Potencial eléctrico y diferencia de potencial

El flujo de Cargas Eléctricas se conoce como Electricidad, y es la encargada de producir la corriente eléctrica. En esta era de rápido crecimiento, la electricidad se ha vuelto realmente importante para los seres humanos, desde el ventilador en una habitación pequeña hasta las máquinas pesadas en las grandes fábricas, todo funciona con electricidad. Una palabra importante asociada con la electricidad es potencial eléctrico . Se requiere una diferencia de potencial para crear el flujo de electrones y, por lo tanto, producir electricidad. Aprendamos sobre el potencial eléctrico y cómo se crea una diferencia de potencial.

Potencial eléctrico

Es el trabajo realizado por unidad de carga para llevar esa carga desde el infinito hasta un punto en el campo electrostático contra la fuerza del campo. El potencial eléctrico también se conoce como voltaje. La unidad SI para potencial eléctrico o diferencia de potencial eléctrico es voltaje o voltios. El potencial eléctrico es una cantidad escalar.

En la figura anterior, +Q es la carga que crea un campo eléctrico, la tarea es traer una unidad de carga (+q) desde el infinito (en cualquier lugar fuera del campo eléctrico) a un punto dentro del campo eléctrico contra el campo. Dado que la fuerza electrostática producida por el campo eléctrico estará en contra de la unidad de carga, la unidad de carga requiere algo de trabajo para moverse desde el infinito hasta algún lugar del campo, o de un punto a otro en el campo.

• Si el trabajo se realiza para mover la carga desde el infinito hasta el punto X, se llamará potencial eléctrico en X (V _x ).
• Si el trabajo se realiza para mover la carga desde el infinito hasta el punto Y, se llamará potencial eléctrico en Y (V _y ).
• Si el trabajo se realiza para mover la carga de X a Y, se denominará diferencia de potencial entre x e y (V _xy ).

Fórmula para el potencial eléctrico:

Potencial eléctrico/voltaje = trabajo realizado/carga unitaria

Unidad SI para Potencial eléctrico:

V = W/q = julios/ culombio = voltios 

Por lo tanto, la unidad SI para Potencial Eléctrico es Voltios o Voltaje.

1 voltio = 1 julio/ 1 culombio

1 voltio se puede definir como 1 joule de trabajo realizado para mover 1 coulomb de carga

Diferencia de potencial eléctrico

Imagina una pelota sentada a cierta altura, ¿habrá algo de energía en la pelota? Sí, la energía se llama energía potencial y si la pelota se deja caer desde un punto A a una altura B, la pelota siempre caerá desde un potencial gravitacional más alto hacia uno más bajo, entonces habrá una diferencia en ambas energías. La diferencia de potencial eléctrico es análoga a este concepto.

La energía que poseen las cargas eléctricas se conoce como energía eléctrica. Una carga con mayor potencial tendrá más energía potencial y la carga con menor potencial tendrá menos energía potencial. La corriente siempre se mueve de mayor potencial a menor potencial. La diferencia de estas energías por unidad de carga se conoce como diferencia de potencial eléctrico.

Para crear electricidad y el flujo de corriente, siempre se requiere una diferencia de potencial que es mantenida por una batería o una celda.

El lado más largo representa el potencial más alto (terminal +ve) y el lado más corto representa el potencial más bajo (terminal -). 

La diferencia de potencial eléctrico se mide con un voltímetro que se aplica en paralelo al instrumento cuyo voltaje se desea medir.

Definición de diferencia de potencial eléctrico

Es el trabajo realizado por unidad de carga para mover una unidad de carga de un punto a otro en un campo eléctrico. La diferencia de potencial eléctrico generalmente se conoce como diferencia de voltaje.

Fórmula para la diferencia de potencial eléctrico

V _xy = V _x – V _y = [W _x – W _y ]/q

Unidad SI de diferencia de potencial eléctrico

La unidad SI de diferencia de potencial eléctrico es la misma que el potencial eléctrico, es decir; Voltaje o Voltios.

Nota: ¿Por qué se toma una unidad de carga para explicar el concepto de Potencial Eléctrico?

Una unidad de carga pequeña tendrá un campo eléctrico muy pequeño que no afectará ni distorsionará el campo producido por la carga más grande y, por lo tanto, el concepto se puede explicar fácilmente.

Ley de Ohm

De acuerdo con la Ley de Ohm, la corriente que fluye a través de un conductor es directamente proporcional al voltaje siempre que la conductividad y la temperatura permanezcan constantes.

Al eliminar la proporcionalidad, se introduce una nueva constante conocida como Resistencia.

v ∝ yo

V = IR

Donde, V= Voltaje a través del conductor

I = Corriente que fluye en el alambre

R= Resistencia que ofrece el conductor en ohms

Problemas de muestra

Pregunta 1: Una carga de 10mC se mueve desde el infinito hasta un punto A en campo eléctrico, el trabajo realizado en este proceso es de 20 julios. Cual es la diferencia de potencial.

Solución:

V = W/q

W= 20 julios

q= 10mC

V= 20/10×10 ^-3 = 2kV

Por lo tanto, el potencial desarrollado es de 2000 voltios.

Pregunta 2: Una carga de 50 mC se mueve de un punto a otro (de A a B) El voltaje en A es de 50 kV y el voltaje en B es de 30 kV. Encuentre el trabajo realizado por la carga.

Solución:

V _AB = V _A – V _B = 50 kV- 30 kV = 20 kV

Trabajo realizado = V × q

= 20kV × 50mC

 = 100 julios

Pregunta 3: ¿Cuáles son las unidades SI de las siguientes cantidades,

Energía, diferencia de potencial, carga, resistencia

Responder:

Las Unidades SI de las cantidades antes mencionadas:

Energía⇢ Julios

Diferencia de potencial⇢ Voltaje

Carga⇢ Culombio

Resistencia⇢ Ohmios

Pregunta 4: encuentre la corriente a través del circuito cuando el voltaje en la terminal es de 30 V y la resistencia que ofrece el conductor es de 10 ohmios.

Solución:

De acuerdo con la Ley de Ohm,

V = IR

30V = Yo × 10ohm

yo= 3 amperios

Por lo tanto, la corriente a través del circuito es de 3 amperios.

Pregunta 5: ¿Cuál es la diferencia entre el potencial eléctrico y la diferencia de potencial eléctrico?

Responder: 

El potencial eléctrico es el trabajo realizado por unidad de carga para llevar la carga desde el infinito hasta un punto en el campo eléctrico, mientras que la diferencia de potencial eléctrico es el potencial desarrollado al mover una carga de un punto a otro en el campo mismo.

La unidad SI de potencial eléctrico y diferencia de potencial eléctrico es voltios/voltaje.