Potencial en conductor
No se si me explido pero vamos que la idea la pregunta es que no soy capaz de dar el salto en la comprensión de como funciona el potencial eléctrico pero cuando ya lo manejamos en circuitos. Se está hablando en la teoría de potenciales creados por distribuciones de cargas pero luego no veo todo el significado del potencial pero aplicado a los circuitos eléctricos y eso me lleva a no comprender nada de la electricidad.
Estaría muy agradecido que el me disipara esta duda.
2 respuestas
Veo que tienes claro el concepto de potencial eléctrico creado por una carga puntual, y veo que tienes claro el aspecto más difícil de entender, que es el hecho de que este potencial eléctrico lo medimos en un punto del espacio, no sobre otra carga (sobre otra carga no mediríamos el pontecial, sino la influencia de dicho potencial. A esta influencia le llamamos energía potencial).
Al trasladar esto al campo entre dos placas, tenemos lo mismo. No deber pensar en la influencia de cada una de las placas sobre la otra, sino en la influencia de cada placa sobre el lugar del espacio en el que estará la otra placa. De esta forma podemos hablar de diferencia de potencial entre dos placas, cuando realmente deberíamos decir diferencia de potencial entre los dos lugares del espacio que están ocupados por las placas.
Pero ¿cómo es posible que dos placas de un conductor tengan potencial diferente, o incluso una tenga potencial y la otra no (este caso es más raro)? Pues esto es posible porque, desde el momento en que en ese conductor existe una diferencia de potencial, es porque existen unas cargas eléctricas. Pero como sabemos, los objetos son eléctricamente neutros, luego ese conductor debe tener cargas tanto positivas como negativas, lo que ocurre es que unas y otras no están juntas, sino separadas en diferentes lugares. Las cargas positivas están alojadas en un extremo, creando un potencial eléctrico positivo en ese extremo, mientras que las cargas negativas están almacenadas en otro extremo del conductor, creando desde allí un potencial eléctrico negativo. Ya tenemos nuestra diferencia de potencial dentro de un conductor.
Y ahora date cuenta de una cosa. ¿Cómo llamamos a un conductor que tiene acumulada carga positiva en un extremo y carga nevativa en el otro? Pues le llamamos pila o batería. De ahí que un condensador (que suele ser el ejemplo de dos placas eléctricas enfrentadas) siempre forme parte de un circuito, que solo funciona si está conectado a uin generador (pila o batería); si no hay pila, no hay corriente, no hay cargas, no hay potencial. Lo que ocurre es que, por simplificar, siempre dejamos de lado el resto del circuito y hablamos directamente de las placas, obviando todo lo demás.
¿Me explico?
Has dicho que en realidad el potencial es debe ser referido más propiamente como potencial de un punto del campo, más que como potencial de una carga o conductor - eso creo que me has venido a decir al principio de la respuesta -, entonces yo pienso lo siguiente (a ver si es correcto): Si tenemos dos placas paralelas separadas físicamente una de la otra. A una de ellas le "han quitado" electrones (placa A) y se ha quedado cargada positivamente (+Q). Frente a ella tiene, de iguales dimensiones y geometría, otra placa a la que "le han dado" los electrones (placa B) que le quitaron a la otra placa, y se ha quedado cargada negativamente (-Q). Entonces pregunto pienso a ver si acierto: la placa A de carga + Q, tiene un potencial Va debido a que está en el lugar donde el potencial por efecto de la placa B con carga -Q es precisamente Va (de la misma forma que una carga de prueba qp tiene un potencial Vp al localizarla en un punto del campo creado por una carga fuente puntual qf por efecto de dicha carga fuente qf, pero el origen del potencial Vp es la carga fuente qf). Esta situación sería "mirando" desde el punto de vista de que es la placa B la que crea el campo y su consiguiente potencial Va que es donde hemos puesto la placa A. Se podría mirar al contrario invirtiendo el punto de vista considerando que la placa A con su carga +Q es la que crea el campo en uno de cuyos lugares de influencia situamos ahora la placa B con su carga -Q, la cual adquiere por tanto el potencial Vb . En esta situación tendríamos que la diferencia de potencial entre las dos placas (entre los puntos que ocupan las placas) sería VA - VB o viceversa según se mire, en cualquier caso la diferencia seria 0. Si esto fuese cierto, el origen del potencial en cada placa es precisamente la carga de la placa contraria, y no la de la propia carga, y ademas tendríamos que que la diferencia de potencial entre los lugares de la placa A y B es cero.
