8. Potencial

Existe una propiedad física que nos permite predecir la energía potencial de una carga causada por otra carga situada en cualquier punto. Esta propiedad del espacio que rodea una carga se conoce como potencial y se define como sigue:

El potencial eléctrico V en cualquier punto de un campo eléctrico es igual a trabajo T que se necesita realizar para transportar la unidad de carga positiva q desde el potencial cero hasta el punto considerado.

Con base en las definiciones anteriores y considerando que la energía potencial es igual al trabajo; el potencial eléctrico V se expresa matemáticamente por:

V=Ep/q

Donde:

V = potencial eléctrico expresado en Volts

Ep = energía potencial expresada en joules

Q = carga expresada en coulombs (C)

Se tiene potencial de 1 Volt cuando una carga de 1 Coulomb posee una energía potencial de 1 Joule:

1 V= 1J/C

Resulta de mucha utilidad también calcular el potencial eléctrico directamente sin tener que recurrir a la energía potencial. A continuación, se deduce la formula para calcular el potencial de esta manera.

Según lo estudiado, la intensidad del campo eléctrico (E) producida por una carga (Q) sobre una carga de prueba (q) se calcula mediante: E= F/q

Al despejar F de esta ecuación obtenemos:

F= Eq

Sabemos que la energía potencial (Ep) es igual al trabajo (T) y este, a su vez, se expresa por: 

Ep = T = Fd

Si sustituimos el valor de F (Eq) en la ecuación anterior, obtenemos:

Ep=Eqd  de aquí se deduce que Ep/q= Ed

Como Ep/q = potencial, éste puede quedar enunciado también por:

V=Ed

Recordemos que el valor de la intensidad del campo eléctrico debido a la carga Q esta dado por:

Si sustituimos el valor de E en la ecuación de potencial (V=Ed), tenemos:

Puesto que d y r se refieren a la distancia de un punto en un campo eléctrico, la expresión anterior queda como:

Esta ecuación nos permite calcular el potencial eléctrico de una carga.

Donde:

V = potencial eléctrico en volts

k = 9x10⁹ Nm²/C²

Q = carga eléctrica en coulombs

R = distancia en metros

Es importante tener presente que, cuando una carga es positiva, su potencial eléctrico es positivo y, si la carga es negativa, su potencial también lo es.

El potencial eléctrico V de una carga q es el mismo en todos los puntos que se encuentran a la misma distancia de su centro.

Cuando una carga se desplaza en una línea equipotencial no realiza trabajo y los valores del potencial eléctrico son iguales. No todas las líneas equipotenciales son concéntricas. Las formas de estas depende de la forma del conductor o cuerpo cargado eléctricamente.