POTENCIAL ELÉCTRICO
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La electricidad es la resultante del desplazamiento de los electrones (ver figura).
Se podría admitir que éstos circulan por los conductores, a través de los espacios intermoleculares, del mismo modo que lo hacen las moléculas de agua a través de un filtro poroso. Desde luego que para poder desplazarse necesita una fuerza, que se consigue estableciendo una diferencia de nivel eléctrico, que origina, como en el caso de los líquidos, una fuerza motriz. Esta fuerza necesaria, presión o tensión eléctrica, es el potencial V.
Fig -La electricidad es la resultante del desplazamiento de los electrones.
Se mide en voltios, palabra derivada del nombre del célebre físico italiano VOLTA, el primero que descubrió y construyó un generador de energía eléctrica: la pila de Volta.
TRABAJO ELÉCTRICO
Así como el trabajo que produce una cantidad de agua al caer, depende de la masa y de la altura, así también una masa eléctrica Q, que pasa de un potencial V1 a otro V2, produce un trabajo eléctrico que se representa por L y que es igual a: L = Q (V1 -V2).
Unidades
Sistema M K S A (S I): Si las cargas se miden en coulombios y los potenciales en voltios, el trabajo se expresa en julios.
julio = coulombio x voltio
Sistema C G S: Si las cargas y los potenciales se miden en unidades C G S, el trabajo se expresa en ergios.
DIFERENCIA DE POTENCIAL
Si en la fórmula del trabajo eléctrico: L = Q (V1 -V2) se considera solamente la unidad de carga, se tiene que: L = (V1 -V2).
Merced á lo cual podemos definir que la diferencia de potencial entre dos puntos
de un campo eléctrico es igual al trabajo que es necesario para transportar la unidad de carga entre dichos puntos.
Potencial de un conductor electrizado
El nivel eléctrico (potencial) es el mismo en todos los puntos de la superficie
del conductor, aunque no tengan la misma densidad eléctrica.
De no ser así, habría entre ellos una diferencia de potencial, lo que provocaría un transporte de electricidad, con objeto de igualarlos. Lo cual es imposible, ya que se considera la électricidad estática. en un conductor, como en estado de reposo.
Potencial en un punto
El potencial no es la densidad eléctrica.
Fig. -La densidad eléctrica es mayor en las zonas alargadas.
Así en la figura anterior para medir la densidad eléctrica se utiliza el plano de prueba y el electroscopio. Este indica que la densidad eléctrica es mayor en a por ser ésta la zona más alargada del objeto.
En cambio si ponemos los puntos a, b, c... , en comunicación con un pequeño electroscopio E (fig siguiente), por medio de un alambre metálico largo y delgado, el ángulo de desviación será igual en todos los puntos, lo que indica que el potencial es idéntico en todas las zonas del conductor.
Fig. -El potencial eléctrico es igual en todas las zonas del conductor.
Potencial a tierra y potencia cero
El potencial, como la temperatura y la altura de los niveles, puede ser positivo, negativo o nulo; y el cero, en cada caso, puede elegirse arbitrariamente,
así como la unidad.
Es así como para el calor, la temperatura
del hielo fundente está representada por 0° en el termómetro centígrado y por + 32° en el Fahrenheit.
En
cuanto al potencial eléctrico de un
conductor es un valor relativo a dos puntos: el 1º es el que se calcula y el 2° el que se toma como punto de referencia
y que se supone como potencial cero.
Siendo la Tierra un conductor muy grande, cuyo potencial puede suponerse constante, se ha convenido tomar como potencial cero el de la Tierra, y su representación,
es :
De esta manera se puede medir, no sólo la diferencia de potencial entre dos puntos, sino también el potencial de un punto o de un conductor.
En realidad, la diferencia de potencial de un conductor, con respecto al de la Tierra es el potencial de dicho conductor, ya que el, de la Tierra es cero.
Así, cuando se dice que el potencial de un conductor es de 100 voltios, se quiere indicar que la diferencia de potencial entre él y la Tierra tiene este valor.
Luego están al potencial cero, no sólo la Tierra, sino todo conductor en comunicación con ella por medio de un cuerpo buen conductor.
Se considera como positivo o negativo a todo potencial, según sea superior o inferior al potencial de la Tierra.
UNIDADES DE DIFERENCIA DE POTENCIAL
La anterior fórmula del trabajo eléctrico nos señala que:
L = Q (V1 - V2)
Entonces podemos escribir que:
En esta fórmula(V1 - V2) es la diferencia de potencial existente entre los puntos 1 y 2.
