Cuando se habla de diferencia de potencial en un circuito, ¿de quién es el trabajo realizado?

Hay dos definiciones que se utilizan para definir la diferencia de potencial eléctrico:

• El potencial eléctrico en la posición$B$en relación con el potencial eléctrico en la posición$A$es el trabajo realizado por una fuerza externa al tomar la unidad de carga positiva de la posición$A$posicionar$B$.
• El potencial eléctrico en la posición$B$en relación con el potencial eléctrico en la posición$A$es menos el trabajo realizado por el campo al tomar la unidad de carga positiva de la posición$A$posicionar$B$.

Estas dos definiciones son equivalentes porque la fuerza externa es igual en magnitud pero opuesta en dirección a la fuerza sobre la carga debido al campo, es decir$\vec F_{\rm external} + \vec F_{\rm field}=0$y así el trabajo neto realizado en la unidad de cambio positivo es cero, lo que a su vez significa que la energía cinética de la carga no cambia.
Al afirmar que es así, el sistema es la unidad de cambio positivo y técnicamente ambas fuerzas,$\vec F_{\rm external}$y$\vec F_{\rm field}$son fuerzas externas.

En la teoría de circuitos, si se va a utilizar el potencial en lugar de la diferencia de potencial, se acostumbra asignar un nodo como el cero del potencial y llamarlo tierra o tierra.

Aunque relacionado, otro concepto es el de energía potencial eléctrica y la definición de una diferencia en la energía potencial eléctrica se relaciona con el trabajo realizado por fuerzas externas o menos el trabajo realizado por el campo eléctrico al tomar las cargas de la disposición de las cargas.$C$al arreglo de cargos$D$.

Una sola carga por sí sola no puede tener energía potencial eléctrica que es una propiedad que tiene un conjunto de cargas.

Ahora para tratar de responder a su pregunta.

Suponga que el sistema es una sola carga (positiva por simplicidad)$Q$que se encuentra en un campo eléctrico externo generado por algo fuera del sistema.
La carga única experimentará una fuerza debido al campo.$\vec F_{\rm field}$y acelerar, es decir, ganar energía cinética debido al trabajo realizado por el campo eléctrico externo.
Esa única carga interactúa con la red que consta de iones cargados y la ganancia de energía cinética se equilibra con la cantidad de calor (u otras formas de energía, por ejemplo, la luz en un LED) generada cuando se pierde la energía cinética.
¿De dónde viene ese calor?
Viene del campo eléctrico producido por quién sabe qué.
En lugar de hablar de fuerzas, otra forma de describir la situación es en términos de potencial eléctrico y decir que ha habido una disminución en el potencial eléctrico de una sola carga.
En este caso se podría decir que el trabajo realizado sobre la carga por el campo eléctrico es$-Q\Delta V$dónde$\Delta V$es el cambio en el potencial eléctrico (la diferencia de potencial eléctrico).
Tenga en cuenta que, en este contexto, sería un error decir que la carga individual ha perdido energía potencial eléctrica.

Ahora considere un condensador cargado.
El capacitor tiene una etapa de energía potencial eléctrica en su campo eléctrico y en algún momento anterior algo tuvo que hacer trabajo para separar las cargas y aumentar la energía potencial eléctrica del capacitor.
El condensador también tendría una diferencia de potencial entre sus placas.

Considere un sistema que consiste en un capacitor cargado cuyos terminales están conectados a una resistencia.
Flujo de carga positiva desde la terminal positiva del capacitor a través de la resistencia y hacia la terminal negativa del capacitor.
Al hacerlo, la energía potencial eléctrica del sistema disminuye y se genera una cantidad igual de calor en la resistencia.
La cantidad de carga almacenada en el condensador disminuiría.
En términos simples, puede pensar en una carga positiva en movimiento en la resistencia que está sujeta al campo eléctrico producido por las cargas en el capacitor con ese campo eléctrico trabajando en la carga positiva en movimiento.
La carga positiva en movimiento se mueve desde una posición de potencial eléctrico relativamente alto a una posición de potencial relativamente bajo y se realiza trabajo sobre ella al hacerlo.

