Aclaración sobre la energía potencial eléctrica

Por lo que entiendo de mis notas (corríjame si me equivoco), la energía potencial eléctrica es el trabajo realizado para llevar la carga desde el infinito hasta cierto punto desde la fuente de carga. Sea este punto X. En el caso de una carga fuente +Q, se ejercerá una fuerza electrostática de repulsión sobre la carga de prueba +q y la carga de prueba acelerará hacia el infinito y se alejará de la carga fuente en un sistema aislado.

Cerca del infinito o cuando la distancia desde la carga de prueba y la carga fuente se acerca al infinito, la fuerza eléctrica y la intensidad del campo eléctrico se aproximan a cero. Para llevar la carga de prueba al punto X, necesitarías ejercer una fuerza sobre la carga de prueba que actúe en la dirección hacia la fuente de carga. Esta fuerza es la fuerza externa que actúa en dirección opuesta a la fuerza eléctrica ejercida sobre la carga de prueba.

A medida que la carga de prueba se acerca a la fuente de carga, la fuerza eléctrica aumenta, lo que significa que la fuerza externa debe ser constantemente igual a la fuerza eléctrica para que la carga de prueba continúe moviéndose hacia la fuente de carga a velocidad constante. Supongo que es importante que la carga de prueba se mueva a velocidad constante; de ​​lo contrario, el trabajo realizado en la entrada de energía/carga de prueba en el sistema consistirá tanto en energía potencial eléctrica como en energía cinética.

El gráfico de Fuerza-distancia (desde la carga de prueba hasta la carga de origen) debería verse así:ingrese la descripción de la imagen aquí

Entonces, el trabajo realizado o energía potencial eléctrica sería:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Aquí es donde no estoy seguro acerca de las cosas:

1) Cerca del infinito, la carga de prueba seguiría acelerándose alejándose de la carga fuente, aunque la fuerza eléctrica sería muy pequeña o cercana a 0. Para que la carga de prueba sea llevada en la dirección opuesta hacia la carga fuente, la la fuerza externa tiene que ser mayor que la fuerza eléctrica en el punto cercano al infinito, de modo que la fuerza resultante ejercida sobre la carga de prueba sea hacia la fuente de carga. La carga de prueba acelerará hacia la fuente de carga hasta que la fuerza externa sea igual a la fuerza eléctrica, en la que luego viajará a velocidad constante hacia P si la fuerza externa sigue siendo igual a la fuerza eléctrica. De lo contrario, si la fuerza externa es constantemente igual a la fuerza eléctrica como se indica en mis notas, entonces la carga de prueba continuaría alejándose de la fuente de acuerdo con la primera ley de Newton.

2) Con respecto a la carga de prueba que se mueve a velocidad constante a medida que se desplaza desde el infinito hasta el punto X, ¿qué sucede si la fuerza externa ejercida sobre la carga de prueba cerca del infinito es igual a la fuerza eléctrica ejercida sobre la carga de prueba en el punto X o a Newtons (mostrado en el diagrama)? Aunque el objeto aceleraría inicialmente, a medida que disminuyera la magnitud de la aceleración, la KE disminuiría porque se convertiría en EPE. ¿Es esta otra forma de calcular EPE?

Respuestas (1)

De lo contrario, si la fuerza externa es constantemente igual a la fuerza eléctrica como se indica en mis notas, entonces la carga de prueba continuaría alejándose de la fuente de acuerdo con la primera ley de Newton. ¿Es esto correcto?

Cuando la fuerza neta sobre la carga de prueba es cero, entonces está en reposo o moviéndose con velocidad constante.

Tiene razón en que si antes de que se aplique la fuerza externa, se libera la carga de prueba, se alejará de la fuente de carga.
Sin embargo, ¿qué tiene de malo que la carga de prueba tenga una velocidad inicial hacia la fuente de carga y mantenga la fuerza neta sobre la carga de prueba en cero?

O hacer que la fuerza externa sea ligeramente mayor que la fuerza de repulsión en una distancia corta cuando la carga de prueba está lejos de la fuente de carga y luego mantener la fuerza neta sobre la carga de prueba en cero.
Entonces, la cantidad "extra" de trabajo realizado en la carga de prueba es Δ F mi X t mi r norte a yo , F a r Δ r F a r .
Luego, cuando la carga de prueba está cerca de la fuente de carga, la fuerza externa es más pequeña que la fuerza de repulsión, de modo que la carga de prueba llega al punto X con velocidad cero.
En general, la "cantidad reducida de trabajo realizado en la carga de prueba es Δ F mi X t mi r norte a yo , norte mi a r Δ r norte mi a r tal que Δ F mi X t mi r norte a yo , F a r Δ r F a r + Δ F mi X t mi r norte a yo , norte mi a r Δ r norte mi a r = 0 es decir, la cantidad neta de trabajo realizado al cambiar la fuerza neta sobre la carga de prueba es cero.

¡Gracias! Pero, ¿qué pasa con mi segundo punto, no es factible dejar que la fuerza externa sea igual a la fuerza eléctrica en el punto X cerca del infinito?
@xander Por supuesto que lo es, pero su propósito es encontrar el trabajo realizado por una fuerza externa al acercar la carga de prueba a la carga de origen sin cambiar la energía cinética de la carga de prueba. Por lo tanto, podría permitir que la carga de prueba se aleje de la fuente de carga, pero luego tendría que aplicar una fuerza externa mayor que la fuerza de repulsión para que la carga de prueba se mueva en la dirección correcta, es decir, más cerca del cambio de fuente.
Mi error; se dio cuenta de que aunque la magnitud de la aceleración disminuiría a medida que la carga de prueba se acerca a la fuente de carga, la carga de prueba seguiría aumentando en velocidad hasta el punto X, lo que significaría un aumento en KE. Entonces tendría que disminuir la energía externa para detener la carga de prueba en P y disminuir la KE nuevamente a 0. ¡Gracias por la ayuda!
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