CONOCE LA CURIOSA ENERGÍA POTENCIAL ELECTRICA

Gracias a la ley de Coulomb se puede calcular las fuerzas entre cargas estáticas, en estas cargas se establecen las fuerzas eléctricas y campos eléctricos que varían con el tiempo dando referencia a la energía potencial eléctrica, en este artículo se va a explicar todo respecto a este tipo de energía así como conceptos de las fuerzas involucradas, las cuales se encuentra relacionada con las cargas puntuales presentes en dicho campo y en un sistema en especifico.

¿Qué es la energía electromagnética?

Se le conoce como la cantidad de energía que se encuentra guardad o almacenada en una región del espacio, y se genera gracias a la existencia de un campo electromagnético, por lo que también se le atribuye bajo la presencia de un campo eléctrico y el campo magnético, y se caracteriza por tener dependencia al cuadrado de las intensidades del campo.

La energía electromagnética se propaga a través de un espacio con una forma de radiación, esto debido a una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, por lo que la presencia de dichos campos afecta notoriamente a la energía, de ahí proviene la energía potencial eléctrica y la energía cinética eléctrica.

Estas radiaciones cuentan con diferentes maneras de representación o de manifestación las cuales estamos en contacto día a día y se utilizan para aumentar la calidad de vida mediante equipos que utilizan estas radiaciones.

Pueden ser el calor radiado, luz visible, radiofrecuencia, rayos X o rayos gamma, también el sonido pero este último requiere de un medio para realizar su propagación.

¿Qué es la fuerza electromagnética?

Una fuerza se le conoce como cualquier interacción que cambia el movimiento de un objeto. Ahora la fuerza electromagnética es la encargada de toda interacción realizado por partículas con carga eléctrica entre sí, por lo que esta fuerza actúa sobre todas las partículas cargadas eléctricamente.

Se le conoce por tener una naturaleza atractiva o repulsiva y que cuenta con radio de interacción infinito. Se describen con las leyes de Maxwell, y como ya se explico es generada por la interaccione entre partículas que también se le conoce como fotón, estos fenómenos pueden ser como: La electricidad, El magnetismo, La interacción entre la luz y la materia, Las ondas electromagnéticas, La estructura interna de la materia a escala atómica y molecular.

La fuerza electromagnética genera trabajo que en términos del campo eléctrico se le conoce como una fuerza que actúa en una distancia.

La fuerza eléctrica y el campo eléctrico cuenta con una magnitud y una dirección, por ello se les conoce como cantidades vectoriales a diferencia que con el potencial eléctrico que es una cantidad escalar por ello solo tiene magnitud.

¿Qué es un campo?

Primero se debe conocer lo que es un campo, el cual se refiere como una región del espacio donde se puede observar diversas fuerzas que generan estos campos, las cuales son La gravedad, la electricidad y el magnetismo.

Para que un campo pueda realizar un viaje redondo, es decir, que un objeto realice un viaje en una trayectoria cerrada y que no genere trabajo neto en contra de la fuerza asociada al campo.

Si conoces Microsoft Office Word, sabes que es unos de los mejores programas de texto pero conoces cada una de sus herramientas que dispone, por eso te recomendamos ver Conoce los elementos y las partes de la ventana de word, donde se explica de una forma practica las funciones que dispone los comandos y menú que dispone esta plataforma de modo que puedas realizar tu documento de una forma mas fácil, sencilla y de mayor calidad

Tipos de campos

Ya se conoce que es un campo y se debe de tomar en consideración su relación con la energía potencial eléctrica (más adelante del artículo se explica la definición de esta energía). Existen 2 tipos de campos que son el campo gravitacional y el campo eléctrico, a continuación se explica las características de dichos campos.

