Potencial eléctrico

La tensión es energía por unidad de carga

La diferencia de potencial corresponde a dos posiciones del campo; la energía potencial eléctrica corresponde a una carga concreta situada allí. El mismo ΔV puede aumentar U para una carga positiva y disminuirla para una negativa.

Potencial de cargas puntuales

Para varias cargas puntuales, el potencial obedece al principio de superposición: V = Σ(kQᵢ/rᵢ). A diferencia de los vectores de campo eléctrico, estos términos se suman como escalares con signo.

Del potencial al campo eléctrico

El campo eléctrico apunta hacia valores decrecientes del potencial eléctrico. En una dimensión, Eₓ = −dV/dx. Una variación pronunciada de V con la posición corresponde a un campo intenso; un potencial localmente plano corresponde a un campo pequeño.

Moverse a lo largo de una equipotencial da ΔV = 0, por lo que el trabajo electrostático asociado a ese desplazamiento es cero. Las líneas de campo cortan por tanto las superficies equipotenciales en ángulo recto.

Elección del cero de potencial

Solo las diferencias de potencial afectan a cambios de energía medibles, por lo que el nivel cero es una elección de referencia. Para cargas aisladas resulta cómodo tomar V = 0 en el infinito. En circuitos y sistemas de laboratorio puede definirse otro punto como tierra o cero voltios.

Cambiar la referencia desplaza todos los potenciales en la misma constante, pero deja sin cambios ΔV, los campos eléctricos y las predicciones físicas.

Razonamiento energético y errores habituales de signo

El potencial eléctrico no es la energía potencial eléctrica. Un potencial negativo no corresponde automáticamente a un estado de baja energía para cualquier partícula: U = qV invierte el orden para q negativa. Del mismo modo, un punto puede tener V = 0 y E distinto de cero si las contribuciones de fuentes positivas y negativas se cancelan en el potencial, pero no en el campo.

Al comparar dos puntos, el trabajo realizado por el campo eléctrico es W_campo = −ΔU = −qΔV. Una carga positiva liberada desde el reposo tiende a acelerarse hacia valores menores de V; una carga negativa, hacia valores mayores. Esta regla energética suele ser más rápida que intentar deducir la fuerza a partir de un patrón de signos memorizado.

Ejemplos resueltos

1. Potencial de una carga puntual

Calcula V a 0,30 m de una carga puntual de +4,0 nC, tomando V = 0 en el infinito.

2. Cambio de energía por una diferencia de potencial

Una carga de +2,0 μC atraviesa ΔV = −150 V. Calcula ΔU.

3. Campo uniforme a partir del cambio de potencial

El potencial disminuye 600 V a lo largo de 0,20 m en una región donde el campo es uniforme y paralelo al desplazamiento. Calcula el módulo del campo.