Diferencia potencial: definición, fórmula y ejemplos

Publicado el 4 noviembre, 2020

? !!! ¿Qué es el potencial eléctrico?

Para comprender la diferencia de potencial eléctrico, primero debemos comprender qué es el potencial eléctrico. La mejor forma de hacerlo es mediante una analogía con un concepto con el que debería estar familiarizado: la energía potencial gravitacional.

El potencial eléctrico es una forma sencilla de cuantificar la energía potencial que tiene una partícula eléctrica como resultado de su ubicación en un campo eléctrico. Esto es similar a cómo hablamos de objetos con masa y su energía potencial como resultado de su ubicación en un campo gravitacional.

Como resultado de estar dentro del campo gravitacional de la Tierra, los objetos que tienen masa experimentan los efectos de ese campo de energía gravitacional; el efecto que sienten es que están siendo arrastrados hacia abajo con una fuerza que es proporcional a su masa y su ubicación en ese campo. . ¿Significa esto que podemos decir que podemos describir claramente ubicaciones en el campo gravitacional de la Tierra como ubicaciones inherentemente de alta energía potencial? No, no necesariamente. Por qué no? Porque la energía potencial que tiene un objeto depende no solo de su ubicación en el campo de energía gravitacional, sino también de su masa.

Por ejemplo, un transbordador espacial a 10,000 pies sobre la superficie de la Tierra tiene mucha más energía potencial que una molécula de aire a la misma altura sobre la superficie de la Tierra. Ambos están en la misma ubicación en el campo gravitacional, pero su energía potencial es muy diferente porque su masa es muy diferente. Sin embargo, lo que podemos hacer es definir cada ubicación como la cantidad de energía potencial por unidad de masa requerida para alcanzar esa ubicación. Esto nos permite nivelar el campo de juego y comparar ubicaciones por la energía requerida para llegar a ellas. Hace que la energía potencial que tiene un objeto sea puramente función de su ubicación. A esto lo llamamos potencial gravitacional y se define como la cantidad de energía potencial que tiene un objeto en un campo gravitacional por unidad de masa.

El potencial eléctrico se parece mucho al potencial gravitacional. Describe la cantidad de energía que tiene una partícula según su ubicación. Es una forma de cuantificar cuánta energía se le dio a la partícula para que se moviera contra un campo eléctrico. En el caso de nuestro circuito eléctrico, ese campo es el campo creado por la repulsión de la partícula eléctrica lejos de otras partículas. Entonces, al igual que un objeto se movió a través de nuestro campo gravitacional, estamos describiendo una partícula que se abrió paso a través de un campo eléctrico para llegar a donde está. Y, al igual que cuando ‘nivelamos el campo de juego’ al describir las ubicaciones en el campo gravitacional como la cantidad de energía por unidad de masa para llegar allí, describimos el potencial eléctrico como la cantidad de energía requerida para que una partícula cargada alcance una ubicación en un campo eléctrico de fuerza conocida. De nuevo,

Diferencia de potencial eléctrico

Ahora que hemos dedicado algún tiempo a comprender qué es el potencial eléctrico, podemos comprender realmente qué es la diferencia de potencial eléctrico.

Considere dos puntos en un campo eléctrico. Observe que el punto A está mucho más cerca de la fuente del campo eléctrico que el punto B.

Diferencia de potencial eléctrico

La partícula en el punto A tendrá un potencial igual a ‘Va’ y la partícula en el punto B tendrá un potencial ‘Vb’. Una partícula en el punto A tendrá más potencial eléctrico que una partícula en el punto B. Eso significa que para llevar una partícula del punto B al punto A, es necesario trabajar y la cantidad de trabajo será igual a la diferencia en energía tiene una partícula en estos dos lugares. Lo mismo ocurre con nuestro campo gravitacional: se trabaja en un objeto para aumentar su energía potencial.

Usamos la unidad ‘Volt’ para describir el potencial eléctrico. Dado que un voltio se define como energía por unidad de carga, en unidades métricas, se descompone en Joules (J) por Coulomb (c), o J / C.

A partir de esto, podemos desarrollar una ecuación que nos dé la diferencia de potencial, ‘V’, entre las dos ubicaciones. Podemos decir que la diferencia de potencial es igual a la diferencia de potencial de las dos ubicaciones:

V = Vb-Va

La diferencia de potencial eléctrico también tendrá la unidad ‘Voltios’, lo que debería tener sentido, ya que se alinea con nuestro entendimiento de que la diferencia de potencial eléctrico es la cantidad de energía (J) por unidad de carga (C) que se requiere para que la partícula alcance su nueva ubicación.

Algunos ejemplos simples

Trabajemos ahora con dos nuevos puntos, el punto C y el punto D, en un campo eléctrico uniforme.

potencial eléctrico figura 2

En el punto C, el potencial eléctrico es de 10 V. En el punto D, el potencial eléctrico es de 20 V.

¿Cuál es la diferencia potencial entre los dos? Muy simple, es la diferencia en el potencial de las dos ubicaciones:

V = Vd – Vc = 10 V

Ahora, ¿cuánta energía se necesitaría para mover una partícula de 2 culombios del punto C al punto D?

Sabemos que la diferencia de potencial es de 10 V, lo que significa que va a tomar 10 Julios por Coulomb para mover una partícula desde el punto C al punto D. Así 2 C * (10 J / C) = 20 J .

Resumen de la lección

En resumen, la diferencia de potencial eléctrico es la diferencia de potencial eléctrico que tienen dos partículas como resultado de su ubicación en un campo eléctrico. También podemos describir la diferencia de potencial eléctrico como la cantidad de trabajo realizado en una partícula para mover una partícula en un campo eléctrico de un lugar a otro. Al trabajar en la partícula en un campo eléctrico, cambiaremos la cantidad de energía que tiene la partícula. Debido a que es la diferencia en los potenciales eléctricos individuales de dos ubicaciones, la diferencia de potencial eléctrico se expresa usando la unidad Volt, que se descompone en Joules / Coulomb.

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