Diferencia de Potencial Eléctrico: Definición, Fórmula y Ejemplos

Diferencia de Potencial Eléctrico: Definición, Fórmula y Ejemplos

La diferencia de potencial eléctrico es la diferencia en la cantidad de energía potencial que tiene una partícula debido a su posición entre dos ubicaciones en un campo eléctrico. Este importante concepto proporciona la base para entender los circuitos eléctricos.

¿Qué es el potencial eléctrico?

Para entender la diferencia de potencial eléctrico, primero debemos entender qué es el potencial eléctrico. La mejor manera de hacerlo es a través de una analogía con un concepto con el que deberías estar familiarizado: la energía potencial gravitatoria.

El potencial eléctrico es una forma sencilla de cuantificar la energía potencial que tiene una partícula eléctrica como resultado de su ubicación en un campo eléctrico. Esto es similar a cómo hablamos sobre los objetos con masa y su energía potencial como resultado de su ubicación en un campo gravitatorio.

Como resultado de estar dentro del campo gravitatorio de la Tierra, los objetos que tienen masa experimentan los efectos de ese campo de energía gravitacional: el efecto que sienten es que están siendo derribados con cierta fuerza que es proporcional a su masa y su ubicación en ese campo. ¿Esto significa que podemos decir que podemos describir claramente las ubicaciones en el campo gravitatorio de la Tierra como ubicaciones de energía potencial inherentemente altas? No, no necesariamente. Por qué no? Porque la energía potencial que tiene un objeto depende no solo de su ubicación en el campo de energía gravitacional, sino también de su masa.

Por ejemplo, un transbordador espacial a 10.000 pies sobre la superficie de la Tierra tiene mucha más energía potencial que una molécula de aire de la misma altura sobre la superficie de la Tierra. Ambos están en la misma ubicación en el campo gravitatorio, pero su energía potencial es muy diferente porque su masa es muy diferente. Sin embargo, lo que podemos hacer es definir cada ubicación como la cantidad de energía potencial por unidad de masa requerida para alcanzar esa ubicación. Esto nos permite nivelar el campo de juego y comparar ubicaciones por la energía requerida para llegar a ellos. Hace que la energía potencial que un objeto tiene puramente en función de su ubicación. Llamamos a este potencial gravitatorio, y se define como la cantidad de energía potencial que un objeto tiene en un campo gravitatorio por unidad de masa.

El potencial eléctrico se parece mucho al potencial gravitatorio. Describe la cantidad de energía que tiene una partícula en función de su ubicación. Es una forma de cuantificar cuánta energía se dio a la partícula para hacerla moverse contra un campo eléctrico. En el caso de nuestro circuito eléctrico, ese campo es el campo creado por la repulsión de la partícula eléctrica lejos de otras partículas. Entonces, al igual que un objeto movido a través de nuestro campo gravitatorio, estamos describiendo una partícula que se abrió camino a través de un campo eléctrico para llegar a donde está. Y, al igual que la forma en que ‘nivelamos el campo de juego’ al describir las ubicaciones en el campo gravitatorio como la cantidad de energía por unidad de masa para llegar allí, describimos el potencial eléctrico como la cantidad de energía requerida para que una partícula cargada alcance una ubicación en Un campo eléctrico de fuerza conocida. Otra vez,

Diferencia de potencial eléctrico

Ahora que hemos pasado un tiempo comprendiendo qué es el potencial eléctrico, podemos entender realmente qué es la diferencia de potencial eléctrico.

Considere dos puntos en un campo eléctrico. Observe que el punto A está mucho más cerca de la fuente del campo eléctrico que el punto B.

La partícula en el punto A tendrá un potencial igual a ‘Va’ y la partícula en el punto B tendrá un potencial ‘Vb’. Una partícula en el punto A tendrá más potencial eléctrico que una partícula en el punto B. Eso significa que para obtener una partícula del punto B al punto A, se debe trabajar, y la cantidad de trabajo será igual a la diferencia En energía tiene una partícula en estos dos lugares. Esto es lo mismo con nuestro campo gravitatorio: el trabajo se realiza en un objeto para aumentar su energía potencial.

Utilizamos la unidad ‘Volt’ para describir el potencial eléctrico. Como un voltio se define como energía por unidad de carga, en unidades métricas, se descompone en julios (J) por Coulomb (c) o J / C.

A partir de esto, podemos desarrollar una ecuación que nos da la diferencia de potencial, ‘V’, entre las dos ubicaciones. Podemos decir que la diferencia de potencial es igual a la diferencia de potencial de las dos ubicaciones:

V = Vb-Va

La diferencia de potencial eléctrico también tendrá la unidad ‘Volts’, que debería tener sentido, ya que se alinea con nuestro entendimiento de que la diferencia de potencial eléctrico es la cantidad de energía (J) por unidad de carga (C) que se requiere para obtener la partícula para lograr Su nueva ubicación.

Ejemplos diferencia de potencial electrico

Trabajemos ahora con dos nuevos puntos, punto C y punto D, en un campo eléctrico uniforme.

En el punto C, el potencial eléctrico es de 10 V. En el punto D, el potencial eléctrico es de 20 V.

¿Cuál es la diferencia potencial entre los dos? Muy simple, es la diferencia en el potencial de las dos ubicaciones:

V = Vd – Vc = 10 V

Ahora, ¿cuánta energía se requeriría para mover una partícula de 2 Coulomb desde el punto C al punto D?

Sabemos que la diferencia de potencial es de 10 V, lo que significa que va a tomar 10 Julios por Coulomb para mover una partícula desde el punto C al punto D. Así 2 C * (10 J / C) = 20 J.

Resumen

Para resumir, la diferencia de potencial eléctrico es la diferencia en el potencial eléctrico que tienen dos partículas como resultado de su ubicación en un campo eléctrico. También podemos describir la diferencia de potencial eléctrico como la cantidad de trabajo realizado en una partícula para mover una partícula en un campo eléctrico de una ubicación a otra. Al realizar el trabajo con la partícula en un campo eléctrico, cambiaremos la cantidad de energía que tiene la partícula. Debido a que es la diferencia en los potenciales eléctricos individuales de dos ubicaciones, la diferencia de potencial eléctrico se expresa mediante la unidad Volt, que se descompone en julios / Coulomb.

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