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Resumen

7.1 Energía potencial eléctrica

  • El trabajo realizado para mover una carga del punto A al B en un campo eléctrico es independiente de la trayectoria, y el trabajo alrededor de una trayectoria cerrada es cero. Por lo tanto, el campo eléctrico y la fuerza eléctrica son conservadores.
  • Podemos definir una energía potencial eléctrica, que entre cargas puntuales es U(r)=kqQrU(r)=kqQr, con la referencia cero tomada en el infinito.
  • El principio de superposición es válido para la energía potencial eléctrica; la energía potencial de un sistema de cargas múltiples es la suma de las energías potenciales de los pares individuales.

7.2 Potencial eléctrico y diferencia de potencial

  • El potencial eléctrico es la energía potencial por unidad de carga.
  • La diferencia de potencial entre los puntos A y B, VBVA,VBVA, es decir, el cambio de potencial de una carga q trasladada de A hasta B, es igual al cambio de energía potencial dividido entre la carga.
  • La diferencia de potencial se denomina comúnmente voltaje, representada por el símbolo ΔVΔV:
    ΔV=ΔUqoΔU=qΔV.ΔV=ΔUqoΔU=qΔV.
  • Un electronvoltio es la energía dada a una carga fundamental acelerada a través de una diferencia de potencial de 1 V. En forma de ecuación,
    1eV=(1,60×10−19C)(1V)=(1,60×10−19C)(1J/C)=1eV=(1,60×10−19C)(1V)=(1,60×10−19C)(1J/C)= 1,60×10−19J.1,60×10−19J.

7.3 Cálculo del potencial eléctrico

  • El potencial eléctrico es un escalar mientras que el campo eléctrico es un vector.
  • La suma de los voltajes como números da el voltaje debido a una combinación de cargas puntuales, lo que nos permite utilizar el principio de superposición VP=k1NqiriVP=k1Nqiri.
  • Un dipolo eléctrico está formado por dos cargas iguales y opuestas a una distancia fija, con un momento dipolar p=qdp=qd.
  • Las distribuciones de carga continua pueden calcularse con VP=kdqrVP=kdqr.

7.4 Determinación del campo a partir del potencial

  • Al igual que podemos integrar sobre el campo eléctrico para calcular el potencial, podemos tomar la derivada del potencial para calcular el campo eléctrico.
  • Esto puede hacerse para componentes individuales del campo eléctrico, o podemos calcular todo el vector del campo eléctrico con el operador de gradiente.

7.5 Superficies Equipotenciales y Conductores

  • Una superficie equipotencial es el conjunto de puntos en el espacio que están todos al mismo potencial. Las líneas equipotenciales son la representación bidimensional de las superficies equipotenciales.
  • Las superficies equipotenciales son siempre perpendiculares a las líneas de campo eléctrico.
  • Los conductores en equilibrio estático son superficies equipotenciales.
  • Se puede considerar que los mapas topográficos muestran las líneas equipotenciales gravitacionales.

7.6 Aplicaciones de la electrostática

  • La electroestática es el estudio de los campos eléctricos en equilibrio estático.
  • Además de la investigación con equipos como el generador de Van de Graaff, existen muchas aplicaciones prácticas de la electroestática, como fotocopiadoras, impresoras láser, impresoras de inyección de tinta y filtros de aire electroestáticos.
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