Propiedades Fundamentales de las Superficies Equipotenciales Eléctricas

Características Fundamentales de las Superficies Equipotenciales

A continuación, se detallan las propiedades esenciales de las superficies equipotenciales en un campo eléctrico:

1. Las superficies equipotenciales son superficies esféricas concéntricas a la carga que genera el campo.
2. Las líneas de campo eléctrico son perpendiculares a las superficies equipotenciales.
3. El trabajo necesario para desplazar una carga de un punto a otro de una misma superficie equipotencial es nulo.
4. Una carga positiva crea superficies equipotenciales con potencial decreciente a medida que nos separamos de ella. Una carga negativa crea superficies equipotenciales con potencial creciente a medida que nos separamos de ella.
5. Las líneas de campo señalan siempre la dirección en la que disminuye el potencial eléctrico.
6. Como consecuencia de lo anterior, podemos establecer una relación con el movimiento espontáneo de cargas en el seno de un campo eléctrico:
   • Una carga positiva se desplazará espontáneamente hacia potenciales decrecientes (haciendo disminuir su Energía Potencial, $E_p$).
   • Una carga negativa se desplazará espontáneamente hacia potenciales crecientes (haciendo disminuir su $E_p$).
   • Como se conserva la energía mecánica, esa pérdida de $E_p$ en ambos casos se utiliza para incrementar la Energía Cinética ($E_c$, resultando en un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, MRUA).

Intersección de las Líneas de Fuerza del Campo Eléctrico

¿Pueden cortarse entre sí las líneas de fuerza de un campo eléctrico?

No. Si dos líneas de campo eléctrico se cruzaran, en el punto de corte habría dos valores del campo que se diferenciarían, al menos, en su dirección, ya que las líneas de campo son tangentes al vector intensidad de campo ($\vec{E}$) en cada punto. Esto implicaría la existencia de dos valores distintos para la intensidad de campo en el mismo punto, lo cual es físicamente imposible.

Movimiento de Partículas Cargadas en el Campo Eléctrico

Si una partícula cargada se pudiese mover libremente dentro del campo eléctrico, ¿lo haría a lo largo de una línea de fuerza de campo? ¿Influye en algo que la carga sea negativa o positiva?

Sí, las partículas cargadas se mueven siguiendo las líneas de campo eléctrico, independientemente de si la carga es negativa o positiva.

Caso de una partícula cargada positivamente en un campo eléctrico uniforme

Consideremos una partícula cargada positivamente que se mueve en la misma dirección y sentido que un campo eléctrico uniforme ($\vec{E}$). Respondamos razonadamente a las siguientes cuestiones:

(i) ¿Se detendrá la partícula?

La partícula cargada positivamente no se detendrá, ya que sobre ella actúa una fuerza eléctrica dada por $\vec{F} = q\vec{E}$, la cual le obliga a acelerar. Esta fuerza la repele de las zonas con carga positiva y la atrae hacia las zonas con carga negativa.

(ii) ¿Se desplazará la partícula hacia donde aumenta su energía potencial?

La partícula se mueve hacia las cargas negativas. Las cargas negativas producen potenciales eléctricos negativos ($V < 0$). Dado que la energía potencial eléctrica se define como $E_p = qV$, y como $q$ es positiva, la energía potencial irá disminuyendo conforme la carga positiva se acerca a la placa con cargas negativas (potencial más negativo).