El campo gravitacional

También se conoce como campo de gravedad o gravitatorio.
Es conservativo.
Igualmente es estacionario.
Se conoce como un fenómeno natural por el cual los cuerpos físicos se atraen con una fuerza proporcional a sus masas.
La interacción gravitatoria entre dos cuerpos puede expresarse mediante una fuerza central proporcional a las masas de los cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
Es una propiedad física comunicada al espacio por una masa M.
Una línea de fuerza tiene la característica de ser tangente en todos sus puntos a la dirección del campo en ese punto y su sentido será el mismo que tenga el campo.
Pueden representarse mediante líneas de fuerza.
Dispone de una velocidad de escape, que es la velocidad mínima con la que debe lanzarse un cuerpo para que escape de la atracción gravitatoria de la Tierra.
Están definidos en cada punto del espacio por una magnitud vectorial, el cual se les denominan como campos vectoriales.
Permiten explicar la acción a distancia de la gravedad.
Utiliza el principio de superposición.
Actúa de mediador entre los cuerpos.
Queda definido por dos magnitudes: la intensidad de campo y el potencial.
Perturbación que un cuerpo produce en el espacio que lo rodea por el hecho de tener materia.
En un punto de este campo tiene un potencial, teniendo relación con la energía potencial eléctrica.
Cuenta con una intensidad que depende de la altura en que se encuentre.
Un ejemplo es cuando se levanta un libro donde se realiza un trabajo sobre el libro, luego se devuelve su posición original, donde el libro hace trabajo sobre ti; por lo que la cantidad neta de trabajo es cero.
Ofrece una visión dinámica de la interacción gravitatoria y el potencial gravitatorio una visión desde un punto de vista energético.
El cuerpo genera un campo gravitatorio a su alrededor.
Los campos gravitatorios vienen determinados en cada posición por el valor de la intensidad y del potencial del campo.
Independiente del camino o trayectoria que se siga.

El campo eléctrico estacionario

Es conservativo.
No tiene importancia qué trayectoria realice un objeto cargado dentro del campo.
Si el objeto regresa al punto inicial, la cantidad neta de trabajo es cero.
Está en presencia de fuerzas electromagnéticas.
Depende únicamente de la carga fuente que es la carga creadora del campo.
Las líneas de fuerza salen de las cargas positivas y entran en las negativas.
Puede ser no uniforme (heterogéneo) o uniforme (homogéneo).
Una carga eléctrica puntual q (carga de prueba) sufre, en presencia de otra carga q1 (carga fuente).
El espacio que rodea a la carga fuente ha sufrido algún tipo de perturbación, ya que una carga de prueba situada en ese espacio sufrirá una fuerza.
La perturbación que crea en torno a ella la carga fuente se representa mediante un vector denominado campo eléctrico.
Tiene una dirección y sentido del vector campo eléctrico en un punto que vienen dados por la dirección y sentido de la fuerza que experimentaría una carga positiva colocada en ese punto.
Está cuantizada, debe ser un múltiplo entero de la unidad de carga fundamental, que es la carga del electrón
La carga eléctrica se conserva.
Son líneas continuas y sirven para hacer un análisis cualitativo del campo.
Dispone de una constante electrostática K.
Contiene un vector unitario que va desde la carga fuente hacia el punto donde se calcula el campo eléctrico
Es el medio que sirve de asiento a la interacción entre los cuerpos electrizados.
Las fuerzas entre cargas son inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia que las separa.
En el Sistema Internacional se mide en N/C o V/m..
Depende de la distancia desde la carga fuente al punto P.
El trabajo realizado por ellas a lo largo de una trayectoria cerrada es nulo.
Al contar de una distribución continua de carga el campo creado se calcula sumando el campo creado por cada elemento diferencial de carga.
Utiliza la Ley de Gauss para hallar el campo creado por distribuciones continuas de carga.
El número de líneas de fuerza que entran o salen es proporcional al valor de la caga.
Puede representarse gráficamente mediante las líneas de fuerza creadas por Faraday.
Las líneas nunca se cortan.
En el caso donde la carga de prueba es positiva, la fuerza que sufre será paralela al campo eléctrico en ese punto.
Si la carga de prueba es negativa la fuerza será opuesta al campo, independientemente del signo de la carga fuente.
También puede ser representado gráficamente mediante la vector intensidad del campo electrostático.
Las fuerzas de igual signo se repelen y de signos contrarios se atraen.
El campo total en un punto es la suma vectorial de los campos eléctricos creados en ese mismo punto por cada una de las cargas fuente.
Su sentido se determina por el de la fuerza que ejercería esta carga sobre otra de prueba, colocada en el punto.
Relacionado con la energía potencial eléctrica definida como una magnitud cuya disminución es igual al trabajo conservativo.
El campo eléctrico de partículas cargadas en reposo no cambia con el tiempo y se denomina campo electrostático.
La densidad de líneas es proporcional al módulo del campo eléctrico.

