Potencial eléctrico de mayor a menor

La pregunta en la que estoy trabajando es:

"Un electrón que se mueve paralelo al eje x tiene una velocidad inicial de 4.65 ⋅ 10 6   metro / s Al origen. Su velocidad se reduce a 1.27 ⋅ 10 5   metro / s en el punto x = 2,00 cm.

(a) Calcule la diferencia de potencial eléctrico entre el origen y ese punto.

(b) ¿Qué punto está en el potencial más alto?"

Tengo dificultad para visualizar esta situación. Obviamente, debido a la reducción de la velocidad, la energía cinética se reduce; pero, debido a la conservación de la energía, la reducción de la energía cinética corresponde a un aumento de la energía potencial.

¿Algo le está dando al electrón un "empuje" inicial, y una distribución de carga de fuente positiva está tirando del electrón a medida que pasa, reduciendo así la velocidad del electrón?

Además, lo que me confunde es este párrafo:

Suponemos que el electrón se mueve en el vacío. Su velocidad se reduce porque > se está moviendo a una energía potencial eléctrica más alta. Dado que su carga es negativa, esto significa que se está moviendo hacia un potencial más negativo; es decir, su posición inicial está a un potencial más alto (un voltaje más alto) que su posición final.

¿Qué quieren decir con "potencial más negativo", qué significa físicamente un potencial negativo? Me doy cuenta de que en nuestra posición inicial, elegimos arbitrariamente el potencial eléctrico inicial con el valor cero, y si elegimos otro punto en el campo eléctrico, en relación con nuestro punto inicial, nuestro potencial eléctrico será positivo o negativo, suponiendo que nuestro el segundo punto no está en la región equipotencial que está el primer punto. Supongo que también tengo problemas para entender a qué situación corresponde un potencial eléctrico negativo y a qué situación corresponde un potencial eléctrico positivo.

¡Agradecería la ayuda! ¡Gracias de antemano!

EDITAR: Además, ¿es cierto que si una carga tiene energía potencial eléctrica negativa, entonces no es necesario que haya perdido esa energía? En otras palabras, ¿la energía potencial eléctrica negativa puede significar una ganancia en ese tipo de energía?

Escuché que se describe el potencial eléctrico como "la medida de la energía potencial por unidad de carga". A partir de esto, he desarrollado la comprensión de que el potencial eléctrico es un escalar al que se le asigna un valor diferente en cada punto de un campo eléctrico. Casi parece un factor de conversión. Es la cantidad de energía potencial que podría poseer una partícula cargada si estuviera allí. Es un potencial de un potencial. Una vez más, lo siento por todos los comentarios. Espero que puedas ayudarme

Otra pregunta, si empujo una carga de prueba negativa cerca de una fuente de carga negativa, la carga de prueba ganará energía potencial y esa energía potencial será positiva, ¿verdad? Alternativamente, si muevo una carga de prueba negativa cerca de una fuente de carga positiva, asegurándome de que no acelere hacia ella, perderá energía potencial y aparecerá como energía potencial negativa, ¿verdad? ¿Y las matemáticas mostrarán que esto es cierto? Supongo que la raíz de mi problema es ver una situación generalizada y las matemáticas que la acompañan.

En realidad, tengo una pregunta más. Pude responder la pregunta que planteé originalmente, excepto la parte (b). Pensé que, debido a que la energía potencial eléctrica aumentaba en ese punto, el potencial eléctrico en ese punto sería mayor. Después de todo, el potencial eléctrico se define de una manera como "la cantidad de energía potencial eléctrica que tendría una carga puntual unitaria en ese lugar". Entonces, si el electrón tiene más PE en la posición final, ¿no significaría eso que el potencial eléctrico también fue mayor en esa posición final?

¿Tienes problemas con el potencial gravitacional? En este nivel (ignorando la relatividad general y los efectos de la radiación) existe un paralelismo casi exacto entre la electrostática y la gravedad. El potencial gravitacional Φ es una energía potencial por unidad de masa, así por ejemplo Φ = gramo h cerca de la Tierra. El campo gravitacional, es decir, la fuerza por unidad de masa, es menos el gradiente del potencial: F → / metro = − ∇ Φ = − gramo h ^ dónde h ^ es un vector unitario vertical. La única diferencia es que en la gravedad la "carga" y la masa de una partícula son siempre las mismas y positivas, q = metro > 0 .