Finalmente, considere un capacitor "extraño" que tiene una reacción electroquímica entre sus placas (terminales).
Esa reacción electroquímica puede mover cargas positivas desde el terminal negativo al terminal positivo y mantiene una diferencia de potencial constante entre los terminales.
Esta es una celda en la que la energía química del sistema (batería) se convierte en energía potencial eléctrica.
Ahora conecte una resistencia a través de los terminales de la celda.
El campo eléctrico fuera de la celda es del terminal positivo al terminal negativo.
Bajo la influencia de este campo eléctrico externo, las cargas positivas se moverán desde el terminal positivo a través de la resistencia y llegarán al terminal negativo de la celda.
Ese campo eléctrico externo realiza trabajo sobre la carga positiva en movimiento con el resultado de que se genera calor en la resistencia.
Esa carga positiva en movimiento ha pasado de un potencial más alto a un potencial más bajo y, como resultado, el sistema (celda y resistencia) ha perdido algo de energía potencial eléctrica. Sin embargo, con la celda, la carga
positiva en movimiento se mueve de la terminal negativa a la terminal positiva aumentando su potencial y, por lo tanto, resulta en un aumento de la energía potencial eléctrica del sistema.

En general, hay un equilibrio y la energía potencial eléctrica del sistema permanece igual.
Después de completar un circuito completo, el potencial de la carga positiva en movimiento no cambia.
La energía química se ha convertido en una cantidad igual de calor.

¿A qué trabajo realizado se refiere el 6V?

Al mover una carga$+Q$desde el terminal positivo de la celda al terminal negativo de la celda, el campo eléctrico externo generado por la celda no$6\, Q$unidades de trabajo sobre la carga en movimiento, el potencial de la carga en movimiento cae por$6\, V$y$6\,Q$de calor se genera en la resistencia.

Al mover la carga$+Q$desde la terminal negativa de la celda a la terminal positiva de la celda en la dirección opuesta a la dirección del campo eléctrico dentro de la celda el proceso electroquímico hace$6\,Q$unidades de trabajo sobre la carga y eleva su potencial$6\, V$.

Si la carga positiva en movimiento recorre un circuito completo, entonces su potencial no cambia, la energía potencial eléctrica del sistema no cambia, las fuerzas que actúan sobre la carga en movimiento realizan un trabajo que resulta en un cambio de$6\, Q$unidades de energía química que se convierten en$6\,Q$unidades de calor

Elige tu opción.

"Me parece que cuando hablamos de PD alrededor de una carga (es decir, diferencia de potencial entre el infinito y un punto), estamos hablando del trabajo realizado por unidad de carga por un agente externo"

Estás absolutamente en lo correcto; la mayoría de los libros de texto definen el potencial y la diferencia de potencial debido a una carga estática de esta manera. Tales definiciones son (¡generalmente!) correctas, pero, en mi opinión, bastante torpes. No hay necesidad de traer una agencia externa. La definición que prefiero es que el pd entre A y B (la cantidad por la cual el potencial de A es mayor que el de B) es el trabajo realizado por el campo por unidad de carga en una carga de prueba que va de A a B.

La cantidad de trabajo por unidad de carga en esta definición es de hecho igual a la cantidad de trabajo por unidad de carga que tendría que ser proporcionada por una agencia externa para mover una carga de prueba de B a A (suponiendo que no haya cambios en la KE de la prueba). carga!), pero ¿por qué incluir una agencia externa en la definición de una cantidad eléctrica que surge de un campo eléctrico?

[Es, por supuesto, perfectamente posible que una carga de prueba vaya de A a B en un campo eléctrico sin ninguna otra agencia externa que no sea el campo. Un ejemplo sería la aceleración de electrones en un cañón de electrones. Se pierde PE eléctrica y se gana energía cinética.]

En un circuito con una batería, la batería hace su trabajo convirtiendo la energía química en energía potencial de las cargas en el terminal de la batería.

Luego, esta energía potencial de las cargas se convierte en su energía cinética y calor o alguna otra forma de energía, dependiendo del tipo de carga, a medida que las cargas se mueven alrededor del circuito. Entonces, podemos decir que las cargas gastan su energía potencial o que las cargas realizan algún trabajo a medida que fluyen por el circuito.