medida que aumenta la carga en la densidad de carga, también lo hace la energía potencial de ese punto.
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