7. Energía potencial eléctrica

Una manera sencilla de comprender el tema de potencial eléctrico es estudiar primero la energía potencial eléctrica y comparada con la energía potencial gravitacional. Recuerda que un cuerpo posee esta ultima en virtud de su posición; esto es, cuando un cuerpo se encuentra determinada altura (h) respecto de un nivel de referencia, tienen cierta energía potencial (Ep) que es igual al producto de la masa (m), la gravedad (g) y la altura (h): Ep = mgh

Antes de continuar con este tema, debes tener presente dos principios fundamentales:

1.- La intensidad de un campo eléctrico (E) producido por una carga (q) es el cociente entre la fuerza y la carga.

E= F/q

2.- el trabajo realizado por un agente que ejerce una fuerza constante se obtiene del producto de la componente de la fuerza (F) a lo largo de la dirección del desplazamiento por la magnitud del desplazamiento (d).

Cuando la dirección de la fuerza y el desplazamiento son iguales, el trabajo se obtiene mediante:

T=Fd

Despejando F de la ecuación 1 y sustituyéndola en la 2, se obiene:

T=Eqd

Sin embargo, es preciso señalar un diferencia importante entre la energía potencial gravitacioal y la energía potencial eléctrica. En el caso de la primera, solo hay un tipo de masa (no hay una masa positiva o negativa) y las fuerzas implicadas son siempre de atracción. Esto no se cumple en el caso de la energía potencial eléctrica debido a la existencia de la carga negativa.

No obstante si la carga es obligada a moverse una distancia (d) en contra del campo eléctrico (E) el trabajo es negativo; en caso contrario, si la carga se mueve en el mismo sentido del campo eléctrico, el trabajo es positivo.

En algunos casos, cuando se tienen dos cargas, la energía potencial puede calcularse si sustituimos en la ecuación T=Eqd el valor del campo eléctrico E=kQ/(r₁)² e igualamos, como ya se explico, el trabajo (T) a la energía potencial (Ep), tal como se presenta a continuación:

Ambos términos, r y d, representan la distancia, por tanto r=d y podemos simplificar:

Igualando el trabajo (T) a la energía potencial (Ep) se tiene:

Esta ecuación nos permite determinar el valor de la energía potencial ocasionada por una carga q colocada a dterminada distancia de otra carga Q.

Donde:

Ep = energía potencial

k = 9.0x10⁹ NM²/C²

Q q = cargas