Por otra parte pienso que si en las proximidades de la placa A "suelto" una carga de prueba (positiva) se me aleja de la placa A (carga +Q) hacia la placa B (carga -Q) y en ese alejarse es donde se desarrolla el trabajo que es a la postre el potencial en ese punto donde suelo la carga de prueba.
No lo entiendo la verdad, y lo entiendo menos cuando me dices: Las cargas positivas están alojadas en un extremo, creando un potencial eléctrico positivo en ese extremo, mientras que las cargas negativas están almacenadas en otro extremo del conductor, creando desde allí un potencial eléctrico negativo. Ya tenemos nuestra diferencia de potencial dentro de un conductor.
No quiero ser pesado pero sigo sin ver que significa que la placa tal y tiene potencial tal, y que significa diferencia de potencial entre dos placas enfrentadas cada una con su repectivo potencial.No concilio esta idea con la diferencia de potencial entre dos puntos de un campo creado por una carga puntual, que si lo veo como el trabajo para ir de uno a otro punto.
A ver si me lo puedes hacer ver por favor. Muchísimas gracias.
Has dicho que en realidad el potencial es debe ser referido más propiamente como potencial de un punto del campo, más que como potencial de una carga o conductor
Si es esto lo que ehe dado a entender, me he expresado mal. No existe el potencia DE un punto, sino el potencial creado POR una carga EN un punto.
Entonces pregunto pienso a ver si acierto: la placa A de carga + QUE, tiene un potencial Va debido a que está en el lugar donde el potencial por efecto de la placa B con carga -Q es precisamente Va (de la misma forma que una carga de prueba qp tiene un potencial Vp al localizarla en un punto del campo creado por una carga fuente puntual qf por efecto de dicha carga fuente qf, pero el origen del potencial Vp es la carga fuente qf)
No es correcto. Corrijo:
La placa A de carga Q crea un potencial Va debido a que tiene carga. Ese pontecial vale:
Va = K · Q /r
Ahora bien; ese potencial lo crea en el espacio que le rodea. Cuando en algún lugar de ese espacio situamos otra carga B, de valor q', esa nueva carga B adquiere ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTRICA (Ep) como consecuencia de que:
1.- Se trata de una carga eléctrica
2.- Está situada en un punto del espacio donde hay un potencial eléctrico, creada por la carga A.
Esa energía potencial adquirida por la carga B al estar situada en un punto del espacio donde hay un potencial creado por la carga A se calcula como:
Ep = K · Q · q' / r
Esta explicación es igualmente válida si hablamos de placas cargadas, en lugar de hablar de cargas puntuales.
Veamos más cosas:
En esta situación tendríamos que la diferencia de potencial entre las dos placas (entre los puntos que ocupan las placas) sería VA - VB o viceversa según se mire, en cualquier caso la diferencia seria 0
Efectivamente, la diferencia de potencial es la resta entre los potenciales de las placas, pero esa resta nunca puede dar 0, por la sencilla razón de que el potencial es una magnitud escalar, lo que significa que al calcular su valor debes tener en cuenta el signo de la carga que está creando cada uno de los potenciales. Como una de esas cargas es positiva y la otra negativa, uno de los potenciels será positivo y el otro negativo, por lo que entre dos placas es imposible obtener una diferencia de potencial nula al restarlos.