Líneas de campo

Se conoce como líneas de campos como líneas imaginarias que dan una guía o una ayuda para visualizar la variación de la dirección que posea el campo eléctrico con el transcurso de un punto a otro en un espacio determinado.

Estas líneas se caracterizan por que indican las trayectorias que pueden seguir la unidad de carga positiva si se la abandona libremente, por lo que las líneas de campo salen de las cargas positivas y llegan a las cargas negativas

Si quieres conocer todo sobre las herramientas manuales y el porque son empleadas, entonces se recomienda ver Descubre la evolución de las herramientas manuales donde se explica la existencia de distintos tipos de herramientas que presentan un funcionamiento diferente y como se puede llevar a cabo el uso de la correcta, y la explicación de cada una de sus funciones

Características de las líneas de campo

El campo eléctrico como se señaló anteriormente, el campo eléctrico está compuesto por líneas que se conocen como líneas de campo las cuales disponen de ciertas características que se muestran a continuación

Fue introducido por Michael Faraday (1791-1867).
Ayudan a visualizar cómo va variando la dirección del campo eléctrico al pasar de un punto a otro del espacio.
Indican las trayectorias que seguiría la unidad de carga positiva.
El campo eléctrico será un vector tangente a la línea en cualquier punto considerado.
La densidad de líneas de campo en un punto es proporcional al valor del campo eléctrico en dicho punto.
Dispone de un vector campo eléctrico es tangente a las líneas de campo en cada punto.
Salen siempre de las cargas positivas o del infinito.
Las líneas de campo eléctrico son abiertas.
Terminan en el infinito o en las cargas negativas.
El número de líneas que salen de una carga positiva o entran en una carga negativa es proporcional a dicha carga.
Las líneas de campo no pueden cortarse.
Si se llegan a cortas las líneas de campo en el punto de corte existirían dos vectores campo eléctrico distintos.
Guarda una relación directa con la energía potencial eléctrica debido a los campos que se genera con el trabajo producido por la energía.
A grandes distancias de un sistema de cargas, las líneas están igualmente espaciadas y son radiales.
Se comportan en un sistema como una carga puntual.

¿Qué es una carga puntual?

Se conoce como una carga puntual como una carga eléctrica, la cual debe ser hipotética y con una magnitud finita, por lo que su cuerpo es pequeño tamaño y con una distancia mayor.

Esta suposición que se realiza es para tener la posibilidad de resolver los problemas de electrostática de modo que se pueda disminuir los problemas al momento de entrar en el área de distribución de cargas que sin esta suposición es un tema muy complejo.

Como se acaba de explicar, se dice que la carga puntual no cuenta con un volumen, con una superficie, con una longitud y tampoco cuenta con una densidad ya que es un punto de suposición hecha por los investigadores para despreciar las dimensiones en la que se puede encontrar dicha carga. Éste es el caso del electrón él cuenta dispone de un radio extremadamente diminuto.

