¿Qué significa que una pila tenga 1.5 voltios? Esa cifra describe el potencial eléctrico. Aquí aprenderás qué es, cómo se calcula y en qué se diferencia del campo eléctrico.
Potencial eléctrico
El potencial eléctrico (V) es la energía potencial eléctrica (U) de una carga en un punto, dividida entre el valor de esa carga:
Se mide en voltios (V); 1 V equivale a 1 J/C. Es escalar: tiene valor y signo, pero no dirección. Además, no depende de la carga de prueba que coloques: si la duplicas, se duplica su energía, pero el potencial sigue igual.
Para una carga puntual Q, a una distancia r (con V = 0 muy lejos de ella):
Aquí, k = 9×10⁹ N·m²/C². V tiene el signo de Q y disminuye en valor absoluto al alejarte. Con varias cargas, los potenciales se suman como números, cada uno con su signo.
No lo confundas con otras magnitudes
| Magnitud | Símbolo | Unidad | Tipo |
| Energía potencial eléctrica | U | J | Escalar |
| Potencial eléctrico | V | J/C = V | Escalar |
| Campo eléctrico | E | N/C | Vectorial |
Ejemplos claros
Carga puntual. ¿Cuál es el potencial a 20 cm de una carga de +4 nC?
Datos: Q = 4×10⁻⁹ C; r = 0.2 m.
Fórmula:
Sustitución:
Resultado: V = 180 V.
Pila. Entre los terminales de una pila de 1.5 V hay 1.5 V de diferencia de potencial: cada culombio intercambia 1.5 J.
Pájaro en un cable. Un pájaro posado en un solo cable de alta tensión toca dos puntos casi al mismo potencial. Sin diferencia de potencial entre sus patas, casi no circula corriente por él.
Error frecuente
Muchos piensan que, si V vale cero en un punto, allí no hay campo eléctrico. Es falso: el potencial se suma como número y puede cancelarse; el campo se suma como vector. Entre +q y −q iguales, en el punto medio, V = 0, pero ambos campos apuntan hacia la carga negativa y se refuerzan.
Comprueba lo aprendido
- Clasifica como escalar o vectorial: potencial eléctrico, campo eléctrico y fuerza eléctrica.
- Una carga de +6 nC crea un potencial en dos puntos, a 30 cm y a 60 cm. Calcula ambos valores y compáralos.
- Colocas primero una carga de prueba de 1 nC y luego una de 2 nC en el mismo punto. ¿Qué cambia: el potencial, la energía potencial o ambos?
Ver respuestas
1.
2.
3.
💬 Cuéntanos en los comentarios
¿Qué pregunta fue la más difícil?
Déjanos tu comentario ↓ Tu participación ayuda a otros estudiantes.Simulador: Mueve las cargas y mira el potencial en acción
Charges and Fields (Cargas y campos), de PhET, te permite colocar cargas positivas y negativas en el espacio y ver el campo eléctrico y el potencial electrostático que generan.
También puedes trazar líneas equipotenciales y descubrir cómo se relacionan con el campo eléctrico, o crear modelos de dipolos y condensadores.
Hipótesis previa
Antes de explorar, predice: si colocas una carga positiva y miras el potencial en puntos cada vez más lejanos, ¿qué pasará con su valor? Después, compruébalo.
💬 Cuéntanos en los comentarios
¿Qué observaste en el simulador?
Déjanos tu comentario ↓ Tu participación ayuda a otros estudiantes.Mini-quiz de autoevaluación
Elige una opción en cada pregunta y pulsa «Calificar». Cada respuesta correcta vale 20 puntos.
1. ¿En qué unidad se mide el potencial eléctrico?
2. ¿Cómo se define el potencial eléctrico en un punto?
3. Una carga de −2 nC está en el origen. ¿Qué signo tiene el potencial en un punto cercano?
4. Dos puntos están al mismo potencial. ¿Qué diferencia de potencial hay entre ellos?
5. ¿Cómo se combinan los potenciales que crean varias cargas en un mismo punto?
Comparte con tus amigos tu calificación
Resumen final
- El potencial eléctrico es la energía potencial por unidad de carga; se mide en voltios y es escalar.
- Para una carga puntual, V = kQ/r: su signo es el de la carga y su valor disminuye con la distancia.