Más:
Por otra parte pienso que si en las proximidades de la placa A "suelto" una carga de prueba (positiva) se me aleja de la placa A (carga +Q) hacia la placa B (carga -Q) y en ese alejarse es donde se desarrolla el trabajo que es a la postre el potencial en ese punto donde suelo la carga de prueba.
Absolutamente correcto.
No lo entiendo la verdad, y lo entiendo menos cuando me dices: Las cargas positivas están alojadas en un extremo, creando un potencial eléctrico positivo en ese extremo, mientras que las cargas negativas están almacenadas en otro extremo del conductor, creando desde allí un potencial eléctrico negativo. Ya tenemos nuestra diferencia de potencial dentro de un conductor.
No quiero ser pesado pero sigo sin ver que significa que la placa tal y tiene potencial tal, y que significa diferencia de potencial entre dos placas enfrentadas cada una con su repectivo potencial. No concilio esta idea con la diferencia de potencial entre dos puntos de un campo creado por una carga puntual
Veamos. Cuando tenemos dos placas enfrentadas, esas placas no tienen carga porque sí. ¿Qué debemos hacer para que sí que tengan carga? Pues el método más sencillo es conectar esas placas a un circuito eléctrico, de forma que a cada placa le unimos un cable. Pero eso no es suficiente, ya que los cables no aportan cargas; simplemente las hacer llegar. Por esto, será necesario añadir algo más al circuito. Ese algo más, capaz de aportar las cargas positivas y negativas necesarias, es una pila.
Ahora ya tenemos un circuito completo: Una pila que tienes dos polos (uno positivo, donde está acumulada toda la carga positiva y uno negativo, donde está acumulada toda la carga negativa), unos cables conductores, que permiten que las cargas de la pila se muevan libremente por el circuito, y unas placas conectadas a esos hilos. Una de las placas estará conectada al polo + de la pila, por lo que esa placa tendrá una acumulación de carga + procedente de la pila, lo que creará a su alrededor un potencial eléctrico +. La otra placa está conectada al polo - de la pila, por lo que esa placa tendrá una acumulación de carga - procedente de la pila, que creará un potencial - a su alrededor.
Pero realmente no nos interesa qué ocurre en cualquier punto alrededor de las placas (sí que nos interesa cuando hablamos de cargas puntuales). Al hablar de placas, solo nos interesa lo que ocurre en el espacio que hay entre las placas. Y más concretamente, en el lugar ocupado por cada una de ellas. En el lugar ocupado por la placa B, tenemos un potencial creado por la placa A, y viceversa. La diferencia de potencial que hay entre esos dos puntos es lo que llamamos diferencia de potencial entre las placas.
¿Lo entiendes mejor ahora?
Lo de potencial creado por una carga en un punto, aclarado.
Lo de la discusión Potencial-energía potencial creado por una carga o placa (segundo punto de las correcciones), aclarado.
Respecto a la tercera aclaración, tengo que preguntar: ¿Qué significa un potencial positivo y qué un potencial negativo?. (Se refiere a un trabajo que hay "que dar" al sistema, o que "lo da el sistema", según sea negativo o positivo respectivamente, pregunto). ¿Es siempre un potencial positivo (número mayor que cero, por ejem. V= +25 V) el que tiene un conductor cargado con carga positiva? O ¿Puede haber un potencial negativo en número pero positivo en carga?. ¿Es siempre un potencial positivo en carga mayor que un potencial negativo en carga, por ejemplo, es mayor potencial V1= +25 V, que otro V2= - 100 V?
Respecto a la última corrección: cuando el polo positivo de la pila se conecta con un cable a una placa y le comunica carga positiva en realidad lo que hace es que le arranca electrones y deja la placa "en positivo", con carga positiva. ¿Es correcta la afirmación?. Y cuando el polo negativo de la pila se conecta con un cable a la otra placa enfrentada a la primera, ¿"son esas cargas arrancadas" a la placa las que "colocan" acumulándose en la placa vía polo negativo de la pila-cable-placa?
