Potencial Electrico

Potencial eléctrico

Existe analogía entre la energía potencial eléctrica y la energía gravitacional de un cuerpo. Cuando un cuerpo se eleva a una cierta altura h sobre el nivel del suelo, su energía potencial es positiva, pues al regresar a este será capaz de realizar un trabajo equivalente a su energía potencial.

T=EP=mgh

Si un cuerpo se encuentra a una distancia h bajo el nivel del suelo, su energía potencial será negativa, porque al bajar a ese punto cede energía y para subirlo se debe realizar un trabajo negativo cuyo valor será igual a:

-T=-EP=-mgh

En general cuando un cuerpo se encuentra dentro del campo gravitatorio terrestre tiene una energía potencial gravitatoria. Análogamente, una carga eléctrica situada dentro de un campo eléctrico tendrá una energía potencial eléctrica, pues la fuerza que ejerce el campo es capaz de realizar un trabajo al mover la carga.

Toda carga eléctrica, positiva o negativa, tiene una energía potencial eléctrica debido a su capacidad para realizar trabajo sobre otras cargas.

Formulas

 

V = Potencial eléctrico en el punto considerado medido en volts (V)

T = Trabajo realizado en Joules (J)

q = Carga trasportada en coulombs (C)

V = Potencial eléctrico en volts (V)

Ep = Energía potencial en Joules (J)

q = carga eléctrica en coulombs (C)

Ep = Energía potencial en Joules (J)

K = 9 x 109 Nm2 / C2

Q y q = valor de las cargas eléctricas en coulombs (C)

VAB = diferencia de potencial entre los puntos A y B determinada en volts (V)

TAB = Trabajo sobre una carga de prueba q que se desplaza de A a B calculado en Joules (J)

q = carga de prueba desplazada de A a B medida en coulombs (C)

V = diferencia de potencial entre dos puntos cualquiera en un campo uniforme en volts (V)

E = magnitud de la intensidad del campo eléctrico medida en V/m

d = distancia entre los puntos, medida en la misma dirección del vector campo eléctrico en metros (m)

Ejemplos

1.- Para trasportar una carga de 5MC desde el suelo hasta la superficie de una esfera cargada se realiza un trabajo de 60X10-6J. ¿Cuál es el potencial eléctrico de la esfera?

Solución

Datos

q= 5x10-6C

T= 60x10-6J

V=?

Sustitución y resultado

2.- determine la carga trasportada desde un punto a otro al realizarse un trabajo de 10x10-4J. Si la diferencia de potencial es 2x102V

Solución

Datos

q=?

T= 10x10-4J

V= 2x102V

Sustitución y resultado

3.- Una carga de 7uC se coloca en un determinado punto de un campo eléctrico y adquiere una energía potencial de 61x10-6J ¿Cuál es el potencial eléctrico en ese punto?

Solución

Datos

q= 7x10-6C

Ep= 63x10-6J

V=?

Sustitución y resultado

4.- Determina el potencial eléctrico a una distancia de 10cm de una carga puntual de 8 nC

Solución

Datos

V=?

r=10cm=0.1m

q= 8x10-9C

K= 9x109 Nm2/C2

Sustitución y resultado

Experimento

Objetivo

El objetivo de este experimento es determinar las líneas (o superficies) equipotenciales, es decir, el lugar geométrico donde el potencial eléctrico es constante.

Estos potenciales son creados en este caso conectando electrodos sumergidos en un medio poco conductor (líquido) a una fuente de baja tensión. Los potenciales se miden con un voltímetro. Finalmente, se propone comparar los resultados experimentales de la distribución de potencial con la que resulta al resolver la ecuación de Laplace con un método numérico usando una planilla de cálculo.

Experimento

El dispositivo experimental se muestra esquemáticamente en la Figura 2. Consiste en una bandeja rectangular, de vidrio transparente, que contiene agua como material conductor (de baja conductividad eléctrica). Debajo de la bandeja se coloca un papel milimetrado que permite conocer las coordenadas de cada punto. También se requiere tener dos electrodos metálicos conectados a una fuente de tensión. La tensión la suministra una fuente de 4 a 12 V. Es conveniente usar una tensión alterna para evitar la polarización de los electrodos, debido a los efectos de electrólisis. Puede usarse como fuente, por ejemplo, la salida (secundario) de un transformador de 5 a 12 V, que es muy accesible en negocios de electrónica. Nota: Asegúrese que se trata de un transformador y no de un auto-transformador o variac. Estos últimos pueden producir shock eléctrico.

Se puede diferenciar fácilmente el transformador de los otros dispositivos observando si el primario del mismo está aislado del secundario.

Se colocan electrodos de distintas geometrías y para cada uno de estas configuraciones se determinan las líneas equipotenciales. Para ello, se buscan las coordenadas cartesianas sobre las cuales el potencial, medido con el voltímetro, es constante. La bandeja de vidrio se llena con aproximadamente 1 cm de agua común o destilada.

Análisis semi-cuantitativo

Ø Mida por lo menos 6 a 8 puntos para cada equipotencial, con separaciones de aproximadamente 1 cm. Luego, en un papel milimetrado, marque estos puntos y únalos con líneas continuas. Estas son las líneas equipotenciales correspondientes a la geometría de electrodos escogida. Para cada configuración, determine al menos 10 líneas equipotenciales, tratando que alguna de ellas esté cerca de cada electrodo y algunas en las zonas centrales

Ø Determine las líneas equipotenciales y las líneas de campo para por lo menos dos configuraciones de electrodos. En cada caso discuta las zonas donde el campo es mayor.

Ø Para una de las configuraciones usadas (preferentemente la de placas paralelas, ver Figura 2) coloque un aislador entre los electrodos y determine la líneas equipotenciales. En particular estudie las líneas equipotenciales al rededor del aislador. ¿Cómo son las líneas de campo y el campo mismo sobre la superficie de aislador? ¿Cómo puede explicar lo que observa en este caso?

Ø Para la misma configuración anterior, coloque un conductor entre los electrodos y determine las líneas equipotenciales. En particular estudie las líneas equipotenciales alrededor del conductor. ¿Cómo son las líneas de campo y el campo mismo sobre la superficie de conductor?

La bandeja contiene el agua, A es el electrodo positivo, B el negativo, C es un punto de referencia (fijo) a partir del cual se miden los potenciales, el cual puede coincidir o no con A o B. El punto P de coordenadas (x,y) donde se mide el potencial V(x,y). Nota: Antes de conectar la fuente, pida que un docente revise su circuito y lo autorice a conectar la misma.

La bandeja de agua contiene además de los electrodos A y B una muestra de un conductor o aislador entre las placas.

Bibliografia:

1.- Fuente: Libro Física General
2.- http://qdquasar.blogspot.mx/2011/06/experimento-potenciales-y-campos.html