Electromagnetismo y leyes

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El potencial eléctrico V en cualquier punto de un campo eléctrico es igual al trabajo T que se necesita para transportar a la unidad de carga positiva Q desde el potencial cero hasta el punto considerado. Por lo tanto:[pic 22]

[pic 23]

V = potencial eléctrico (volts)

T = trabajo realizado (joule)

q = carga transportada (coulomb)

El potencial eléctrico es una magnitud escalar como lo es cualquier tipo de energía, a diferencia del campo eléctrico como se observo anteriormente es una cantidad vectorial; se define también como la energía potencial que tiene la unidad de carga eléctrica positiva en un punto determinado.[pic 24]

[pic 25]

Ep = energía potencial (joule)

Propiedad de una partícula eléctrica.-

Es el trabajo para desplazar una carga q dentro de un campo eléctrico o dentro de una región del campo eléctrico. Esta es una cantidad escalar. Cuando Q se mueve a un nivel mayor de energía dentro del átomo, esta se desplaza a una distancia del orden de angstrom para realizar este movimiento en la que se requiere aplicar una fuerza, donde la carga Q desarrolla un trabajo, a este fenómeno se le conoce como energía potencial eléctrica. No solo se presenta en el átomo sino también en cuerpos cargados y cargas eléctricas puntuales que se acercan o separan entre sí.[pic 26]

[pic 27]

Diferencia de potencial

[pic 28]

[pic 29]

Trabajo eléctrico

Es el cambio de energía potencial eléctrica para efectuar un acercamiento o alejamiento de la carga Q eléctrica dentro de un campo eléctrico.

Para determinar cuándo una carga eléctrica gana o pierde energía, se considera como referencia el movimiento respecto al campo eléctrico como el sentido de la fuerza de atracción o repulsión entre las cargas.

Ep = newton-metro = 1 joule

Que es la misma unidad utilizada para el trabajo.

Resumen:

1.- cuando q0 se acerca a qr, q0 gana energía porque se opone a las líneas de fuerza del campo y la misma fuerza de repulsión.

2.- cuando q0 se aleja de qr, entonces q0 pierde energía porque tiene el mismo sentido que el campo y la misma fuerza de repulsión.

3.- cuando -q0 se aleja de +q entonces la energía de q0 aumenta porque coincide su desplazamiento y velocidad con la fuerza de atracción.

4.- cuando -q0 se acerca de +q entonces q0 pierde energía.

Para desplazar Q0 desde el punto A debe aplicarse una fuerza cuya magnitud se puede obtener de la ecuación del campo[pic 30]

[pic 31]

Mecánicamente la ecuación de trabajo W es:

Trabajo mecánico = producto escalar de los vectores fuerza y desplazamiento.

[pic 32]

Si los vectores de fuerza y movimiento o desplazamiento son paralelos, el Cosθ = 1; entonces se utilizara la siguiente ecuación.

[pic 33]

Como analogía de la energía potencial eléctrica.

F = qo * E

W = Ep = Fr

a) W = EPe = qo * Er

P / una carga puntual, E se determina por:

b) sustituyendo (b) en (a)[pic 34]

c) EPe = [pic 35]

K = 9x109 r = distancia[pic 36]

q1 q2= coulomb

Energía potencial de una carga entre dos puntos del campo eléctrico (E)

La energía adquirida por una carga eléctrica puntual que se desplaza desde A hasta B, dentro de un campo eléctrico se desarrolla de la siguiente forma.

EPea = EPeb = [pic 37][pic 38]

La diferencia de energía está dada por:

EPeab = [] = Ke*Q*q [][pic 39][pic 40]

ra = distancia de A a q (en metros)

rb = distancia de b a q (en metros)

De la ecuación 3 se deducen las siguientes condiciones

a) cuando +qe se mueve en sentido contrario del campo su energía potencial se incrementa, porque la fuerza de repulsión propicia otra fuerza para desplazarla.

b) cuando q eléctrica negativa se mueve en sentido contrario del campo eléctrico, su energía potencial se reduce o disminuye, ya que existe una fuerza de atracción y requiere de una fuerza externa para desplazar la carga.

c) cuando q eléctrica negativa se mueve en el mismo sentido del campo E su energía potencial se incrementa porque requiere de una fuerza externa para desplazarla.

d) cuando +qe se mueve en el mismo sentido del campo E, originado por una carga –q, su energía potencial se reduce porque la carga se desplaza por una fuerza de atracción y no se requiere aplicar una fuerza externa.

Se concluye que la energía potencial total eléctrica en un punto cercano a un sistema de cargas eléctricas es igual a la sumatoria de cargas parciales de cada una de las cargas con respecto al punto.[pic 41]

[pic