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La diferencia de potencial eléctrico
EXPERIENTIA DOCET ELECTROMAGNETISMO ARTÍCULO 10 DE 34
Cuando se conectan los terminales de una batería eléctrica es cuando surgen chispas y calor. Estos fenómenos muestran que la energía de la batería se está transformando en luz, sonido y energía térmica. La batería misma está convirtiendo energía química en energía eléctrica. Ésta, a su vez, se transforma en otras formas de energía (como el calor) en los conductores que unen los terminales. Con objeto de comprender las corrientes eléctricas y cómo pueden usarse para transportar energía, necesitamos un nuevo concepto al que llamaremos, en honor a Volta y su batería, voltaje.
Alessandro Volta
Alessandro Volta
Pero para comprender lo que es el voltaje necesitamos otro concepto muy simple, el de cambio en energía potencial. Formalmente su definición lo iguala con el trabajo que necesitamos para mover un objeto sin fricción desde un punto a otro. Por ejemplo, la energía potencial de un libro en una estantería es mayor que la del mismo libro en el suelo. Este incremento en energía potencial se debe a que necesitamos realizar un trabajo para poner el libro en la estantería venciendo la gravedad. Podemos comprender fácilmente que esta diferencia de energía potencial va a depender de tres factores: la masa del libro, la magnitud de la fuerza del campo gravitatorio (necesitamos menos trabajo en la Luna que en la Tierra), y la diferencia de altura entre el suelo y la estantería.
De forma parecida la energía potencial eléctrica cambia cuando se realiza trabajo para mover una carga eléctrica de un punto a otro dentro de un campo eléctrico. Este cambio (simbolizado por la letra griega delta, Δ) en energía potencial, Ep, es de igual manera el trabajo realizado. La magnitud de este cambio en la energía potencial depende de como de grande sea la carga, q, como en el caso del libro dependía de la masa de éste.
Si dividimos el cambio en energía potencial, ΔEp, por la carga que movemos, q, obtenemos un valor que no depende de lo grande o pequeña que sea q. En vez de eso, va a depender solamente de la intensidad del campo eléctrico y en la localización de los puntos inicial y final. Este valor recibe el nombre de diferencia de potencial eléctrico y se define precisamente como la razón entre el cambio de energía potencial, ΔEp , de la carga q y la magnitud de esta carga. Usando símbolos:
V = ΔEp /q
La unidad de la diferencia de potencial corresponde a la de energía dividida por carga, o julios por culombio. Como esto es muy engorroso, la unidad recibe un nombre propio, de nuevo en honor a Volta, voltio, símbolo “V”. La diferencia de potencial eléctrico (o voltaje) entre dos puntos es un voltio (1 V) si se realiza un julio (1 J) de trabajo al mover un culombio (1 C) de carga desde un punto a otro.
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El trabajo realizado para llevar la carga q de A a B no depende del camino seguido.
La diferencia de potencial entre dos puntos en un campo eléctrico continuo depende de la localización de los puntos y no de otra cosa. No depende del camino que haya seguido la carga para ir de un punto a otro. Da igual que el camino sea largo o corto, recto o lleno de curvas, se hace el mismo trabajo por unidad de carga. Un montañero hace el mismo trabajo contra el campo gravitatorio por kilogramo de masa de su mochila, cuando la sube en linea recta desde la base a la cumbre que cuando sigue un sendero sinuoso que va ascendiendo progresivamente la montaña. El caso de la diferencia de potencial entre dos puntos en un campo eléctrico es similar