En este post se explica qué es el potencial eléctrico en física. Además, podrás ver cómo calcular el potencial eléctrico, ya sea creado por una única carga o por varias cargas, junto con un ejemplo resuelto.
Índice
¿Qué es el potencial eléctrico?
El potencial eléctrico en un punto se define como el trabajo que se debe hacer para mover una carga eléctrica de 1 C desde el punto en el que se crea el campo eléctrico hasta el punto considerado.
El símbolo del potencial eléctrico es la letra V y su unidad en el Sistema Internacional es el voltio (V).
En términos simples, podríamos decir que el potencial eléctrico es el campo escalar asociado al campo eléctrico, entonces, el potencial eléctrico es la energía o trabajo que realiza el campo eléctrico por unidad de carga.
Todos los puntos de un campo eléctrico que tienen un mismo potencial eléctrico forman lo que se denomina una superficie equipotencial.
Potencial eléctrico creado por una carga puntual
El potencial eléctrico creado por una carga puntual es igual a la constante de Coulomb por la carga que crea el campo eléctrico dividido por la distancia entre dicha carga y el punto en el que se calcula el potencial.
Por lo tanto, la fórmula para calcular el potencial eléctrico es V=K·q/r.
Donde:
es el potencial eléctrico.
es la constante de Coulomb, cuyo valor en el vacío es aproximadamente 9·109 N·m2/C2.
es la carga eléctrica que crea el campo.
es la distancia entre la carga que genera el campo y el punto en el que se mide el potencial eléctrico.
Potencial eléctrico creado por varias cargas puntuales
Cuando tenemos un sistema formado por varias cargas puntuales, cada una genera un campo eléctrico. Así pues, en este apartado veremos cómo se calcula el potencial eléctrico resultante de todas las cargas del sistema.
El campo eléctrico cumple con el principio de superposición, por lo tanto, el potencial eléctrico de un sistema formado por varias cargas puntuales es igual a la suma del campo eléctrico generado por cada carga.
O equivalentemente:
De modo que para hallar el valor total del potencial eléctrico en un punto simplemente tenemos que sumar todos los potenciales eléctricos generados en ese punto.
Potencial eléctrico y energía potencial eléctrica
La energía potencial eléctrica de una carga situada en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para trasladar dicha carga desde el infinito hasta ese punto venciendo a la fuerza del campo eléctrico.
Así pues, el potencial eléctrico y la energía potencial eléctrica están relacionados. En concreto, el potencial eléctrico en un punto es equivalente a la energía potencial eléctrica que adquiere una carga en ese punto partido por la carga eléctrica colocada en dicho punto.
Donde:
- es el potencial eléctrico.
es la energía potencial eléctrica.
es la carga situada en el punto en el que se calcula el potencial eléctrico y que por tanto recibe el efecto del campo eléctrico.
Ejercicio resuelto del potencial eléctrico
- Tenemos un sistema formado por tres cargas eléctricas q1=4 μC, q2=-3 μC y q3=9 μC. Calcula el potencial eléctrico en un punto que se encuentra a una distancia de las cargas de 0,5 m, 0,3 m y 0,6 m respectivamente y la energía potencial eléctrica que adquiriría una carga qz=2 μC si se situase en ese punto.
En primer lugar, tenemos que calcular el potencial eléctrico que genera cada carga en el punto indicado.
Ahora simplemente tenemos que sumar todos los potenciales eléctricos calculados para hallar el potencial eléctrico total en el punto en cuestión:
![\begin{aligned}V_T&=V_1+V_2+V_3\\[2ex]V_T&=72000-90000+135000\\[2ex]V_T&=117000 \ V\end{aligned}](https://www.ingenierizando.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-fa0a3d9d133f853fbf5981dabb2e1123_l3.svg "Rendered by QuickLaTeX.com")
Por último, solo nos queda determinar la energía potencial eléctrica aplicando su fórmula correspondiente:
![\begin{aligned}E_p&=V_T\cdot q_z\\[2ex]E_p&=117000\cdot 2\cdot 10^{-6}\\[2ex]E_p&=0,234 \ J\end{aligned}](https://www.ingenierizando.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-75bae2d1567c8e38e5feae95b5b2dee5_l3.svg "Rendered by QuickLaTeX.com")
Diferencia de potencial eléctrico
Cuando dos puntos poseen un potencial eléctrico distinto, existe una diferencia de potencial entre ellos. Esta diferencia de potencial se puede calcular lógicamente restando los valores de los potenciales en los dos puntos, no obstante, también se puede calcular a partir del trabajo eléctrico.
La diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos es igual a menos el trabajo realizado por el campo eléctrico para trasladar una carga entre esos dos puntos dividido por el valor de dicha carga eléctrica.
Donde:
es la diferencia de potencial entre los puntos A y B.
es el potencial eléctrico en el punto A.
es el potencial eléctrico en el punto B.
es el trabajo eléctrico.- es la carga eléctrica.
Potencial eléctrico y campo eléctrico
El potencial eléctrico y el campo eléctrico son dos conceptos fundamentales de electrostática que debes dominar, así que en este apartado veremos la relación entre ellos.
Un campo eléctrico es un campo físico creado por una carga eléctrica y que ejerce fuerzas a otras cargas eléctricas. En concreto, el campo eléctrico indica la fuerza que actuaría en una carga de 1 C debido a la interacción eléctrica entre la carga que crea el campo y la carga que recibe el efecto del campo.
La relación matemática entre el potencial eléctrico y el campo eléctrico es la siguiente:
Ten en cuenta que el campo eléctrico es un campo vectorial, a diferencia del potencial eléctrico que es un campo escalar. Por lo tanto, no solo es importante la intensidad del campo eléctrico, sino también su dirección y su sentido.