L, es el trabajo necesario para desplazar la carga eléctrica entre dichos puntos.
Q, es la carga eléctrica que se desplaza.
Si en esta fórmula se indican las respectivas unidades de cada magnitud, se obtiene la unidad de diferencia de potencial.
Sistema C G S
La unidad c.g.s. de diferencia de potencial
Luego:
Un conductor posee la unidad c.g.s. de potencial cuando necesita el trabajo de 1 ergio, para transportar la unidad
c.g.s. de carga, desde la Tierra o el ∞ hasta dicho conductor.
O también:
Entre dos puntos de un campo eléctrico
existe 1 unidad c.g.s. de diferencia de potencial cuando se necesita el trabajo de 1 ergio (1 dina por 1 cm) para desplazar entre los dos puntos la unidad c.g.s. de carga eléctrica.
Sistema M K S A o SI
Unidad M K S A de diferencia de potencial =
Luego:
Un conductor tiene un potencial de 1 voltio cuando necesita el trabajo de 1 julio para transportar desde la Tierra o el ∞ hasta el conductor, la carga de 1 coulombio.
a también:
Entre dos puntos de un campo eléctrico
existe una diferencia de potencial de 1 voltio cuando se necesita el trabajo de 1 julio (107 ergios) para transportar entre ellos la carga de 1 coulombio.
RELACiÓN ENTRE EL VOLTIO (UNIDAD M.K.S.A.) y LA UNIDAD C.G.S. DE POTENCIAL
Si en la fórmula:
se reemplazan los valores del julio y del coulombio por sus equivalentes en unidades del sistema C G S, teniendo en cuenta que:
1 julio = 107 ergios, y
1 coulombio = 3 X 109 u.c.g.s. de carga
eléctrica,
se obtendrá:
a sea que:
1 unidad c.g.s. de potencial = 300 voltios.
Capacidad eléctrica
Sea Q la carga eléctrica de un conductor y V el potencial que adquiere. Basándose sobre la comparación anterior se puede deducir que:
Q=CV
o sea que:
Por capacidad de un conductor se entiende la relación entre el valor de la carga existente el potencial creado por dichas cargas.
Ver tema relacionado : Campo
eléctrico - Condensadores
CAPACIDAD ELÉCTRICA
 |
Fig. - El potencial de tierra. |
| Si se introducen cantidades iguales de un gas en dos vasijas cerradas de diferente volumen, la presión que el gas ejerce en cada vasija es diferente. |
Si se cargan dos conductores distintos
con cantidades iguales de electricidad, adquieren potenciales diferentes |
| La cantidad de gas que se puede introducir en un recipiente cerrado depende de su volumen y de la presión
a que se somete el gas |
La cantidad de electricidad que puede almacenar un conductor depende
de su capacidad eléctrica y de su potencial |
| OTRAS COMPARACIONES: |
|
| Cantidades iguales de un líquido alcanzan distintas alturas en diferentes
vasijas. |
Cantidades iguales de electricidad originan potenciales distintos en diversos conductores. |
| El nivel de un liquido en vasijas comunicantes es el mismo, pero las cantidades contenidas son proporcionales
a los volúmenes de las vasijas. |
El potencial de varios conductores conectados entre sí es el mismo, pero las cantidades almacenadas son proporcionales
a las capacidades eléctricas
de los conductores. |
| El volumen del líquido contenido en una vasija es proporcional al nivel que alcanza en ella. |
La cantidad de electricidad contenida en un conductor es proporcional a su potencial. |
Una aplicación de los
condensadores en corriente alterna son los filtros para armónicos
en motores. Con el
uso de condensadores se consigue que los armónicos o
señales de alta frecuencia no lleguen al motor,
desviándose hacia tierra y permitiendo al motor recibir
una señal senoidal libre de ruidos.
Fig.
: Eliminación de armónicos mediante el uso de condensadores
conectados a tierra
La eliminación se consigue gracias a que
los condensadores presentan, al paso de señales con alta
frecuencia (armónicos), una resistencia prácticamente
nula, desviando estos armónicos hacia tierra.
En cambio, para señales senoidales de baja frecuencia (50Hz),
representan una resistencia
considerable dificultando su paso a través de los condensadores,
obligando a estas señales a seguir
(libres de armónicos) hacia el motor.
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