Respuestas (2)

Primero las matemáticas:

Dado el potencial eléctrico V ( a ) en un punto a en el espacio y el potencial V ( b ) en otro punto b , la energía potencial eléctrica de una carga que se mueve desde el punto a apuntar b cambiará por

tu ( b ) − tu ( a ) = q [ V ( b ) − V ( a ) ]
Si la velocidad de un electrón disminuye al moverse desde un punto a a un punto b , entonces eso debe significar que su energía potencial ha aumentado: tu ( b ) − tu ( a ) > 0 , de modo que como el electrón tiene carga − mi , obtenemos
( − mi ) [ V ( b ) − V ( a ) ] > 0
que, al dividir ambos lados por − mi (y notando cambiar la dirección de la desigualdad cuando lo hacemos) implica
V ( b ) < V ( a )
Entonces vemos que la posición inicial a tiene un potencial más alto que la posición final b como dice el segundo párrafo.

La intuición aquí es que hay algunas otras cargas alrededor (pueden ser positivas o negativas dependiendo de dónde las coloquemos) que configuran el potencial "paisaje" V de tal manera que el potencial en el origen, donde comenzó la carga, es más alto que el potencial en el punto final, y una carga negativa que rueda "hacia abajo de esta colina potencial" irá más lentamente cuando llegue al pie de la colina.

¡Espero que no haya sido confuso!

¡Salud!

Lo entiendo, en su mayor parte; Sin embargo, una parte que no entiendo bien es esta "carga negativa que rueda 'abajo por esta colina potencial'". Sigo leyendo alusiones sobre esta analogía de "colina potencial", pero no puedo encontrar una fuente real. ¿Conoces algún artículo en línea que trate esta analogía?
Además, ¿es cierto que si una carga tiene energía potencial eléctrica negativa, entonces no es necesario que haya perdido esa energía? En otras palabras, ¿la energía potencial eléctrica negativa puede significar una ganancia en ese tipo de energía?
Perdón por la avalancha de preguntas. Escuché que se describe el potencial eléctrico como "la medida de la energía potencial por unidad de carga". A partir de esto, he desarrollado la comprensión de que el potencial eléctrico es un escalar al que se le asigna un valor diferente en cada punto de un campo eléctrico. Casi parece un factor de conversión. Es la cantidad de energía potencial que podría poseer una partícula cargada si estuviera allí. Es un potencial de un potencial. Una vez más, lo siento por todos los comentarios. Espero que puedas ayudarme.

Considere este enfoque alternativo: dado que el electrón está desacelerando el punto en X = 2 está en un potencial más bajo que en 0, es decir, más negativo (esto es solo física). Dado que lo que le interesa es la diferencia de potencial, tome V − 0 = 0.0 y escribe la ecuación de conservación de energía

mi k ( X = 0 ) = mi k ( X = 2 ) + mi ( V 0 − V 2 )

De esto se obtiene

V 0 − V 2 = metro mi ( v 0 2 − v 2 2 ) 2 mi

y usando metro mi = 9.1 × 10 − 31 k gramo se puede calcular la diferencia de potencial.

¿Espero que esto ayude?

Sí, así lo creo. Solo una pregunta, si empujo una carga de prueba negativa cerca de una fuente de carga negativa, la carga de prueba ganará energía potencial y esa energía potencial será positiva, ¿verdad? Alternativamente, si muevo una carga de prueba negativa cerca de una fuente de carga positiva, asegurándome de que no acelere hacia ella, perderá energía potencial y aparecerá como energía potencial negativa, ¿verdad? ¿Y las matemáticas mostrarán que esto es cierto? Supongo que la raíz de mi problema es ver una situación generalizada y las matemáticas que la acompañan.
En el primer caso el cambio en la energía potencial será positivo. No se puede decir nada sobre el valor absoluto (salvo una convención arbitraria para el punto cero), ya que solo se pueden medir las diferencias de potencial.
@MichaelBrown Entonces, aunque tenemos un aumento positivo en la energía potencial para una carga de prueba negativa, ¿el cambio en el potencial eléctrico podría ser negativo debido a la carga de prueba de signo negativo?
@EliMackenzie Sí. Δ tu = q Δ V Así que si q es negativo Δ tu y Δ V tener signo opuesto.
Gracias por la explicación. Creo que esa fue la raíz de mi confusión; lo que dijeron en el problema original que publiqué parecía extraño, que la energía potencial está aumentando, pero el potencial eléctrico se estaba volviendo más negativo.
@MichaelBrown En realidad, tengo una pregunta más. Pude responder la pregunta que planteé originalmente, excepto la parte (b). Pensé que, debido a que la energía potencial eléctrica aumentaba en ese punto, el potencial eléctrico en ese punto sería mayor. Después de todo, el potencial eléctrico se define de una manera como "la cantidad de energía potencial eléctrica que tendría una carga puntual unitaria en ese lugar". Entonces, si el electrón tiene más PE en la posición final, ¿no significaría eso que el potencial eléctrico también fue mayor en esa posición final?
Potencial eléctrico de mayor a menor
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