miércoles, 11 de julio de 2018

Potencial Eléctrico.

CONDORI BRUCE

En cierto tipo de soldadura, fluye carga eléctrica entre la herramienta que suelda y las piezas metálicas por unir. Esto produce un arco muy brillante, y su alta temperatura funde las piezas uniéndolas. ¿Por qué debe mantenerse la herramienta cerca de las piezas que se sueldan?

La respuesta a esta pregunta, es que se mantiene una diferencia de potencial grande y constante (V) entre la herramienta de soldadura(a)  y los elementos metálicos por soldar (b). Ya que, el campo eléctrico entre dos conductores separados por una distancia “d” tiene una magnitud E=V/d. Entonces, “d” debe ser pequeña para que la magnitud del campo E sea lo suficientemente grande para que ionice el gas entre los conductores “a” y “b” y produzca un arco a través de este gas.
A continuación explicaremos en que consiste el potencial eléctrico. 

Cuando tratamos, ya sea empujando o jalando un bloque, un carro o una mesa, empleamos una fuerza. En este desplazamiento la fuerza estará realizando un trabajo. De forma análoga, un cuerpo electrizado que produce un campo eléctrico en el espacio que le rodea, genera una fuerza eléctrica producida por el campo eléctrico.

 Además si colocáramos una carga de prueba en el campo, la fuerza eléctrica desplazara a la carga de prueba. Como sabemos, en este desplazamiento la fuerza eléctrica estará realizando un trabajo. En otras palabras el trabajo representa una cantidad de energía que la fuerza eléctrica imparte a la carga en su desplazamiento.

Según Albarenga, en el estudio de los fenómenos eléctricos hay una cantidad muy importante que se relaciona con este trabajo, dicha cantidad se denomina diferencia de potencial entre los puntos A y B escogidos y se representara por Va-Vb.(p.873)
 y se define por la relación siguiente:

                                                     Va-Vb =Tab/q

De manera que cuando decimos que el potencial entre dos puntos es muy grande (alta tensión), ello significa que el campo eléctrico realizara un trabajo considerable sobre la carga eléctrica que se desplace entre dichos puntos (es decir, la carga recibirá del campo una gran cantidad de energía en su desplazamiento).

En conclusión, el potencial, denotado por V, es la energía potencial por unidad de carga. La diferencia de potencial entre dos puntos es igual a la cantidad de trabajo que se requeriría para trasladar una unidad de carga de prueba positiva entre esos puntos.






FUENTES:
  • Ribeyro Da Luz, Beatriz Alvarenga.(2002).Física General. México: oxford
  • Hugh D. Young, y Roger A. Freedman,(2013). Física universitaria. México: Pearson



SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES.

CONDORI BRUCE


Con solo pronunciarlo, “superficies equipotenciales” se forma una gama muy alta de preguntas, como por ejemplo ¿qué es una superficie equipotencial?, ¿se podrá representar una superficie equipotencial?, ¿qué se cumple en una superficie equipotencial?, Estas y muchas interrogantes más, son la que se generan de inmediato. Cuando caminamos en una zona se encuentra a nivel del mar, cada punto de ubicación presentara igual presión atmosférica, de forma análoga, la superficie equipotencial vendría a ser una superficie en donde todos los puntos que pertenecen a está, presentan el mismo potencial eléctrico.
Con la analogia propuesta en el texto, se procedera a explicar las superficies equipotenciales.

Según sears y zemansky (2013),Una superficie equipotencial es una superficie tridimensional sobre la que el potencial eléctrico V es el mismo en todos los puntos (p. 771). Si una carga de prueba Q se desplaza de un punto a otro sobre tal superficie, la energía potencial eléctrica qV permanece constante. En una región en la que existe un campo eléctrico, es posible construir una superficie equipotencial es cualquier punto. Ningún punto puede tener dos potenciales diferentes, por lo que las superficies equipotenciales de distintos potenciales nunca se tocan o intersecan. (p. 771)

