Fisica 2 (Diferencia de potencial) PDF

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Diferencia de potencial El cambio en la energía potencial almacenada en q es igual al trabajo que se necesita para llevar q de A a B, Diferencia en la energía potencial eléctrica

Como el trabajo, la energía potencial eléctrica es una cantidad escalar. Ahora hacemos una pequeña manipulación de esta expresión y algo muy especial sucede. Esta línea de razonamiento es similar a nuestro desarrollo del campo eléctrico. Multiplica los términos,

Etiqueta cada término con un nombre para que podamos hablar de ellos por un segundo. Sea

La cantidad Ur, representa la energía potencial eléctrica almacenada en la carga q cuando está a una distancia r de Q. Podemos escribir el cambio en la energía de ir de A a B como

Diferencia en la energía potencial eléctrica

Los términos UA y UB están asociados con una sola posición en el espacio. Es decir, UB solo depende de la posición B y UA solo depende de la posición A (y ambos dependen de los valores de q y Q). Esto sugiere que podemos ver U como una propiedad de la posición. Podemos pensar la energía potencial eléctrica como un campo que existe alrededor de Q. La energía potencial es una cantidad escalar, por lo que el campo de energía potencial es un campo escalar. Tiene una magnitud en todos los puntos del espacio, pero no tiene dirección (otro ejemplo de un campo escalar es la temperatura en cualquier posición en una habitación). También, observa que la expresión no menciona ningún otro punto, por lo que la diferencia en la energía potencial es independiente de la trayectoria que tomes para ir de A a B. Esta es una consecuencia de la naturaleza conservativa de los campos eléctricos.

La diferencia de potencial eléctrico Con otra simplificación, ideamos una nueva manera de pensar en lo que ocurre en un espacio eléctrico. La ecuación anterior para la diferencia de energía potencial expresa cómo la energía potencial cambia para una carga arbitraria, q, cuando se realiza trabajo sobre ella dentro de un campo eléctrico. Definimos un nuevo término, la diferencia de potencial eléctrico (donde eliminamos la palabra "energía"), como el cambio normalizado de energía potencial eléctrica.

Diferencia de [energía]potencial eléctrico

La diferencia de potencial eléctrico es el cambio en la energía potencial que experimenta una carga de prueba con valor +1 La diferencia de energía potencial eléctrica tiene unidades de joules. La diferencia de potencial eléctrico tiene unidades de joules/coulomb.

El potencial eléctrico Podemos nombrar los dos términos de la ecuación anterior para la diferencia de potencial eléctrico. Podemos decir que hay un potencial eléctrico en todos lados del espacio alrededor de Q, dado por,

Puede parecer extraño pensar acerca de esto como una propiedad del espacio (pero no más extraño que la noción de un campo eléctrico). Es básicamente decir: si pusiéramos una carga unitaria de prueba en esta posición, tendría esta energía potencial. Si retiramos la carga de prueba, la propiedad del espacio permanece. Podemos usar el concepto de potencial eléctrico para realizar toda esta discusión al revés. Supón que conocemos cómo se ve el potencial eléctrico en alguna región del espacio. Entonces, podemos determinar el trabajo necesario para mover un objeto de una posición a otra con el siguiente procedimiento:

1.

restar el potencial inicial del potencial final para obtener la diferencia, y

2.

multiplicar la diferencia de potencial por la carga real del objeto en cuestión.

El potencial eléctrico cerca de una carga puntual Cerca de una carga puntual, podemos unir los puntos entre las posiciones que tienen el mismo potencial, creando curvas equipotenciales. Recuerda que, para una carga puntual, solo importa la diferencia en el radio, por lo que las curvas equipotenciales son círculos centrados en la carga que crea el campo de potencial, que en este caso es Q.

El voltaje La diferencia de potencial eléctrico recibe un nombre muy especial. La llamamos voltaje, y, en honor a Alessandro Volta, el inventor de la batería, la medimos en unidades de volts. El voltaje entre los puntos A y B es,

El voltaje absoluto Hasta ahora hemos escrito todas las ecuaciones en términos de la diferencia de potencial eléctrico. Podemos hablar de la diferencia de potencial entre aquí y allá. Pero ¿podemos elaborar un concepto de diferencia absoluta de potencial (un voltaje absoluto)? Sí, sí podemos, en un sentido. Una convención establecida es definir voltaje=0 en un punto infinitamente distante. Con esta convención, al establecer la posición inicial en rA = infinito, emerge el significado de voltaje absoluto. Entonces, el voltaje a una distancia r de una carga puntual es

El término 1/infinito es igual a cero. Definimos el voltaje absoluto en una posición como el trabajo externo necesario para mover una carga unitaria de prueba del infinito a alguna posición.

No hay ninguna magia aquí. Es tan solo una manera de hablar; significa lo mismo que decir que el voltaje en la posición x es la diferencia de potencial entre x e infinito. Esto funciona porque compartimos la suposición de que el punto de referencia para el voltaje cero está en infinito.

Referencias:

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