En cuanto que "diferencia de potencial entre las placas" comprendido.
La verdad no se ni como me aguanta. Otra vez GRACIAS.
¿Es siempre un potencial positivo (número mayor que cero, por ejem. V= +25 V) el que tiene un conductor cargado con carga positiva?
Efectivamente. Como te explicaba el último día, el potencial eléctrico creado por una carga QUE se calcula mediante la fórmula:
V = K · Q /r, donde K es la constante dieléctrica del medio en el que esté la carga, Q es el valor de la carga incluyendo su signo, y r es la distancia desde la carga hasta el punto donde queremos calcular el potencial creado por ésta. Como se puede comprobar con la fórmula, si una carga es negativa, el potencial creado por ésta será negativo (por ejemplo, -25v), y si la carga es positiva, el potencial creado por ésta será positivo (por ejemplo, 25v)
¿Puede haber un potencial negativo en número pero positivo en carga?
Absolutamente imposible. El potencial creado por una carga tendré el mismo signo que ela carga siempre.
¿Es siempre un potencial positivo en carga mayor que un potencial negativo en carga, por ejemplo, es mayor potencial V1= +25 V, que otro V2= - 100 V?
Efectivamente. Por definición, el potencial eléctrico creado por una carga positiva siempre será mayor que el creado por una carga negativa, ya que hay que tener presente el signo.
Respecto a la tercera aclaración, tengo que preguntar: ¿Qué significa un potencial positivo y qué un potencial negativo?. (Se refiere a un trabajo que hay "que dar" al sistema, o que "lo da el sistema", según sea negativo o positivo respectivamente, pregunto)
De alguna manera, sí que se refiere al trabajo, pero intentar relacionar el trabajo con el potencial es peligrosísimo. Esto es un concepto teórico, y resulta algo complicado de entender, pero vamos a intentarlo.
El campo eléctrico es un entorno conservativo, lo que significa que el trabajo que se hace no desaparece; se conserva. Esto ya nos lleva a dos preguntas:
1.- ¿Por qué hay que hacer trabajo? Por la sencilla razón de que mover una carga dentro de un campo eléctrico no es físicamente gratis. El precio que se paga por moverla es trabajo. Otra cuestión es quién hace ese trabajo. Para acercar una carga + a una carga -, como esto es lo que ocurre de manera natural (cargas de diferente signo se atraen), el trabajo lo hará el propio campo; es un trabajo propio y se identifica porque al calcularlo se ontiene signo positivo. Para acercar dos cargas de igual signo, como esto va "contra natura", el propio campo no va a querer hacerlo. El trabajo deberemos realizarlo nosotros; es un trabajo externo y se identifica porque al calcularlo se obtiene signo negativo.
2.- Si el trabajo no desaparece, ¿dónde va a parar? O ¿De dónde ha salido? En el caso de que sea un trabajo externo, nosotros tendremos que comunicar ese trabajo, y quedará almacenado "dentro" de la carga que se mueve, en forma de energía potencial. La carga que hemos movido tendrá más energía potencial de la que etenía antes. En el caso de que sea un trabajo propio, ese trabajo va a salir de la carga que se está moviendo, que lo tenía almacenado en forma de energía potencial, al moverse, esa carga irá perdiendo energía potencial, que se está transformando en el trabajo necesario para realizar ese movimiento.
Aclarados estos dos puntos, volvemos a la pregunta inicial:¿Dónde está la relación entre el potencial y el trabajo? Pues está en que el potencial es el trabajo que hay que hacer para desplazar cada coulombio de carga. Aquí es donde está el problema.
No podemos relacionar el signo del potencial que hay en una región del espacio con el signo del trabajo necesario para desplazar una carga de muestra por esa región del espacio. La razón es que HAY QUE TENER PRESENTE TAMBIÉN EL SIGNO DE LA CARGA QUE SE VA A MOVER.
