Descubre qué es la diferencia de potencial entre cargas eléctricas y cómo permite la carga de un material conductor. En física, se llama carga eléctrica a una propiedad de la materia que está presente en las partículas subatómicas. Se hace evidente por fuerzas de atracción o de repulsión entre ellas, a través de campos electromagnéticos.
La materia está compuesta por átomos, y es eléctricamente neutra. Es decir, no está cargada a menos que algún factor externo la cargue. Los átomos poseen la misma cantidad de partículas con carga eléctrica negativa (electrones) que de partículas con carga eléctrica positiva (protones).
Sin embargo, la materia puede cargarse eléctricamente. Es decir, puede ganar o perder carga. Y así, quedar cargada en forma negativa o positiva. La materia cargada genera un campo eléctrico, un campo de fuerzas eléctricas. La fuerza electromagnética es una de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza.
Qué es la diferencia de potencial entre cargas eléctricas
Para desplazar una carga q en un campo eléctrico desde el punto A al punto B será necesario, en general, efectuar un trabajo. Se define la diferencia de potencial V entre A y B como el trabajo realizado W dividido entre la carga q.
V = W/q
Donde:
W = trabajo en joules (J)
q = Carga en coulombs (C)
V = Diferencia de potencial en volts (V)
Cuando lo que interesa es la diferencia de potencial entre un punto fijo A y cualquier otro B, se habla simplemente de potencial del punto B. Al potencial del punto A puede dársele el valor cero. Puede calcularse muy fácilmente el potencial del punto r cuando el campo eléctrico se produce por una carga puntual Q ubicada en r = 0.
Al potencial del punto en el infinito se le asigna el valor cero. Entonces, el potencial del punto r será igual al trabajo que hay que efectuar sobre la carga unidad al desplazarla del infinito hasta la posición r:
En este caso, la diferencia de potencial VAB entre los puntos A y B, estará dada por
Esto es, la diferencia de potencial será igual al trabajo que se efectua sobre una carga unidad para trasladarla del punto A al punto B.
Qué es la energía potencial
El trabajo efectuado para trasladar la carga q desde el infinito hasta el punto A, estará dada por
Este trabajo es precisamente la energía potencial que se almacena en el sistema formado por las dos cargas Q y q separadas porla distancia rA.
Los puntos de igual potencial definen una superficie llamada superficie equipotencial. La superficie equipotencial que pasa por el punto P es normal al vector de intensidad eléctrica EP en ese punto.
En el caso del campo generado por una carga puntual, las superficies equipotenciales son esferas con centro en la carga. La superficie de un conductor cargado es también una superficie equipotencial.
Trabajo realizado al cargar un conductor
Imaginemos que al cargar un conductor se procede por etapas, en cada una de las cuales se agrega una pequeña carga Δq. Si el conductor se encuentra al potencial V, al llevar la carga Δq desde el infinito hasta la superficie del conductor se efectuará el trabajo
ΔW = VΔq
Como éste es el trabajo efectuado en cada etapa, el trabajo total que se efectuará hasta colocar en el condutor la carga Q, será igual a la suma de los trabajos efectuados en cada etapa. Matemáticamente, lo anterior se expresa como
W = ΣΔW = ΣΔq (*)
El símbolo Σ (sigma) indica que debe efectuarse una suma. Por otra parte, se encuentra experimentalmente que la carga q depositada sobre la superficie de un conductor es proporcional al potencial V de la superficie, esto es
q = CV (**)
La constante de proporcionalidad recibe el nombre de capacitancia o capacidad del conductor.
Si [q] = C y [V] = V, entonces [C] = coulomb/volt = farad = F, y C dependerá exclusivamente del tamaño y de la geometría del cuerpo, y del medio donde se encuentra.
Substituyendo el potencial dado en (**) en la expresión(*), se tendrá que:
donde Q y V representan la carga y el potencial finales del conductor.
¿Conocías qué es la diferencia de potencial entre cargas eléctricas?
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