Page 516 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

25.1 Energía potencial eléctrica 497

Objetivos

Cuando termine de estudiar este capítulo el alumno:
1. Demostrará mediante definiciones y ejemplos su comprensión de los concep­
tos de energía potencial eléctrica, potencial eléctrico y diferencia de potencial
eléctrico.
2. Calculará la energía potencial de una carga conocida a una distancia determina­
da de otras cargas conocidas, y determinará si la energía es negativa o positiva.
3. Calculará el potencial absoluto en cualquier punto de la vecindad de cierto
número de cargas conocidas.
4. Usará sus conocimientos sobre diferencia de potencial para calcular el trabajo
necesario para mover una carga conocida desde un punto A hasta otro punto
B en un campo eléctrico creado por una o varias cargas puntuales.
5. Escribirá y aplicará la relación entre la intensidad de campo eléctrico, la diferencia
de potencial y la separación de placas paralelas de carga igual pero opuesta.

En nuestro estudio de la mecánica, muchos problemas se simplificaron mediante la introduc­
ción de algunos conceptos acerca de la energía. La conservación de la energía mecánica nos
permitió predecir ciertas cosas acerca de los estados inicial y final de los sistemas, sin tener
que analizar el movimiento entre dichos estados. El concepto de un cambio de energía poten­
cial a cinética nos ahorró el problema de las fuerzas variables.
En electricidad se pueden resolver muchos problemas prácticos si se consideran los cambios
que experimenta una carga en movimiento en términos de energía. Por ejemplo, si se requiere
una cierta cantidad de trabajo para mover una carga en contra de ciertas fuerzas eléctricas, la
carga tendrá un potencial o posibilidad de aportar una cantidad equivalente de energía cuando
sea liberada. En este capítulo vamos a desarrollar la idea de la energía potencial eléctrica.

Energía potencial eléctrica

Una de las formas más apropiadas de entender el concepto de energía potencial eléctrica
consiste en compararla con la energía potencial gravitacional. En el caso de la energía gravi-
tacional, se considera que la masa m en la figura 25.1 se mueve del nivel A al nivel B. Debe
aplicarse una fuerza externa F igual al peso mg para mover la masa en contra de la gravedad.
El trabajo realizado por esta fuerza es el producto de mg por h. Cuando la masa m alcanza el
nivel B, tiene un potencial para realizar trabajo en relación con el nivel A. El sistema tiene
energía potencial (EP) que es igual al trabajo realizado en contra de la gravedad.
EP = mgh

(a) (b) (c) (d)
"7 V
T
mg
1 o
0 ' EP = mgh EC = — mv~ = mgh

mg
Nivel A r \
\ i o
T
mg
Figura 25.1 Una masa m se eleva contra el campo gravitacional g, lo que da por resultado una energía
mgh en el nivel B. Cuando se suelta la masa, esta energía se transformará totalmente en energía cinética al ir
cayendo hacia el nivel A.