Energía Potencial, Potencial Eléctrico e Inducción Electromagnética

Energía Potencial y Potencial Eléctrico

Como la fuerza eléctrica entre dos cargas es conservativa, tiene asociada una función energía potencial eléctrica E_p cuya diferencia entre dos puntos corresponde al trabajo realizado por la fuerza eléctrica entre esos puntos:

E_p(A) - E_p(B) = W_ab = ∫_ab [Kq₁q₂/r² * u_r]dr = Kq₁q₂ ∫_ab[dr/r²] = Kq₁q₂(-1/r)_ab = Kq₁q₂/r_a - Kq₁q₂/r_b

Así se deduce que la energía potencial eléctrica entre dos cargas es E_p = 1/4πε_o q₁q₂/r donde se toma la energía potencial en el infinito igual a cero. Como es una energía, se trata de una magnitud escalar cuya unidad en el SI es el Julio. Bajo la única acción de la fuerza eléctrica, las cargas se mueven hacia posiciones que corresponden a una configuración de mínima energía potencial eléctrica.

La energía potencial eléctrica total de un conjunto de cargas es la suma de las energías potenciales de todos los pares distintos de cargas que se pueden formar.

El campo eléctrico E también es conservativo; por tanto, tiene asociado un campo escalar denominado potencial eléctrico. El potencial eléctrico producido por una carga puntual q situada en el origen es V = 1/4πε_o q/r

En el SI el potencial se mide en Voltios (V). A la diferencia de potencial entre dos puntos también se le llama "voltaje". El potencial debido a un conjunto de cargas es la suma escalar de los potenciales debidos a cada una de las cargas.

Inducción Electromagnética: Leyes de Faraday y Lenz

La inducción electromagnética es la producción de electricidad mediante magnetismo en determinadas condiciones. Los primeros científicos que la estudiaron fueron Faraday y Henry, quienes observaron que en un circuito se genera una corriente eléctrica en las siguientes circunstancias:

• Si se acerca un imán al circuito, o se aleja del mismo. O bien el circuito se mueve con respecto al imán.
• Si hay un movimiento relativo entre el circuito y otro circuito por el que circule una corriente continua.
• Si el segundo circuito transporta una corriente variable, aunque ambos estén en reposo.
• Si se deforma el circuito en el seno de un campo magnético.

Todos los hechos anteriores pueden explicarse mediante la ley de Faraday:

La variación temporal del flujo Φ del campo magnético a través de un circuito genera en él una fuerza electromotriz: fem = -dΦ/dt

La f.e.m. es el trabajo por unidad de carga que se realiza en el circuito. Se mide en Voltios en el SI.

El flujo (como es el producto escalar del campo por la superficie, B*S) varía si cambia el campo magnético, la forma del circuito, o la orientación entre el campo y el circuito. En estos casos habrá corrientes inducidas.

El signo negativo en la ley de Faraday indica el sentido en que circula la corriente inducida. Esto se expresa en un principio físico conocido como ley de Lenz: la fem inducida origina una corriente cuyo campo magnético se opone a la variación del flujo magnético que la origina.

Una de las aplicaciones del principio de inducción electromagnética es en la generación de corriente eléctrica por transformación de trabajo mecánico en electricidad (por ejemplo, en las centrales hidroeléctricas).