Energía Potencial Elèctrica

 La energía es la capacidad que tiene un cuerpo de realizar cambios o trabajo. Por ejemplo en un velero el aire mueve el velero golpeando las velas. Luego el aire tiene energía por que es capaz de realizar cambios a su alrededor. Esos cambios que realiza se llaman Trabajo. El aire se convierte en movimiento del velero por lo tanto la energía del aire se ha transformado en energía de movimiento, el aire pierde su energía y la cede al velero. Ese cambio es lo que significa que la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. El aire realiza trabajo cuando mueve el velero.

   La energía potencial es la que poseen los cuerpos por estar en una determinada posición. La energía potencial más famosa es la energía potencial gravitatoria, es la energía que poseen los cuerpo por estar a una determinada altura. La gravedad de la tierra hace una fuerza sobre todos los cuerpos que están situados sobre ella, "Tira" de los cuerpo hacia abajo, por eso una piedra que esté a 10m de altura, si la soltamos la fuerza de gravedad tira de ella hasta que llega al suelo. Luego la piedra a 10m tiene una energía, esta energía se transformará en trabajo cuando la soltemos, ya que se moverá hasta llegar al suelo. Este trabajo se produce cuando la fuerza de la gravedad actúa sobre la piedra y la mueve una distancia, recuerda Trabajo = Fuerza x distancia. Cuando está quieta a una altura solo tiene energía, capacidad de realizar trabajo, pero no realiza ningún trabajo.

   Bueno, pues cuando la piedra esta quieta, sin moverse a una cierta altura, tiene una energía, y como esta energía depende de la posición de la piedra (a más altura mayor energía) resulta que la piedra posee una energía potencial, energía potencial gravitatoria, por que es producida por la gravedad. ¿Lo tenemos claro? Pues ahora pasemos a explicar la energía potencial gravitatoria.

   Energia Potencial Electrica

   Los cuerpos que poseen carga eléctrica pueden tener carga positiva o negativa, por ejemplo un electrón tiene carga eléctrica negativa y un protón positiva.

   Resulta que cuando un cuerpo tiene carga eléctrica genera una región de espacio a su alrededor (campo eléctrico) donde si introducimos otra carga eléctrica, esta se verá afectada por la primera.



   Fíjate en la figura, hemos puesto con un circulo la región del espacio donde si introducimos otra carga, se vería afectada por la carga eléctrica de la positiva de la figura. Esa región es lo que se llama el campo eléctrico de la carga +.

   Cualquier carga que introduzcamos en el campo de la + se verá sometido a una fuerza debida al campo eléctrico de la carga +. Esta fuerza será mayor cuanto más cerca esta una carga de la otra, es decir depende de la posición dentro del campo eléctrico ¿Te suena....? Pues claro, eso pasa con la energía potencial, depende de la posición.

   La dirección de esa fuerza a la que se va a ver sometida la carga que pongamos dentro del campo va a depender del tipo de carga que sea. ¿Te suena los polos contrarios se atraen? Pues bien, si las cargas son iguales la fuerza que tendrá hará que se repelan (se separen) y si son distintas, por ejemplo una + y la otra -, la fuerza será tal que hará que se atraigan ( se junten).

   Conclusión: El tamaño de la fuerza depende de la posición dentro del campo, pero la dirección de la fuerza dependerá del tipo que sean, cargas iguales o diferentes. Recuerda que las fuerzas se representan por medio de vectores.



   Si somos capaces de dejar quieta la carga que introducimos en el campo, esta no generará trabajo, pero si tendrá energía, ya que al soltarla se moverá por la acción de la fuerza a la que se ve sometida, igual que la piedra de la que hablamos al principio. En el caso de la piedra la fuerza era producida por la gravedad de la tierra. En el caso de una carga eléctrica la fuerza será producida por estar dentro de un campo eléctrico. Es por eso que la energía que tendrá la carga dentro del campo se llamará energía potencial y eléctrica, ya que es producida por el campo eléctrico.

   Tienes que darte cuenta que al introducir una nueva carga dentro del campo de la +, la carga que introducimos nueva también tiene su propio campo, lo que hace que también sobre la carga + inicial, se genere una fuerza por causa del campo de la nueva carga que entra en su campo. Es decir 2 cargas tienen dos campos y si las dos cargas están dentro de cada uno de los campos producidos por cada una de ellas, las dos cargas tendrán una fuerza. Las dos cargas o se separan o se juntan.



    En la imagen de arriba hemos representado los dos casos posibles con las llamadas líneas de campo, que simplemente son unas líneas que representan las fuerzas dentro de los campos eléctricos. Son líneas imaginarias que describen, si los hubiere, los cambios en dirección de las fuerzas al pasar de un punto a otro dentro del campo.

   Todas estas cantidades de fuerza y de energía se pueden calcular matemáticamente mediante una fórmula.

   ¿Con qué fuerza se atraen o repelen las cargas? Coulomb, físico e ingeniero francés, nos dio la solución con su ley. Aquí tienes la fórmula:



   Dentro de la fórmula tenemos:

   F = Fuerza de atracción o repulsión medida en Newtons (N).

   K = una constante llamada constante de proporcionalidad o de coulomb que depende del medio en el que estén las cargas y de las unidades en las que se expresen el resto de elementos que hay dentro de la fórmula. Expresando todo en el Sistema Internacional de Unidades de Medida y en el vacío vale 9x10⁹ Nm²/C². (9 por 10 elevado a 9)

   q1 = carga eléctrica de 1 expresada en culombios (C).

   q2 = carga eléctrica de 2 expresada en culombios (C).

   r = distancia que separa las dos cargas en metros (m).

   Si te fijas bien, te darás cuenta que si incluyes el signo en los valores de las cargas, el valor de la fuerza eléctrica en esta expresión puede venir acompañada de un signo. Este signo será:

   - Fuerza positiva. cuando la fuerza sea de repulsión

   - Fuerza negativa. cuando la fuerza sea de atracción.

   ¿Y la energía potencial eléctrica?

   La energía potencial eléctrica que posee una carga puntual q1 en presencia de otra carga puntual q2 que se encuentran separadas cierta distancia es:

   

   - Ep es la energía potencial eléctrica. En el S.I. se mide en Julios (J).

   - q1 y q2 son los valores de las dos cargas puntuales. En el S.I. se miden en Culombios (C).

   - r es el valor de la distancia que las separa. En el S.I. se mide en metros (m).

   - K es la constante de la ley de Coulomb. Para el vacío su valor es aproximadamente 9x10⁹ N·m²/C² utilizando unidades en el S.I.

   Esta energía potencial será positiva si las cargas poseen el mismo signo y negativa si tienen signos distintos.

    OJO si la carga está fuera del campo eléctrico de la otra carga su energía potencial eléctrica será de 0, ya que no se verá afectada.

   Recuerda esa energía potencial eléctrica será la capacidad que tendrá para realizar trabajo la carga eléctrica, en este caso para moverse cuando la soltemos dentro del campo eléctrico.

    El trabajo que realiza una fuerza eléctrica para desplazar una carga desde un punto A hasta otro B puede expresarse de la siguiente forma:

   

   Si te fijas en la fórmula podríamos decir que el trabajo es igual al incremento de la energía potencial eléctrica. We, es el trabajo para desplazarse de A hasta B.

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