Potencial eléctrico y energía potencial electrostática: fórmulas y conceptos clave

Potencial eléctrico en un punto creado por un conjunto de cargas

El potencial eléctrico en un punto creado por un conjunto de cargas se define como la suma algebraica de los potenciales individuales:

V_T = V₁ + V₂ + V₃

• Se calcula el potencial eléctrico creado por cada una de las cargas en ese punto.
• Se suman todos los potenciales eléctricos y el resultado puede ser positivo, negativo o cero.

Potencial eléctrico

Se define el potencial eléctrico (V) como la energía potencial eléctrica adquirida por la unidad de carga de prueba positiva colocada en ese punto. Se mide en voltios (V).

Fórmula: V = K · q / d

• El potencial eléctrico (V) puede ser positivo o negativo, según el valor de la carga que crea el campo.
• Todos los puntos que equidistan de la carga puntual (Q) que crea el campo forman una superficie equipotencial, y son esferas.
• El potencial eléctrico en el infinito vale cero.

Superficies equipotenciales

Son superficies que tienen el mismo potencial eléctrico en todos sus puntos.

• Propiedad: No se cortan y son esferas concéntricas.
• Son perpendiculares a las líneas de fuerza o del campo eléctrico.
• El trabajo para trasladar una carga entre dos puntos cualesquiera de una superficie equipotencial es nulo.

Magnitudes escalares del campo eléctrico

Energía potencial eléctrica

La energía potencial eléctrica de una carga (Q) en un punto del espacio es el trabajo que realiza el campo eléctrico para trasladar la unidad de carga positiva desde dicho punto hasta el infinito. Se mide en julios (J).

Fórmula: E_p = K · Q · q / d

• Es una magnitud escalar; se tienen en cuenta los signos de las cargas.
• Puede ser positiva o negativa, según sean los signos de las cargas que están multiplicándose.

Energía potencial eléctrica asociada a un conjunto de cargas puntuales

1. La energía total se obtiene calculando la energía potencial eléctrica de las distintas parejas que se pueden formar con ese conjunto de cargas, y luego sumándolas:
   E_{p total} = E_p12 + E_p13 + E_p23
2. La energía mecánica total puede ser positiva, negativa o cero, pues es una suma de cantidades positivas y negativas.

Definiciones complementarias

Definición de trabajo

Es el producto escalar de la fuerza aplicada sobre un cuerpo y el desplazamiento que le produce.
W = F · d · cos(θ)

Definición de potencia

Es la relación entre el cociente del trabajo realizado y el tiempo que tarda en realizarlo.

1 Julio

Es el trabajo realizado por una fuerza de 1 N sobre un cuerpo que lo desplaza 1 m en el sentido del movimiento.

Definición de caballo de vapor

Es la potencia de un sistema que eleva un cuerpo de 75 kg (valor estándar físico) a una altura de 1 m en 1 segundo.