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Física para ingeniería y ciencias Volumen 2
Material tomado del texto
de
Hans C. Ohanian
John T. Markett
© 2009 by the McGraw-Hill Companies, Inc
Capítulo 25 Potencial
electrostático y energía
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El potencial electrostático
Campo eléctrico
uniforme en el espacio
entre dos placas
paralelas con carga
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El campo marginal se
extiende fuera del campo
del espacio entre las
placas
El potencial electrostático
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Potencial electrostático
El potencial electrostático
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El potencial electrostático
Potencial
electrostático entre
un par de láminas
con carga opuesta,
en función de la
distancia a la lámina
positiva
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Dos puntos, P1 y P2, en
el campo eléctrico de
una carga q’. La
trayectoria que una a
los puntos P1 y P2 es
una recta radial
El potencial electrostático
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Esta trayectoria que
une a P1 con P2 se
compone de
segmentos radiales y
arcos circulares
El potencial electrostático
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Potencial de Coulomb
El potencial electrostático
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a) Potencial electrostático de una
carga positiva q’ en función de la
distancia.
Para esta gráfica, se considera que la
magnitud de la carga es q’ = 1 C
b) Potencial electrostático para una
carga negativa de magnitud q’ = -1 C
El potencial electrostático
Potencial de Coulomb en el eje
vertical, en función de la posición
en dos dimensiones. La gráfica es
para posiciones en un plano que
contiene una carga puntual:
a)Positiva
b)Negativa
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El protón (+ e) y el
electrón (- e) separados
por una distancia de
5.3 x 10-11 m
El potencial electrostático
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Energía potencial
eléctrica
El potencial electrostático
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Electrón volt (eV)
El potencial electrostático
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El electrón que se acerca
se encuentra en cierto
instante a la distancia de
5.3 x 10-11 m del protón
El potencial electrostático
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Conservación de la
energía
El potencial electrostático
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Potencial
electrostático a partir
del campo
Cálculo del potencial a partir del campo
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Una esfera de radio R con una distribución uniforme de carga. La trayectoria para calcular el potencial eléctrico se inicia en r = R y termina en r = r’. El desplazamiento ds es en dirección radial hacia adentro, y el campo eléctrico E tiene dirección hacia fuera; por consiguiente, el ángulo Ө entre E y ds es de 180° y cos Ө = -1
Cálculo del potencial a partir del campo
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Potencial electrostático
de una distribución
esférica uniforme de
carga
Cálculo del potencial a partir del campo
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Potencial de una
distribución continua de
carga
Cálculo del potencial a partir del campo
Una varilla con una
distribución uniforme
de carga
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Potencial electrostático
de una esfera metálica
(conductora) maciza
Potenciales en conductores
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Dos esferas conductoras
conectadas por un alambre
conductor:
ambas y el alambre tienen el
mismo potencial: son una
superficie equipotencial
Potenciales en conductores
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Ejemplos:
Cálculo del campo a partir del potencial
Vector campo
eléctrico
radial y su
componente z
Un anillo
cargado
uniforme
mente
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Superficies equipotenciales
para una lámpara plana muy
grande, con una distribución
uniforme de cargas. Los
equipotenciales son planos.
Esto indica que todos los
puntos que están a la misma
altura sobre la lámina están al
mismo potencial
Cálculo del campo a partir del potencial
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Superficies
equipotenciales para
una carga puntual
positiva. Son esferas
concéntricas. Eso
indica que los puntos a
la misma distancia de la
carga central están al
mismo potencial
Cálculo del campo a partir del potencial
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Superficies equipotenciales para una carga puntual positiva y una negativa, de magnitudes iguales. El plano intermedio de las cargas es una equipotencial
Cálculo del campo a partir del potencial
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El campo eléctrico
siempre es
perpendicular a la
superficie equipotencial.
Si una carga q se
mueve en esta
superficie, el campo
eléctrico no efectúa
trabajo sobre ella
Cálculo del campo a partir del potencial
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Energía de sistemas de cargas
Energía potencial de un sistema de
cargas puntuales
Tres cargas puntuales
Cuatro cargas puntuales
¿Cómo es la expresión de U?
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27
Cuatro cuerpos de
conductores
Energía de sistemas de cargas
Energía potencial de
un conductor
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28
Dos placas
paralelas, con
cargas +Q y -Q
Energía de sistemas de cargas
Densidad de energía
en el campo eléctrico