Divulgación Potencial

[john500]

Una duda
De que depende si el potencial es alto o bajo y porque no hacen pilas de mas voltios? No pueden o no quieren

[arivasm]

Re: Potencial

La diferencia de potencial que origina una pila química es igual a la diferencia entre los potenciales de reducción que corresponden a las dos semirreacciones que ocurren en cada uno de sus polos, y éstos vienen dados por la ecuación de Nernst. De algún modo podemos simplificar su sentido físico diciendo que además de que cada semirreacción tiene su propio potencial estándar, correspondiente a ciertas condiciones de concentración (1 mol/L) y temperatura (25 ºC), también interviene la temperatura y las concentraciones de las substancias participantes. Ahora bien, la gran mayoría de los potenciales estándar no superan unos pocos voltios, por otra parte la temperatura de trabajo suele ser muy próxima a la del valor estándar y las concentraciones (en realidad las llamadas actividades, que es imprescindible manejar si trata de substancias sólidas o disoluciones muy concentradas) también imponen límites a los valores manejables en una pila utilizable en la práctica de un modo tan simple como las que usamos habitualmente. Por otra parte, para disponer de potenciales más altos tenemos otros métodos, uno de los cuales es la simple transformación, rectificación y filtrado de la corriente alterna, que es lo que empleamos cuando usamos el típico transformador-rectificador (como el del cargador del móvil, por ejemplo).

[john500]

Re: Potencial

Pero de que depende el potencial? De pa distancia? O de la carga?

[arivasm]

Re: Potencial

Imagino que tu pregunta sigue guardando relación con las pilas químicas. Como sabes, las reacciones químicas están asociadas con cambios en la energía y que el potencial es una expresión de energía por coulomb. El potencial de un electrodo depende, en definitiva, de la energía química, expresada por unidad de carga, que se pone en juego al captar o ceder electrones.

Si tu pregunta se refiere al potencial eléctrico que origina un sistema de cargas, la expresión que determina el potencial del campo que origina una sola carga Q en un punto situado a una distancia r de ella es $V=k Q / r$. En tal caso, sí depende de la carga (aumenta con ésta) y de la distancia (disminuye con ella).

Ahora bien, la transferencia de esto último a la pila química no es directa, aunque esté en el fondo de la cuestión, pues los átomos son sistemas de cargas y la materia está constituida por átomos. No es útil pensar en una pila como una colección de cargas, sino (simplificando en exceso, pero para entendernos) de átomos con tendencia a captar electrones (que participan en el polo positivo) y otros con tendencia a perderlos (polo negativo).

[Julián]

Re: Potencial

Por la reacción quimica de oxido-reducción produce un exceso de cargas en los electrodos de la misma cuyas cargas son de signo opuesto. Estas cargas producen una diferencia de potencial eléctrico que depende del campo electrico que generan las cargas de los electrodos y la distancia de estos. ya que:

${V}_{AB} ={ \int}_{A}^{B} \vec{E} d \vec{l}$

Asi que para una distancia constante entre los electrodos, a mayor campo eléctrico mayor potencial electrico. Y para un campo eléctrico constante a mayor distancia entre los electrodos mayor potencial eléctrico.

Ahora bien, la transferencia de esto último a la pila química no es directa, aunque esté en el fondo de la cuestión, pues los átomos son sistemas de cargas y la materia está constituida por átomos. No es útil pensar en una pila como una colección de cargas, sino (simplificando en exceso, pero para entendernos) de átomos con tendencia a captar electrones (que participan en el polo positivo) y otros con tendencia a perderlos (polo negativo).

Pero como dice el amigo arivasm, en el estudio de circuitos no se utiliza un análisis que aborde los conceptos de fuerzas eléctricas, cargas, campo elécctrico, distancia, etc. Ya que un análisis energético, es más conveniente en la práctica. Ya que la utilización de la ley de Ohm es más útil en la practica:

$V= I R$ en donde V es potencial eléctrico, I intensidad de corriente y R resistencia eléctrica.