- Que V valga cero en un punto no implica que el campo eléctrico sea nulo allí.
Preguntas frecuentes
No exactamente. Mientras que el potencial eléctrico representa el valor de V en un punto determinado respecto a una referencia, el voltaje corresponde a la diferencia de potencial entre dos puntos, la cual es medida por un voltímetro. Por esta razón, en muchos circuitos se utiliza la palabra voltaje para referirse a dicha diferencia.
Dado que el potencial siempre se define respecto a una referencia, lo que realmente importa físicamente son las diferencias entre puntos. A una distancia muy lejana de una carga puntual, su efecto resulta despreciable; por lo tanto, ese lugar se convierte en una referencia cómoda para escribir V = kQ/r. No obstante, en el análisis de circuitos suele elegirse la tierra como referencia.
Esta relación se observa en la dirección del campo eléctrico, el cual apunta hacia donde el potencial disminuye con mayor rapidez. Por ejemplo, en un campo uniforme, su valor se calcula como E = ΔV/d, donde d es la distancia entre dos puntos medida en la dirección del campo. Por eso, esta magnitud también se expresa comúnmente en voltios por metro (V/m).
Actividades
Reconocer
- Clasifica cada afirmación como propia del potencial eléctrico (V), de la energía potencial eléctrica (U) o del campo eléctrico (E): se mide en: N/C, J o J/C.
- Alrededor de una carga puntual hay cuatro puntos: A y B a 2 m, C a 3 m y D a 1 m. ¿Cuáles tienen el mismo potencial?
Aplicar
- Calcula el potencial a 0.9 m de una carga de +2 nC.
- Halla a qué distancia de una carga de +5 nC el potencial vale 45 V.
- Determina el potencial a 0.6 m de una carga de −4 nC.
- Una batería de 9 V hace circular 2 C por un circuito. ¿Cuánta energía se intercambia?
- Dos cargas de +3 nC están, cada una, a 1 m de un mismo punto. Calcula el potencial total en ese punto.
Justificar
- Explica con tus palabras por qué el potencial eléctrico y la energía potencial eléctrica no son la misma magnitud.
Corregir un error
- Un estudiante calcula el potencial a 0.5 m de una carga de +2 nC así: V = k · Q · r = 9×10⁹ · 2×10⁻⁹ · 0.5 = 9 V. Encuentra el error y corrige el resultado.
- Corrige la afirmación «si el potencial vale 0 V en un punto, allí no hay campo eléctrico» y da un ejemplo.
Respuestas
Ver
- Se mide en:
N/C: campo eléctrico (E)
J: energía potencial (U).
J/C: potencial eléctrico(V). - A y B. En una carga puntual, V = kQ/r solo depende de la distancia, y ambos están a 2 m. C y D tienen potenciales distintos.
- Se sustituye en la fórmula:
V = (9 × 10⁹ × 2 × 10⁻⁹) / 0,9 = 20 V.
- Se despeja la distancia:
r = (k × Q) / V = (9 × 10⁹ × 5 × 10⁻⁹) / 45 = 1 m.
- Se mantiene el signo de la carga:
V = (9 × 10⁹ × (−4 × 10⁻⁹)) / 0,6
V = -60 V.
- Cada culombio intercambia 9 J. Para 2 C: 9 J/C × 2 C = 18 J.
- Cada carga crea 27 V a 1 m, y los potenciales se suman como números: 27 V + 27 V = 54 V.
- Respuesta de ejemplo: la energía potencial (en julios) depende de la carga que coloques en el punto; el potencial (en J/C) es esa energía por unidad de carga y solo depende de la carga fuente y de la posición. Si duplicas la carga colocada, la energía se duplica y el potencial no cambia.
- El error: multiplicó por r en lugar de dividir. Lo correcto es:
V = (9 × 10⁹ × 2 × 10⁻⁹) / 0,5
V = 36 V.
- Es falsa. Ejemplo de respuesta: entre una carga +q y una −q iguales, en el punto medio, los potenciales se cancelan (V = 0), pero los dos campos apuntan hacia la carga negativa y se suman, así que el campo no es nulo.
© LaProfeMatematik · Aprender con amor de Dios y mucha pasión
Descubre más desde LaProfematematiK "Dios es Bueno"
Suscríbete y recibe las últimas entradas en tu correo electrónico.