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Potencial Eléctrico: Fórmulas y ejemplos

Publicado el 8 abril, 2024

¿Qué es el potencial eléctrico?

El potencial eléctrico es energía potencial eléctrica o trabajo por unidad de carga. Por ejemplo, una batería de 1,5 V tiene un potencial eléctrico de 1,5 voltios, lo que significa que la batería puede realizar trabajo o suministrar energía potencial eléctrica de 1,5 julios por culombio en el circuito eléctrico. Una fuente de alimentación de 550 voltios significa que puede impulsar 550 julios de energía por cada culombio de carga. Entonces, {eq}V=\frac {W}{q} {/eq}, donde V es el potencial eléctrico (V) y W es la energía potencial eléctrica (J), y q es la carga (C): Volt es joule por culombio o V=J/C.

Un potencial eléctrico también se puede definir en términos del campo eléctrico. Para saber qué es el potencial eléctrico recordemos que el campo eléctrico influye en cualquier carga colocada en él ejerciendo una fuerza eléctrica F=q*E. Pero la energía potencial eléctrica, o el trabajo que se necesita para mover la carga una distancia r, es W=F*r.

Las ecuaciones de sustitución dan: {eq}V=\frac {W}{q}=\frac {F*r}{q}=\frac {q*E*r}{q}=E*r {/eq}.

Entonces, la definición de potencial eléctrico también se puede expresar como el campo eléctrico multiplicado por la distancia r: {eq}V=E*r {/eq} donde E se mide en newton por coulomb (N/C) y r se mide en metros, V se mide en voltios: Volt es igual a newton metro por coulomb o V={eq}\frac {N*m}{C} {/eq}.

El famoso físico Alessandro Volta estudió circuitos eléctricos y descubrió que el voltaje o diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos A y B en un circuito eléctrico se define como la diferencia en el número de cargas entre los dos puntos A y B. El potencial eléctrico o voltaje es diferente de la corriente eléctrica en un circuito como voltaje también se puede definir como el medio por el cual medimos el empuje de la electricidad. Entonces, un potencial eléctrico es el nivel de potencia detrás de un flujo de electricidad, pero no debe confundirse con la corriente eléctrica en sí. Recuerde que la densidad de carga es lo mismo que decir la densidad de partículas cargadas que se puede definir como el número de cargas por unidad de longitud, área o volumen.

Por ejemplo, en un circuito cerrado en serie que está hecho de una fuente de energía como una batería y dos resistencias, la corriente eléctrica permanece igual mientras que el potencial eléctrico cae en cada resistencia. Una corriente eléctrica en un circuito eléctrico es el movimiento de cargas, mientras que el potencial eléctrico es la diferencia en la densidad de carga entre dos puntos del circuito. Mientras una corriente eléctrica pasa a través de una resistencia conectada en dos puntos C y D, se ralentiza debido a su resistencia a los movimientos de la carga. La desaceleración del movimiento provoca una diferencia en la densidad de carga entre los dos puntos C y D y, por lo tanto, conduce a una diferencia de voltaje o potencial eléctrico a través de la resistencia. El voltaje se puede comparar con la presión del agua en la ducha.

Dos resistencias y una batería en circuito en serie

Fórmula del potencial eléctrico

La fórmula del potencial eléctrico en un circuito eléctrico viene dada por la ley de Ohm: V=R*I

donde R es la resistencia y se mide en ohmios (Ω) e I es la corriente eléctrica medida en amperios (A) mientras que V es el voltaje medido en voltios (V) haciendo honor al científico.

Volt aquí es igual a ohm multiplicado por amperio o V=Ω*A.

Cómo calcular el potencial eléctrico

Para calcular el potencial eléctrico, decida primero qué fórmula usar observando lo que se da en el ejercicio.

Si el ejemplo brinda información sobre un circuito eléctrico en el que se conocen tanto la corriente eléctrica como el valor de la resistencia, entonces piense en la ley de Ohm: V=R*I que da voltaje o potencial eléctrico.