Características de las cargas puntuales

Las cargas puntuales son muy importantes en la energía potencial eléctrica pues gracias a la suposición que se realiza se desprecia muchos factores que facilitan los cálculos de la energía, por ello a continuación se muestran las principales características de las cargas puntuales

Generalmente su notación viene dada por “qi”.
Está contenida en un punto geométrico carente de toda dimensión.
Resulta muy práctica al resolver problemas de electrostática.
Los efectos derivados de una distribución de cargas en un espacio finito se anulan y el problema se simplifica enormemente.
Una carga puntual de magnitud finita es infinita.
Posee una forma esférica.
Dispone de una carga eléctrica.

Ley de Coulomb

Es una ley que fue deducida por Charles Augustin de Coulomb, que se encargó de medir de una forma cuantitativa la atracción y repulsión eléctricas, por lo que se puede decir que esta ley es la magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas donde existe la interacción entre las dos cargas puntuales que se encuentran en un estado de reposo, debido a la suposición para facilitar la complejidad del tema.

También se caracteriza por ser directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Gracias a esta Ley se puede hablar de la energía potencial eléctrica la cual se basa en esta ley.

Limitaciones de la ley de Coulomb

La expresión matemática solo es aplicable a cargas puntuales estacionarias.
Para los casos estáticos más complicados de carga necesita ser generalizada mediante el potencial eléctrico.
Se debe remplazar el potencial de Coulomb cuando las cargas eléctricas están en movimiento.
La fuerza electrostática efectiva debe ser corregida por factores cuánticos.
Para campos muy intensos puede ocurrir el fenómeno de la creación espontánea de pares de partícula-antipartícula.
También debe remplazar el potencial de Coulomb por otro potencial cuando se esté presente partículas cercanas a la velocidad de la luz.

¿Qué es la Energía Potencial Eléctrica?

Finalmente se puede explicar lo que consiste la energía potencial eléctrica gracias a los anteriores conceptos, por lo que se puede decir que es un tipo de energía producida gracias a la fuerza de Coulomb y está siempre presente en cualquier carga eléctrica que se encuentre en el interior de un campo eléctrico.

Se encarga de describir la energía potencial en sistemas con campos eléctricos que varían con el tiempo y es medida en Joule en el Sistema internacional.

Característica de la Energía Potencial Eléctrica

La energía potencial eléctrica es un concepto de mucha utilidad, ya que sirve para encargarse de facilitar muchos problemas, que sin estas consideraciones se vuelven con un alto nivel de complejidad, es por ello que hay que tomar en cuenta la gran importancia que proporciona esta energía y se debe conocer sus características que se muestran a continuación:

Es una clase de energía potencial.
Se encuentra presente en un punto del espacio donde existe un campo eléctrico.
Conocida como el trabajo que se debe realizar para mover la carga eléctrica desde el infinito hasta el punto de observación.
Generalmente se estudia cuando se tiene un sistema de dos cargas puntuales.
Se define con el símbolo “U”.
Tiene la dependencia de la magnitud de la carga.
Dispone de una constante electrostática.
Se encuentra bajo la Ley de Coulomb.
Existe si hay un objeto cargado en esa posición.
Cantidad de energía que es capaz de entregar.
Para el caso en que se tenga más de dos cargas, se aplica el principio de superposición.
También depende de la distancia de separación entre las cargas.
Al acercar o al separar las cargas del sistema se genera una variación o incremento de energía potencial eléctrica.
Cuenta con un potencial eléctrico en un determinado punto P es igual a la energía potencial eléctrica por unidad de carga.
El potencial eléctrico es el mismo en todos los puntos que se encuentran a la misma distancia de una carga puntual.
Suele tomar en el estado en que las cargas puntuales están muy separadas.
Para una carga puntual en presencia de un campo eléctrico producido por otra carga puntual la energía potencial electrostática se define como el negativo del trabajo hecho por la fuerza electrostática.
Está vinculada a la configuración particular de un conglomerado de cargas puntuales en un sistema definido.
Calcula la capacidad que tiene un sistema eléctrico para efectuar una tarea en función exclusivamente de su posición o configuración.
Es una especie de energía almacenada en el sistema.
Resultado del conjunto de cargas.
La energía potencial eléctrica que posee una carga puntual q1 en presencia de otra carga puntual q2 se encuentran separadas cierta distancia.
Puede ser positiva si las cargas contienen el mismo signo o negativa si son de signos diferentes.
El trabajo que realiza la fuerza externa al alejarlas, provoca que las cargas adquieran energía potencial.
La fuerza eléctrica se encarga de acercarlas realizando un trabajo que consumirá parte o toda la energía potencial que contienen.
Se utiliza para calcular la energía potencial en sistemas con campos eléctricos que cambian con el tiempo.
Es una magnitud escalar.
La elección de potencial igual a cero en el infinito es arbitraria.
Si la energía potencial eléctrica es positivo, entonces, la energía potencial eléctrica es inversamente proporcional a la distancia d.
El comportamiento de las cargas en un campo eléctrico se parece al comportamiento de las masa en un campo gravitacional, por lo que la energía potencial eléctrica se parece a la energía potencial gravitacional.
Los objetos tienen energía potencial debido a sus posiciones.
Si la energía potencial eléctrica es negativa, entonces, la energía potencial eléctrica es directamente proporcional a la distancia d.
Puede estar representada como la diferencia de la energía potencial eléctrica que del mismo modo se mide en Joule.
La diferencia de potencial eléctrico tiene unidades de joules/coulomb.
Es una propiedad de un objeto cargado, por virtud de su posición dentro de un campo eléctrico.

