¿Qué es la energía potencial eléctrica?
La energía potencial eléctrica es la energía que tiene una carga debido a su posición en relación con otras cargas. Si toma una bola con masa my la eleva a cualquier altura, le está dando energía potencial gravitacional. Sabemos esto por dos razones: una, tienes que usar energía en tus músculos para hacerlo, y dos, cuando sueltas la pelota, esta cae al suelo y esa energía se libera nuevamente.
La energía potencial eléctrica es similar pero con cargas en lugar de masas. En lugar de levantar una bola en el campo gravitacional de la Tierra, mueves una carga que está en el campo eléctrico de otra carga. Al separar dos cargas en un radio r , le está dando a las cargas energía potencial eléctrica entre sí. Cuando libera esas cargas, atraerán o repelerán, liberando esa energía. Las cargas opuestas se atraerán, al igual que la Tierra y la pelota. Los mismos cargos se repelerán.
Cero de potencial
El punto donde un objeto tiene potencial cero es un valor arbitrario. Puedes elegirlo para estar donde quieras. Así es como a menudo medimos la energía potencial gravitacional en relación con el suelo, aunque si moviera el suelo, una bola seguiría cayendo hasta que llegara al centro de la Tierra.
El cero de potencial a menudo se coloca a una distancia de cero entre dos cargas para simplificar. Pero en física más avanzada, para cargas puntuales, tendemos a poner cero en el infinito, lo que significa que dos cargas separadas por una distancia infinita tendrán un potencial de cero.
Ecuación
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La ecuación del potencial eléctrico se ve así. Aquí, U es la energía potencial eléctrica entre dos cargas, medida en julios, gran Q es la carga de una de las cargas, medida en culombios, pequeña q es la carga de la otra carga, medida en culombios, épsilon-cero es un constante, que siempre es igual a 8.85 x 10 ^ -12, y r es la distancia (o radio) entre las cargas, medida en metros.
Entonces, si conoce los tamaños de cada carga y la distancia entre ellos, puede calcular la energía potencial eléctrica que tienen entre sí. Esto supone que las dos cargas se pueden tratar como cargas puntuales, que es donde toda la carga se concentra en un punto exacto en el espacio. Los objetos extendidos se vuelven más complejos y requieren algo de cálculo.
Ejemplo de cálculo
Bien, veamos un ejemplo. Digamos que tienes dos partículas: una es un electrón y la otra es una partícula desconocida que tiene una carga de 8 * 10 ^ -19 Coulombs. Si las dos partículas están separadas por 2 * 10 ^ -11 metros, ¿cuánta energía potencial eléctrica tienen entre sí?
Bueno, antes que nada, deberíamos escribir lo que sabemos. Big Q puede ser la carga del electrón, y la carga de un electrón es siempre 1,6 * 10 ^ -19 Coulombs. Poco q puede ser la carga de la otra partícula, que es 8 * 10 ^ -19 culombios. Epsilon-zero es siempre 8.85 * 10 ^ -12. Y el radio, están separados uno del otro, r , es igual a 2 * 10 ^ -11 metros.
Tenemos todos los números en la ecuación excepto U , que estamos tratando de encontrar. Así que todo lo que tenemos que hacer es conectar nuestros números y resolver. Si hacemos eso y lo escribimos todo en una calculadora, obtenemos 5.75 * 10 ^ -17 Julios. Y eso es; esa es nuestra respuesta.
Resumen de la lección
La energía potencial eléctrica es la energía que tiene una carga debido a su posición en relación con otras cargas. Al separar dos cargas en un radio r , le está dando a las cargas energía potencial eléctrica entre sí. Cuando libera esas cargas, atraerán o repelerán, liberando esa energía. Se atraerán cargas opuestas. Los mismos cargos se repelerán.
El punto donde un objeto tiene energía potencial cero es un valor arbitrario. En física más avanzada, para cargas puntuales, tendemos a poner cero en el infinito, lo que significa que dos cargas separadas por una distancia infinita tendrán un potencial de cero.
La ecuación para la energía potencial eléctrica se ve así.
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Aquí, U es la energía potencial eléctrica entre dos cargas, medida en julios, Q grande es la carga de una de las cargas, medida en culombios, q pequeña es la carga de la otra carga, también medida en culombios, épsilon-cero es una constante, que siempre es igual a 8.85 * 10 ^ -12, y r es la distancia (o radio) entre las cargas, medida en metros.
Los resultados del aprendizaje
Una vez que haya terminado, debería poder:
- Recuerde qué es la energía potencial eléctrica
- Describe la energía potencial cero
- Enuncie y use la ecuación para calcular el potencial eléctrico.
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