Líneas de campo
Imagina que decides ir de excursión a la montaña. ¿Qué necesitas traer antes de salir? Un elemento que sería de gran ayuda es un mapa topográfico que muestre las elevaciones del área en la que realizará la caminata.
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Las líneas onduladas dibujadas en el mapa se denominan curvas de nivel o isolíneas. Las isolíneas son líneas que conectan puntos de valores iguales. En el mapa topográfico, los puntos de igual elevación están conectados.
Veamos otro mapa que muestra isolíneas. En este diagrama, los puntos de igual energía potencial gravitacional están conectados con una línea. La energía potencial gravitacional (GPE) es la energía de la posición de una masa con respecto a un punto de referencia. Piense en el suelo como nuestro punto de referencia e imagine un libro en el suelo. Usted toma ese libro y trabaja en él moviéndolo a la parte superior de la estantería. El libro ahora tiene GPE.
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Los círculos rojos son las isolíneas de GPE y las flechas negras representan la dirección de la fuerza sobre una masa en esa ubicación. Observe que las flechas negras son perpendiculares a las isolíneas de GPE.
Potencial eléctrico
El potencial eléctrico se define por el trabajo que debe realizarse para mover una partícula cargada en un campo eléctrico. Los campos eléctricos son creados por partículas cargadas y siempre apuntan en sentido contrario a las cargas positivas y hacia las cargas negativas. Digamos que existe un campo eléctrico entre dos placas con carga opuesta. Si tomamos una pequeña carga de prueba negativa y la movemos desde la placa positiva hacia la placa negativa, ganará potencial eléctrico porque tomó trabajo moverla. Esto es análogo a mover el libro desde el piso hasta la parte superior de la estantería.
Además, considere esta analogía. Piense en intentar alejar a un perro hambriento de su plato de comida. Es amigable y no te criticará, pero será necesario un esfuerzo de tu parte para alejarlo de ese tazón. Cuando lo tengas a unos metros del cuenco y lo dejes ir, será » jalado » hacia el cuenco. Lo mismo sucede con la carga eléctrica entre las placas cargadas. Los opuestos se atraen, por lo que la carga negativa quiere estar en la placa positiva. Cuando se aleja de la placa positiva, gana potencial eléctrico.
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Dibujar isolíneas de potencial eléctrico
Como se mencionó anteriormente, las líneas de campo eléctrico siempre apuntan en dirección opuesta a las cargas positivas y hacia las cargas negativas. Las líneas de potencial eléctrico se pueden dibujar en un mapa de campo eléctrico, pero existen algunas reglas sobre cómo dibujarlas.
1. Siempre son bucles cerrados (está bien que terminen en el borde de una hoja de papel o página).
2. Siempre cruzan las líneas del campo eléctrico en ángulo recto.
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3. No pueden cruzar ninguna otra línea de potencial eléctrico.
4. Están más juntos donde la fuerza del campo eléctrico es mayor.
5. No pasan por un conductor.
Dibujemos un mapa equipotencial a partir de un conjunto de líneas de campo. Nuestro primer paso es comenzar con un mapa de campo eléctrico, y en este caso, es uno generado por dos partículas con carga opuesta, como se ve en el diagrama, y dos fuera de la vista del diagrama.
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Ahora, dibujamos pequeñas marcas de almohadilla perpendiculares a las líneas del campo.
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Y finalmente, conecte las marcas de control perpendiculares con una línea suave. Esto representa las isolíneas del potencial eléctrico.
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Efectos sobre las partículas cargadas
Las líneas del campo eléctrico (grises en los diagramas) muestran de qué manera actúa una fuerza sobre una partícula cargada. Una partícula cargada positivamente seguirá las flechas de la línea del campo eléctrico y una partícula cargada negativamente irá en la dirección opuesta a las líneas del campo. Comparando esto con nuestro mapa topográfico que tomó al caminar, las líneas del campo eléctrico representarían la dirección en la que caería de la montaña si perdiera el equilibrio. Cuanto más cercanas estén las líneas de campo, más fuerte será la fuerza que lo empuje hacia abajo por la pendiente y más fuerte será la fuerza sobre la carga eléctrica. La fuerza máxima en ambos casos es perpendicular a estas líneas.
Las líneas de potencial eléctrico (rosadas en el diagrama) representan puntos de igual potencial. No se necesitaría trabajo para mover la carga a cualquier lugar a lo largo de esa línea específica. En nuestra analogía de hacer senderismo en una montaña, moverse a lo largo de isolíneas de potencial eléctrico sería como caminar sobre una parte plana del sendero.
Resumen de la lección
Los campos eléctricos son generados por cargas y apuntan lejos de cargas positivas y hacia cargas negativas. Estas líneas de campo muestran la dirección de la fuerza ejercida sobre una carga. Las cargas positivas siguen las líneas del campo eléctrico y las cargas negativas se mueven en la dirección opuesta a las líneas del campo. Cuanto más cerca estén las líneas, más fuerte será el campo.
El potencial eléctrico se define por el trabajo que debe realizarse para mover una partícula cargada en un campo eléctrico. Alejar una partícula cargada negativamente de una partícula cargada positivamente requiere trabajo. Ese trabajo luego se almacena como potencial eléctrico.
Se pueden dibujar líneas de igual potencial eléctrico (isolíneas) en un mapa de campo eléctrico. Hay cinco reglas para trazar estas líneas.
Mover una carga a lo largo de isolíneas de potencial eléctrico no requiere trabajo, y la carga siente la fuerza perpendicular a la isolínea de potencial eléctrico.
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