Relaciones V, R e I

Sin embargo, el ejercicio podría abordar el trabajo realizado para traer cargas y ubicarlas para crear diferentes concentraciones o densidades en dos puntos y luego pensar en usar la fórmula del potencial eléctrico: {eq}V=\frac {W}{q} {/eq}.

Relaciones W, q y V

Finalmente, si el ejercicio da información sobre cargas que se mueven bajo la influencia de un campo eléctrico, entonces se dará la distancia y la magnitud del campo eléctrico. Usa la fórmula: {eq}V=E*r {/eq} para obtener el voltaje o el potencial eléctrico.

Relaciones V, E y r

El voltaje se puede calcular mediante cualquiera de las dos ecuaciones y se mide en voltios.

La unidad se puede escribir de tres maneras diferentes:

volt=ohmio multiplicado por amperio ({eq}\Omega*A {/eq}), volt=joul por coulomb (J/C) y volt=newtons multiplicado por metro por coulomb ({eq}\frac {N*m {C} {/eq}).

Ejemplos de potencial eléctrico

Los siguientes son algunos ejemplos de potencial eléctrico y cómo calcular el voltaje en cada caso.

Ejemplo 1:

Una corriente eléctrica de 4,0 mA pasa a través de una resistencia de 120 {eq}\Omega {/eq} en un circuito. ¿Cuál es el voltaje de la resistencia?

Solución:

Recuerde convertir siempre los números a unidades SI antes de la sustitución:

I=4,0 mA= 4,0*10^{-3} A

Como la corriente y la resistencia se dan en este ejemplo, piensa en la ley de Ohm para calcular el voltaje: {eq}V=R*I=120*4.0*10^{-3}=4.8*10^{-1} {/eq } V (dos cifras significativas). Entonces, el voltaje o potencial eléctrico a través de la resistencia es de 0.48 voltios.

Ejemplo 2:

¿Cuál es el trabajo realizado para llevar una carga de electrones de q=1.6*10^{-19} C bajo un potencial eléctrico de V=1.0 V?

Solución:

Usa la definición de potencial eléctrico: {eq}V=\frac {W}{q} {/eq} que se puede escribir como: {eq}W=V*q=1.0*1.6*10^{-19}=1.6 *10^{-19} {/eq} J. Esta cantidad de energía también es igual a un electrón voltio (1,0 eV=1,6*10^{-19} J) como la cantidad de energía potencial eléctrica que se necesita para llevar un electrón de carga 1,6*10^{-19} C y colóquelo bajo un potencial eléctrico de 1,0 V.

Ejemplo 3:

Una cantidad de carga q se mueve 2,0 cm bajo un campo eléctrico de E= 1,5*10^{4}N/C, calcule el potencial eléctrico.

Solución:

Convertir números antes de la sustitución:

r=2,0 cm=2,0*10 ^{-2} m

Dado que se dan el campo eléctrico y la distancia, utilice la fórmula:

{eq}V=E*r=1,5*10^{4}*2,0*10 ^{-2}=3,0*10^{2} {/eq} V. Entonces, el voltaje, en este ejemplo, es 300 voltios

Resumen de la lección

El potencial eléctrico se define como el trabajo o energía potencial eléctrica que una fuente de energía empuja en el circuito por unidad de carga. Para comprender qué es el potencial eléctrico o el voltaje como concepto, recuerde que es similar a la presión del agua en la ducha. Para el voltaje, se acumulan diferentes densidades de carga en dos puntos diferentes.

La fórmula del potencial eléctrico es: {eq}V=\frac {W}{q} {/eq}. Además, el potencial eléctrico o voltaje se puede calcular usando la ecuación: {eq}V=E*r {/eq} o la fórmula: {eq}V=R*I {/eq} dependiendo de la información dada en el ejercicio .

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