Diferencia de Potencial (Voltaje)

El potencial es el voltaje que depende de la energía potencial eléctrica empleada para realizar el trabajo en las cargas puntuales. La diferencia de potencial son dos puntos de potenciales que se restan para obtener el valor deseado. Se puede decir que hay un potencial eléctrico en todos lados del espacio alrededor.

Suele trabajar en un sistema de dos cargas para disminuir la dificultad de los problemas, el símbolo del potencial es “V” y para la diferencia de potencial “V2-V1”. También se conoce como el cambio en la energía potencial que experimenta una carga de prueba.

Es el trabajo externo necesario para mover una carga de una posición a otra dentro de un campo eléctrico. Para determinar el trabajo necesario para mover un objeto de una posición a otra con el siguiente procedimiento:

Se debe restar el potencial inicial del potencial final para obtener la diferencia.
Luego se debe multiplicar la diferencia de potencial por la carga real del objeto en cuestión.
De ese modo se obtiene el trabajo que se necesita para mover el objeto y liberar la energía potencial almacenada.

Capacitancia y Capacitor

Estos conceptos están muy relacionados con la energía potencial eléctrica, por eso se deben de tomar en cuenta para resolver los problemas referentes a este tema:

Capacitancia

Se conoce como la capacidad que tiene un dispositivo para almacenar carga eléctrica.
Normalmente es un conductor.
Se define como la carga entre el potencial aplicado en el sistema.
Esta medida en farad= coulomb/volt.
Su símbolo es “F”.
Está relacionado con el potencial eléctrico al que se encuentra el conductor.
El farad o faradio es la unidad del S. I.
Depende de la carga eléctrica del conductor.

Capacitador

Es también llamado condensador.
Consiste en un dispositivo utilizado para almacenar carga eléctrica.
Se encuentra formado, básicamente, por dos conductores cercanos entre sí, que tienen cargas iguales, pero de signo contrario.
Medida en farad (F).
El caso más sencillo, que es el capacitor de placas planas paralelas idénticas.
Para cualquier capacitor, se define su capacitancia la carga eléctrica que se encuentra en Coulomb C entre el potencial eléctrico que se encuentra medida en Volt V.

Energía Potencial Eléctrica y Potencial Eléctrico

Viendo cuan relacionado esta la energía potencial eléctrica con el potencial eléctrico, a continuación se muestra un vídeo donde se explica cómo se aplican teniendo presente las cargas puntuales para facilitar los cálculos de modo que se pueda entender mejor este tema.

(Visited 559 times, 1 visits today)

Conoce la curiosa energía potencial eléctrica