¿Cuál es la diferencia entre la energía potencial y la energía de una carga de prueba debida al campo eléctrico?

Estamos tomando el curso de electrostática en la clase de física, y me preguntaba sobre algunas cosas relacionadas con el potencial, la energía potencial y el campo eléctrico. Imagine dos partículas idénticas con cargas opuestas separadas por una distancia d . En medio de las dos cargas, la mitad de d , allí se coloca una carga de prueba. La carga de prueba comienza a moverse hacia la derecha, asumiendo que el negativo está a la derecha y el positivo a la izquierda. Pero si tuviéramos que calcular el potencial en ese punto, sería cero, lo que tampoco implica energía. La partícula, sin embargo, acelera hacia la derecha hacia la carga negativa con algo de energía. ¿De dónde salió esa energía? Puede responder a la pregunta simplemente diciendo que la energía proviene del campo eléctrico porque el movimiento es causado por el campo eléctrico (o la fuerza de atracción y repulsión aportada por cada carga). Entonces, ¿qué entendemos por potencial cero/energía potencial? ¿De qué energía hablamos cuando decimos energía potencial o energía cinética de la partícula provocada por el campo eléctrico? no es

Creo que te estás perdiendo un punto crítico aquí. Si la partícula de prueba comienza a moverse desde una posición estacionaria, entonces debe haber una fuerza actuando sobre ella. En el caso de dos partículas estacionarias con carga opuesta, el campo eléctrico entre ellas NO es cero ya que mi = − ∇ ϕ ≠ 0 en todos los puntos entre las partículas.
@sammygerbil - Pero sé que el campo eléctrico no es cero (la derivada del negativo del potencial no es cero). Esa es la pregunta que se hace allí. Mi pregunta es cuál es la diferencia entre la energía del potencial y la energía causada por el campo eléctrico para mover la carga de prueba.

Respuestas (3)

Decir que la energía potencial es cero en ese punto no tiene mucho sentido.

Sólo importan las diferencias de energía potencial.

  • Piensa en una pelota en el suelo. La energía potencial gravitacional es cero. Pero solo porque el suelo es nuestra referencia. Si hay un agujero en el piso, entonces la pelota rodará hacia allí, porque esa posición tiene un potencial gravitacional más bajo .

La energía potencial gravitatoria en el agujero es negativa. Eso no tiene mucho sentido en sí mismo. No nos dice nada. Solo importa la diferencia en comparación con algún otro punto.

  • La pelota no rodaría hacia algún otro punto en el mismo piso porque los potenciales son los mismos. Y una pelota en un estante tampoco rodaría a otro punto en ese estante, aunque ambos puntos tengan energía potencial gravitatoria, porque la diferencia es cero.

Similar para los potenciales eléctricos. Si calcula un potencial eléctrico cero en el punto de inicio de la carga, entonces es porque usa ese mismo punto como referencia. Eso solo no te dice nada. Pero la carga ve que el potencial disminuye si se acerca a la fuente. Entonces comienza a moverse. El potencial se vuelve negativo visto desde la misma referencia. Eso no dice nada en sí mismo. Sólo la diferencia es importante.

En pocas palabras: siempre que hay una diferencia de energía potencial, hay una fuerza que intenta hacer que el objeto se mueva. Independientemente de los valores reales de energía potencial.

Dos cosas a señalar en un primer momento:

(a) El valor del potencial en un punto, P, en sí mismo no tiene relación con el hecho de que una carga inicialmente en reposo se aleje de ese punto. Lo relevante es la diferencia de potencial entre ese punto y los puntos vecinos. Una carga de 'prueba' positiva en P experimentará una fuerza en la dirección de la caída de potencial más pronunciada en relación con P. Matemáticamente, la intensidad del campo eléctrico está relacionada con el gradiente de potencial por

mi → = − graduado →   ( V )

(b) A la Física no le importaría nada si añadiéramos o restáramos el mismo valor constante a los potenciales de cada punto. Por lo tanto, tiene poca importancia que el potencial sea cero a mitad de camino entre las cargas de la fuente. Lo único que importa son las diferencias de potencial.

De hecho, la energía cinética de la carga de prueba proviene del campo eléctrico. A medida que la carga se aleja de este punto medio, pierde energía potencial y gana energía cinética. De manera equivalente, la fuerza que experimenta del campo eléctrico realiza trabajo sobre él.

El potencial es la energía potencial de la carga de prueba dividida por la carga de prueba. También podría pensar en la carga de prueba que tiene la carga 1. En su ejemplo de dos cargas con signo opuesto, está usando la Ley de Coulomb para el potencial (o energía potencial) de una carga de prueba. También supone que el potencial es cero en el infinito, de modo que en el plano normal que pasa por el punto medio de la línea que conecta las cargas, el potencial también es cero. Debe tener en cuenta que el potencial y la energía potencial solo se definen hasta una constante arbitraria porque el campo eléctrico (y, por lo tanto, la fuerza sobre la carga de prueba) está determinado por el gradiente negativo del potencial y energéticamente solo las diferencias de potencial son importantes. . Elegir el potencial cero en el infinito es solo una elección de la constante arbitraria, podría agregar una constante arbitraria a los potenciales electrostáticos de Coulomb. Entonces el potencial (y la energía potencial de una carga de prueba) en el plano medio no sería cero sino constante.

¿Cuál es la diferencia entre la energía potencial y la energía de una carga de prueba debida al campo eléctrico?
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