Si introducimos una carga q' en el seno de un campo eléctrico, la carga sufrirá la acción de una fuerza eléctrica y como consecuencia de esto, adquirirá cierta energía potencial eléctrica (también conocida como energía potencial electrostática). Si lo vemos desde una perspectiva más simple, podemos pensar que el campo eléctrico crea un área de influencia donde cada uno de sus puntos tienen la propiedad de poder conferir una energía potencial a cualquier carga que se sitúe en su interior.
A partir de este razonamiento, se establece una nueva magnitud escalar propia de los campos eléctricos denominada potencial eléctrico y que representa la energía potencial electrostática que adquiere una unidad de carga positiva si la situamos en dicho punto.
El potencial eléctrico en un punto del espacio de un campo eléctrico es la energía potencial eléctrica que adquiere una unidad de carga positiva situada en dicho punto.
donde:
- V es el potencial eléctrico en un punto del campo eléctrico. Su unidad en el S.I. es el julio por culombio (J/C) que en honor a Alesandro Volta recibe el nombre de Voltio.
- Ep es la energía potencial eléctrica que adquiere una carga testigo positiva q' al situarla en ese punto.
El hecho de que todas las magnitudes sean escalares, permite que el estudio del campo eléctrico sea más sencillo. De esta forma, si conocemos el valor del potencial eléctrico V en un punto, podemos determinar que la energía potencial eléctrica de una carga q situada en él es:
Potencial eléctrico creado por una carga puntual
Tal y como estudiamos en el apartado de intensidad del campo eléctrico, una única carga q es capaz de crear un campo eléctrico a su alrededor. Si en dicho campo introducimos una carga testigo q' entonces, atendiendo a la definición de energía potencial eléctrica de dos cargas puntuales:
El potencial eléctrico del campo eléctrico creado por una carga puntual q se obtiene por medio de la siguiente expresión:
donde:
- V es el potencial eléctrico en un punto.
- K es la constante de la ley de Coulomb.
- q es la carga puntual que crea el campo eléctrico.
- r es la distancia entre la carga y el punto donde medimos el potencial.
Si observas detenidamente la expresión puedes darte cuenta de que:
- Si la carga q es positiva, la energia potencial es positiva y el potencial eléctrico V es positivo.
- Si la carga q es negativa, la energía el potencial es negativa y el potencial eléctrico V es negativo.
- Si no existe carga, la energía potencial y el potencial eléctrico es nulo.
- El potencial eléctrico no depende de la carga testigo q' que introducimos para medirlo.
Potencial eléctrico creado por varias cargas puntuales
Si el campo eléctrico es creado por varias cargas puntuales, el potencial eléctrico en un punto sigue el principio de superposición:
El potencial eléctrico originado por n cargas puntuales en un punto de un campo eléctrico es la suma escalar de los potenciales eléctricos en dicho punto creados por cada una de las cargas por separado.
o lo que es lo mismo:
Diferencia de Potencial Eléctrico
Si dos puntos de un campo eléctrico poseen distinto potencial eléctrico, entre ambos puntos existe lo que se denomina una diferencia de potencial o tensión, ΔV. Este valor se encuentra íntimamente relacionado con el trabajo eléctrico. Por definición, el trabajo que debe realizar un campo eléctrico para trasladar una carga q desde un punto A a otro B dentro del campo se obtiene por medio de la siguiente expresión:
Si aplicamos la definición de potencial eléctrico, obtenemos que:
La diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos A y B de un campo eléctrico es el opuesto del trabajo realizado por el campo eléctrico para trasladar una unidad de carga positiva desde el punto A al B.
Potencial Eléctrico y el Movimiento de las Cargas
Si analizamos detenidamente la expresión de la diferencia de potencial:
Tal y como vimos en el apartado del trabajo eléctrico, el trabajo realizado por una fuerza eléctrica para desplazar una carga q desde un punto A a otro B, sin presencia de fuerzas externas, es un valor positivo. Si estudiamos que ocurre si la carga q es positiva o negativa, obtenemos que:
| q < 0 | VB-VA >0 => VB>VA | La carga se mueve desde puntos de menor potencial a mayor potencial |
| q > 0 | VB-VA<0 => VB<VA | Se mueve desde puntos de mayor potencial a menor potencial |
Por tanto:
- Las cargas positivas se mueven desde zonas de mayor potencial eléctrico a zonas de menor potencial eléctrico.
- Las cargas negativas se mueven desde zonas de menor potencial eléctrico a zonas de mayor potencial eléctrico.
Teniendo en cuenta que tal y como estudiamos en el apartado de intensidad del campo eléctrico, las cargas positivas se mueven en el sentido de dicha intensidad entonces, la intensidad de campo eléctrico se dirige siempre desde zonas de mayor potencial a zonas de menor potencial.
La intensidad de campo eléctrico apunta siempre hacia potenciales decrecientes.