Te lo explicare:
Todos sabemos que cuando se aplica una ddp a los estrenos de un trozo de metal, se establece de inmediato un flujo de cte, pues los e- o cargas eléctricas de los átomos que forman la molécula del metal comienzan a moverse empujados por la presión que sobre ellos ejerce la tensión o voltaje. Esa presión procedente de cualquier batería o generador o fuente de fem, permite establecer un flujo de cte eléctrica a través del metal, como ya dijimos, los metales son los que ceden más facilment e e- ya que estos giran en la ultima órbitas de sus átomos .
Tratándose de fenómenos relacionados con la electricidad la llamaremos tensión eléctrica, es decir los e- son partículas solidas y para poner esas cargas en movimiento se necesita una tensión., también hay otra forma de llamarla que es diferencia de nivel o ddp. Se la puede llamar fem, voltaje o ddpexpresandose con las letras: v, u, Ve, E.
La tensión es entonces la presión ejercida sobre un flujo de electrones. Se denomina tensión eléctrica o voltaje a la energía potencial por unidad de carga que esta asociada a un campo electrostático. En otras palabras, el voltaje es la diferencia de energía potencial entre dos `puntos de u conductor. Esta tensión eléctrica puede ser vista como si fuera una presión eléctrica.
El voltaje, tensión o diferencia de potencial también puede definirse como el trabajo realizado en el transporte de una unidad de carga positiva entre dos puntos de un circuito. Su unidad de medidas son los voltios. Un volt : 1 julio
1 coulomb
El julio es la unidad de trabajo que en el sistema georgiano se refiere al trabajo realizado por una fuerza de un newton cuyo punto de aplicación se desplaza a un metro en su dirección y sentido.
Julio : unidad de trabajo/Carga eléctrica
Las letras de tension son: V, U, u, E, e
Donde V = energia / Unidad de carga
V = E /Q Q : Unidad de carga. Coulombios transportados
Trabajo ( W ) : E x Q
E : tensión en voltios
W : ( trabajo )
Q ( unidad de carga )
Trabajo total : E por Q es decir, la tensión multiplicada por la cantidad de cargas
Si el trabajo es de un julio para transportar un coulombio la velocidad de la carga es de un volt.
Es el trabajo real en el transporte de una unidad de carga positiva, entre dos puntos del circuito y al que se llama ddp, voltaje o tensión
Ahora…, para explicar que es la tensión imaginemos la siguiente ilustración:
Un tanque de agua al que colocamos una manguera con una boza en la parte inferior, en este caso podemos decir que el liquido se pone en movimiento por efecto de su propia intentar, sin ejercer presión voluntaria. Pues el agua comenzara a salir con fuerza por la parte inferior de la cañería debido a la presión que ejerce el liquido dentro del tanqe, entonces decimos que la diferencia de nivel es lo que hace mover el liquido., esta diferencia de nivel equivale directamente a una presión o tensión, y como el agua representa una masa a la espera de ejercer su efecto decimos que es una energía potencial.
El movimiento de las cargas eléctricas se asemeja al de las moléculas de un líquido, cuando al ser impulsadas por una bomba circulan a través de la tubería de un circuito hidráulico cerrado.
Las cargas eléctricas se pueden comparar con el líquido contenido en la tubería de una instalación hidráulica. Si la función de una bomba hidráulica es poner en movimiento el líquido contenido en una tubería, la función de la tensión o voltaje que proporciona la fuente de fuerza electromotriz (FEM) es, precisamente, bombear o poner en movimiento las cargas contenidas en el cable conductor del circuito eléctrico. Los elementos o materiales que mejor permiten el flujo de cargas eléctricas son los metales y reciben el nombre de “conductores”.
Imaginemos ahora 2 tanques de h2o, podemos establecer una comparación entre la circulación de electricidad y la de h20, tenemos agua en u deposito elevado y colocamos una manguera que va hasta otro deposito colocado más abajo, el agua correrá por el caño desde el deposito más elevado hacia el deposito situado en el nivel inferior, nunca en sentido contrario., decimos entonces que el agua circulara del deposito más elevado al que esta colocado en un nivel inferior o más bajo. Si colocamos los depósitos sobre una mesa, el agua llenara el caño pero no se moverá, no circulara entre los dos tanques. Para que circule agua entre los dos depósitos, deben estar colocados en diferentes niveles.
