Conceptos Fundamentales de Potencial y Energía en Campos Electrostáticos

Energía Potencial en un Campo Electrostático

Interacción entre Cargas del Mismo Signo

• Al aproximarse: Si la carga q se acerca al cuerpo que crea el campo, el trabajo realizado por las fuerzas del campo es negativo (se requiere una fuerza exterior para la aproximación), por lo que el cuerpo gana energía potencial.

Interacción entre Cargas de Signo Contrario

• Al alejarse: Si la carga q se aleja del cuerpo que crea el campo, el trabajo realizado por las fuerzas del campo es negativo (se requiere una fuerza exterior para que ambas cargas se aproximen), por lo que el cuerpo gana energía potencial.
• Al aproximarse: Si la carga q se acerca al cuerpo que crea el campo, el trabajo realizado por las fuerzas del campo es positivo, por lo que el cuerpo pierde energía potencial.

Potencial Eléctrico en un Punto

El potencial en un punto (V) se define como la energía potencial por unidad de carga positiva en ese punto. Es una magnitud escalar y se mide en voltios (V o J/C).

El potencial en el infinito (fuera del campo) es cero. En cualquier otro punto del campo, el potencial tendrá el signo de la carga que lo crea.

Signo del Potencial según la Carga Fuente

• Si la carga que crea el campo es positiva: El potencial en cualquier punto es positivo. Esto implica que se deberá realizar un trabajo en contra de las fuerzas del campo para mover una carga positiva hacia ese punto.
• Si la carga que crea el campo es negativa: El potencial en cualquier punto es negativo. En este caso, las fuerzas del campo son las que realizan el trabajo para atraer la unidad de carga positiva.

En esencia, el potencial eléctrico en un punto es el trabajo necesario para traer una unidad de carga positiva desde el infinito (donde el potencial es 0) hasta ese punto.

Potencial Eléctrico debido a una Distribución de Cargas Puntuales

Principio de Superposición

Según el Principio de Superposición, si en una determinada región del espacio se experimenta el efecto de varias cargas puntuales (Q₁, Q₂, Q₃, ...), el potencial eléctrico total en un punto es la suma algebraica de los potenciales que cada una de esas cargas crearía individualmente en esa misma región del espacio.

Matemáticamente, se expresa como:

V_T = V₁ + V₂ + V₃ + ... (magnitud escalar)

Diferencia de Potencial Eléctrico

La diferencia de potencial (ΔV = V_f - V_i) es la relación entre el potencial eléctrico en dos puntos de un campo electrostático. Es igual y de signo contrario al trabajo realizado por las fuerzas del campo para trasladar una unidad de carga positiva entre esos puntos.

Comportamiento de la Diferencia de Potencial según la Carga Fuente

Si la carga que crea el campo es positiva:

• Al aproximarse al cuerpo que crea el campo: El potencial aumenta. El trabajo realizado por las fuerzas del campo sobre la unidad de carga positiva es negativo, ya que se requiere una fuerza exterior para este desplazamiento.
• Al alejarse del cuerpo que crea el campo: El potencial disminuye. El trabajo realizado por las fuerzas del campo sobre la unidad de carga positiva es positivo, lo que provoca el desplazamiento de forma espontánea.

Si la carga que crea el campo es negativa:

• Al aproximarse al cuerpo que crea el campo: El potencial disminuye. El trabajo realizado por las fuerzas del campo sobre la unidad de carga positiva es positivo, lo que provoca el desplazamiento de forma espontánea.
• Al alejarse del cuerpo que crea el campo: El potencial aumenta. El trabajo realizado por las fuerzas del campo sobre la unidad de carga positiva es negativo, ya que se requiere una fuerza exterior para este desplazamiento.