La mayoría de fuentes de tensión son autoreguladas, es decir, el potencial es constante. Por lo que si variamos la distancia entre los electródos, el campo eléctrico disminuirá en proporción a mantener el potencial constante.

[john500]

Re: Potencial

Pero el potencial es mayor si la distancia es mayor ya que tienes que aplicar mas fuerza y mas distancia, osea mas trabajo. Es asi? Y el potencial depende de la cantidad de carga?

[Julián]

Re: Potencial

Pero el potencial es mayor si la distancia es mayor ya que tienes que aplicar mas fuerza y mas distancia, osea mas trabajo. Es asi? Y el potencial depende de la cantidad de carga?

Exactamente, el potencial eléctrico depende de la cantidad de carga (la que genera el campo eléctrico) y la distancia entre el punto con respecto al punto tomado como referencia.

Si una carga produce un campo eléctrico constante de $2 [N/C]$ y la distancia entre los puntos es $2 [m]$, el potencial es $4 [V]$. En cambio, para otra carga que produce un campo eléctrico constante de $1 [N/C]$ pero la distancia entre los puntos es $4 [m]$, también en ese caso el potencial es $4 [V]$. Ves como depende, tanto del campo como de la distancia. y el campo eléctrico depende de la carga que lo genera y la distancia con respecto de dicha carga, por lo que si el campo eléctrico no es constante es necesario un proceso de integración para calcular el potencial eléctrico.

${V}_{AB} = {\int}_{A}^{B} \vec{E} d \vec{l}$

[john500]

Re: Potencial

En resumen, si la carga aumenta el trabajo es mayor, y si la distancia aumenta tambien el potencial es mayor.
Pero segun V=W/q nos dice que la carga es inversamente proporcional al potencial?

[arivasm]

Re: Potencial

En resumen, si la carga aumenta el trabajo es mayor, y si la distancia aumenta tambien el potencial es mayor.

Si la distancia a una carga puntual positiva aumenta, disminuye el potencial del campo que ésta origina. Recuerda que en este caso el potencial es $V=kQ/r$. En el caso de una carga puntual negativa, el potencial de su campo aumenta con la distancia (es cada vez "menos negativo").

Pero segun V=W/q nos dice que la carga es inversamente proporcional al potencial?

Aclaremos las ideas recurriendo a las masas: todas masa puntual crea un campo gravitatorio y toda masa puntual "nota" el campo gravitatorio que originan los demás. La expresión $V=W/m$ corresponde a que W sea la energía potencial del peso de m debido a las demás masas del Universo, siendo V el potencial que estas últimas originan en el punto donde esté m.

Si queremos calcular ese potencial, podemos recurrir al siguiente procedimiento: consideramos todas las masas puntuales del Universo (excepto m), $M_1$, $M_2$, $M_3$, etc. Para cada una de ellas evaluamos la distancia $r_i$ al punto donde está m, el potencial gravitatorio que $M_i$ origina en ese lugar es $V_i=-G M_i/r_i$ (en el caso de las cargas, la expresión es muy parecida: $V_i=k Q_i/r_i$); finalmente sumamos todos esos $V_i$, la suma es V.

En definitiva, debes tener cuidado con distinguir el doble papel que juegan las cargas con respecto al campo eléctrico: son creadoras de campo eléctrico, pero también "notan" los campos eléctricos.

[john500]

Re: Potencial

Entonces si tienes una carga negativa que crea un campo electrico a su alrededor, y acercas una carga negativ, esa varga va a sentir una fuerza hacia afuera del campo. Entonces el potencial electrico en este caso va a aumentar mientras mas cerca este la segunda carga de la primera si es que la quieres mover hacia la primera carga, el potencial aumenta ya que debes realizar mas trabajo. Me refiero a que si tienes 1carga negativa a 1mm de otra carga negativa, si quieres mover la segunda carga a .5 mm de la otra debes realizar trabajo. Pero si pones 2 cargas y haces lo mismo, vas a necesitar hacer mas trabajo? O pongas las cargas que sea siempre va a ser el mismo trabajo?
gracias