Cuando abrimos la canilla y sale agua eso más arriba del techo que representa el nivel superior, la diferencia de nivel es la fuerza que impulsa el agua a circular.
Algo parecido ocurre con la electricidad, para que haya circulación de corriente, tenemos que tener una tensión, ddp o fuerza eléctrica.
Si tenemos un cuerpo con potencial negativo y otro con potencial positivo, entre estos dos cuerpos tenemos una diferencia de potencial (d.d.p.) Los cuerpos tienden ha estar en estado neutro, es decir a no tener carga, es por ello que si conectamos los dos cuerpos con un conductor (elemento por el que pueden pasar los electrones fácilmente) los electrones del cuerpo con potencia negativo pasan por el conductor al cuerpo con potencial positivo, para que los dos cuerpos tiendan a su estado natural, es decir neutro.
¿Qué es la tensión eléctrica? La tensión eléctrica es la diferencia de potencial entre los dos cables que forman un circuito eléctrico elemental. Por ejemplo: entre un agujero y el otro de una base de enchufe de nuestra casa, si quisiéramos medir la diferencia de potencial, llamado normalmente voltaje, conectaríamos un voltímetro entre los dos agujeros, y nos daría 220 voltios.
¿Qué son los voltios? Es la diferencia de potencial o voltaje entre las dos líneas o cables de un circuito elemental. Normalmente, en las casa españolas, 220 voltios. Se expresa 220 V
Entonces,
Acabamos de generar corriente eléctrica, ya que este movimiento de electrones es lo que se llama corriente eléctrica. Luego es necesario una d.d.p entre dos puntos para que cuando los conectemos con un conductor se genere corriente eléctrica. La diferencia de carga (d.d.p.) De los dos cuerpos será la causante de la corriente eléctrica de uno a otro.
Si tenemos 2 cuerpos con diferentes cargas eléctricas, es decir, dos cuerpos con diferentes valor de potencial., las cargas negativas del primer cuerpo., se van a repeler., ejerciendo una presión entre ellas que producirá la circulación de un caudal eléctrico., en otras palabras, la acumulación de cargas del mismo signo en el primer cuerpo., se van a repeler ejerciendo de esa manera una presión, una tensión que producirá una corriente o caudal eléctrico denominado intensidad., al colocar un cable entre las cargas., esa diferencia de potencial hará que circule la corriente. ES decir las cargas eléctricas negativas ejercerán una presión la cual se denomina potencial, esa presión es lo que hace circular la corriente. Esa diferencia de potencial es el voltaje.
Entonces, cuando aplicamos una ddp, las cargas negativas del circuito se rechazan entre si produciendo una tensión., debido a esa presión ejercida sobre las cargas., estas cargas eléctricas comienzan a moverse a desplazarse., produciendo un flujo de e- y estableciéndose así la circulación de una corriente cuya I de flujo se medirá en A,
Si colocamos un alambre entre esos 2 cuerpos se produce la circulación de una corriente eléctrica entre un punto y otro.
Cuando los cuerpos están cargados a igual tensión, es decir., si los dos cuerpos tuvieran 20 v por ejemplo, la ddp seria cero., no circularía corriente entre ellos. El alambre se electrizara, adquirirá carga eléctrica pero esas cargas no circulan, no hay por tanto cte electica, en realidad, por instante de tiempo en que tardan las cargas en correrse y ocupar todo el alambre., hay circulación de cargas pero después cesa todo movimiento., puede hablarse de una corriente transitoria. La carga eléctrica que posee un cuerpo se mide en culombios (C). Un culombio equivale a la carga de 6,25 x 1018 electrones.