Fundamentos de Energía Potencial Eléctrica y Campos Conservativos

Trabajo y Energía en el Campo Eléctrico

Campo Conservativo y Energía Potencial

Dado que el campo eléctrico es un campo conservativo, es posible asociarle una energía potencial eléctrica. Bajo esta condición, se cumple el principio de conservación de la energía mecánica:

E_m = E_c + E_p = constante

Definición de Energía Potencial Eléctrica

Se define la energía potencial eléctrica de una carga q en un punto P (situado a una distancia r) del campo eléctrico, como el trabajo con signo negativo realizado por las fuerzas del campo eléctrico cuando la carga se desplaza desde el infinito hasta dicho punto P:

E_p = K · (Q · q) / r

• La energía potencial es positiva si las cargas son del mismo signo.
• La energía potencial es negativa si las cargas son de signo contrario.
• Se toma como valor de referencia una energía potencial de 0 en el infinito.

Variación de la Energía Potencial

La variación de energía potencial eléctrica de una carga q entre un punto A y un punto B se define como el trabajo, con signo negativo, realizado por la fuerza del campo eléctrico al trasladar dicha carga desde el punto A hasta el punto B.

Interpretación del Trabajo

La variación de energía potencial puede ser positiva o negativa, dependiendo del signo de las cargas y de la distancia relativa (si r_b < r_a o r_b > r_a):

• Trabajo positivo: Realizado por las fuerzas del campo. La carga q se desplaza por acción de las fuerzas eléctricas a costa de una disminución de la energía potencial. Esto ocurre cuando se acercan dos cargas de distinto signo o cuando se separan dos cargas del mismo signo.
• Trabajo negativo: Realizado por una fuerza exterior contraria a las fuerzas del campo. La carga q se desplaza por acción de una fuerza externa, aumentando su energía potencial. Esto ocurre cuando se separan dos cargas de distinto signo o cuando se acercan dos cargas del mismo signo.

Energía Potencial de un Sistema de Cargas

Se define la energía potencial de un sistema de cargas fijas como el trabajo que debe realizar un agente exterior contra el campo para formar dicho sistema, trasladando cada carga desde una distancia infinita hasta la posición final que ocupa. En esencia, es el trabajo necesario para configurar una distribución de cargas específica.