El potencial en varios puntos de un campo eléctrico puede representarse gráficamente por medio de superficie equipotenciales. Estas utilizan la misma idea fundamental que los mapas topográficos que emplean los excursionistas y alpinistas. En un mapa topográfico, las curvas de nivel unen puntos que se encuentran a la misma altura. Se puede dibujar cualquier número de ellas, pero lo común es tener solo algunas curvas de nivel a intervalos de igual altura. Si una masa m se moviera sobre el terreno a lo largo de una curva de nivel, la energía potencial gravitacional no cambiaria porque la altura sería constante. Así las curvas de nivel en un mapa topográfico en realidad son curvas de energía potencial gravitacional constante. Las curvas de nivel están muy cerca unas de otras en las regiones donde el terreno está muy inclinado y hay grandes cambios en la altura en una distancia horizontal pequeña; en cambio, las curvas de nivel están muy separadas en los sitios donde el terreno tiene poca pendiente. 

Una pelota que se suelta cuesta abajo experimentaría la mayor fuerza gravitacional ahí donde las curvas de nivel están muy cercanas entre sí.(p.771)

En conclusión una superficie equipotencial es aquella en la que el potencial tiene el mismo valor en cada punto. En el punto en que una línea de campo cruza una superficie equipotencial, ambas son perpendiculares. Cuando todas las cargas están en reposo, la superficie de un conductor siempre es una superficie equipotencial y todos los puntos en el interior del conductor están al mismo potencial. 

Cuando una cavidad dentro de un conductor no contiene carga, toda la cavidad es una región equipotencial y no hay carga superficial en ninguna parte de la superficie de la cavidad





FUENTES:
  • Hugh D. Young, y Roger A. Freedman,(2013). Física universitaria. México: Pearson          (Libro Zemansky)






POTENCIAL ELÉCTRICO EN UN CAMPO UNIFORME.

CONDORI BRUCE


Para poder calcular el potencial eléctrico en un campo uniforme, repasemos algunos conceptos de los temas anteriores.

Primero, necesitamos recordar que el trabajo se puede expresar como el producto de la fuerza por distancia y está dada por  W=Fd, esto es válido, si y solo si, la fuerza que actúa en un bloque permanece constante. De no ser así, el cálculo del trabajo sólo se puede efectuar mediante el empleo de métodos matemáticos que se estudian en cursos más avanzados.

Segundo, saber que la magnitud de la fuerza eléctrica que actúa sobre la carga de prueba “q” colocada en un punto del espacio, se puede expresar como el producto del campo eléctrico en dicho punto que se encuentra la carga por la carga eléctrica F=Eq.
Con todo esto procederemos a explicar el cálculo del potencial en un campo uniforme.

Imaginemos que tenemos dos placas paralelas, separadas una distancia “d”, y electrizadas con cargas iguales y de signo contrario. Segun Albarenga, entre ellas existirá un campo uniforme “E”, dirigido de la placa positiva “A” hacia la placa negativa “B”.(p.876)

 Para que podamos calcular la diferencia de potencial entre estas dos placas, soltamos una carga de prueba positiva “Q” junto a la placa “A” y determinaremos el trabajo “Wab” que el campo realiza sobre esta carga, cuando se desplaza hasta la placa “B”. 

Ya vimos que entonces el potencial existente estará dada por Vab=Wab/q, como F=qE y E no cambia, concluimos que F también será constante.

En estas condiciones, como la fuerza tiene la misma dirección y el mismo sentido que el desplazamiento:

Wab=FD    ó bien    Wab=QED

Así pues, el voltaje Vab entre las placas será:

Vab=Wab/Q=QED/Q

Donde:

 Vab=ED

Concluimos que esta expresión Vab=ED final permite calcular la diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera de un campo uniforme. Pero debemos observar que la distancia D entre ambos puntos debe tomarse en dirección paralela al vector E.









FUENTES:
  • Ribeyro Da Luz, Beatriz Alvarenga.(2002).Física General. México: oxford
  • Hugh D. Young, y Roger A. Freedman,(2013). Física universitaria. México: Pearson 


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