Potencial Electroestático: Conceptos Clave y Conservación de Energía

Potencial Electroestático

Cuando una carga q' se sitúa en un punto dentro de un campo electroestático, esta adquiere una cierta energía potencial (E_p). El potencial electroestático (V) se define como la energía potencial adquirida por la carga dividida por el valor de dicha carga.

Cálculo del Potencial Electroestático

El potencial electroestático en un punto es numéricamente igual al trabajo que debe realizarse contra el campo eléctrico para transportar la unidad de carga (1 C) desde el infinito hasta el punto considerado, manteniendo un movimiento rectilíneo uniforme (MRU). Se calcula de la siguiente manera:

V = E_p / q'

Superficies Equipotenciales

El trabajo realizado por la fuerza eléctrica al mover una carga entre dos puntos de una superficie equipotencial es nulo. Una superficie equipotencial es el lugar geométrico de los puntos del campo que poseen el mismo potencial electroestático.

Propiedades de las Superficies Equipotenciales

1. El trabajo realizado por la fuerza electrostática al mover una carga entre dos puntos de una superficie equipotencial es cero (W_a→b = 0; V_a = V_b).
2. Las superficies equipotenciales son perpendiculares a las líneas de fuerza del campo.

Como consecuencia, las líneas de fuerza de un campo eléctrico uniforme son planos paralelos. Un campo eléctrico es uniforme si la intensidad del campo (E) es constante en todos los puntos.

Las superficies equipotenciales asociadas al campo creado por una carga puntual son esferas concéntricas, con la carga puntual ubicada en el centro.

Conservación de la Energía Mecánica

El trabajo realizado por el campo eléctrico al mover una carga de una posición A a una posición B es igual a la variación de la energía potencial cambiada de signo. Esto se debe a que la fuerza eléctrica que una carga q ejerce sobre otra carga q' es una fuerza central y, por lo tanto, conservativa. La energía mecánica de la partícula se conserva.

Movimiento de Cargas en Campos Eléctricos

Cuando un campo eléctrico es perpendicular a la velocidad inicial de una carga, el movimiento de esta se puede descomponer en dos componentes:

• Eje X (dirección de la velocidad inicial): Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU). Se cumple: s_x = v_ot
• Eje Y (dirección del campo eléctrico): Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA). El campo eléctrico ejerce una fuerza vertical constante sobre la carga, generando una aceleración. Se cumplen: v_y = a_yt ; s_y = (1/2)a_yt². La aceleración se calcula aplicando la segunda ley de Newton: F = m·a_y

Consideraciones adicionales:

• Si q > 0 y v₂ > v₁, entonces V₁ > V₂.
• Si q < 0 y v₂ > v₁, entonces V₁ < V₂.