[arivasm]

Re: Potencial

El potencial aumenta al alejarse de la primera carga porque cada vez es menos negativo. Como la segunda carga tiene carga negativa la energía potencial se hace menor a medida que se separan ambas, como debe ser. Para entendernos, imagínate dos puntos: en el primero, próximo a la carga, el potencial es -100 V; en el segundo, más distante, el potencial es -40 V (mayor que -100 V). Si la segunda carga es de -2 C, la energía potencial en la primera posición será (-2 C)(-100 V)=200 J: en la segunda posición será (-2 C)(-40 V)=80 J, menor que 200 J.

Ten en cuenta que el trabajo realizado por la fuerza de Coulomb se obtiene restando la energía potencial inicial menos la final. Es decir, en este ejemplo, al alejarse las dos cargas el trabajo de la fuerza de Coulomb entre ambos puntos será 200 J - 80 J = 120 J, positivo, como corresponde al hecho de que la fuerza sea repulsiva.

Terminaré recordándote que no debes mezclar el trabajo realizado por la fuerza de Coulomb, con el que realicen otras fuerzas externas al sistema. Mi consejo es que reflexiones sobre el significado del potencial recurriendo al primero, pues el segundo no necesariamente es el opuesto del primero (por el teorema del trabajo y la energía cinética).

[john500]

Re: Potencial

Perdón por no haber respondido esque mi iPod no servia,

Ya leyendo esto de arriba pregunto esto:

1 Pero de que depende el potencial? De cuanta carga aya? O de que depende el potencial en un punto del campo electrico?

2 lo otro que no entiendo es como el potencial puede ser negativo y porque un electron va a querer estar en potenciales mayores, si lo que quieren es bajar su energia potencial electrica?

[arivasm]

Re: Potencial

Siendo rigurosos el concepto de potencial está relacionado con el campo, siendo otra cosa diferente la relación que pueda tener con las fuentes del campo (cargas), en la que intervienen las distancias y la distribución espacial de las fuentes. Digamos que el potencial *es* una magnitud escalar cuya variación en el espacio (gradiente) determina la intensidad del campo. En otras palabras, el campo eléctrico (en las situaciones estáticas) admite dos representaciones: una escalar, a través del potencial, y una vectorial, a través del vector de intensidad de campo (intercambiables, pues si conocemos una de ellas podemos conocer la otra).

Mi consejo es, vistas tus dudas, que acudas a un buen libro de electromagnetismo, que leas con mucha calma las definiciones, y que reflexiones sobre ellas. Eso sí, previamente es *absolutamente imprescindible* que tengas claros los conceptos de fuerza conservativa y función energía potencial, pues los conceptos de intensidad de campo eléctrico y potencial son en el fondo (conceptualmente) exactamente la misma cosa (lo mismo vale para los de intensidad de campo gravitatorio y potencial gravitatorio).

Si tienes interés en comprender a fondo los conceptos será inevitable la matematización (aunque quizá exceda el nivel de secundaria). Si es así, Préstale especial atención a estas dos expresiones: $\vec E=-\vec\nabla V$ y $V=-\int\vec E\cdot \dd \vec r$, pues son las que permiten la traducción de potencial a intensidad de campo y viceversa, aunque en realidad son las traducciones "eléctricas" de estas otras, $\vec F=-\vec\nabla U$, $U=-\int\vec F\cdot \dd \vec r$, que son las que que permiten la traducción de energía potencial a fuerza y viceversa.

[john500]

Re: Potencial

Entiendo que debo comprarme un buen libro de electromagnetismo pero seguro van a venir formulas y demas. Lo malo es que tan solo voy en segundo de secundaria. Lo bueno es que me apasiona la fisica y seguro no voy a dejar de investigar.
Solo una ultima duda:
Un electron va a querer aumentar su energia potencial?

[Julián]

Re: Potencial

Desde el punto de vista convencional de la corriente, en donde son las cargas positivas las que se desplazan aunque en un conductor metálico los portadores de carga son lo electrones pero en lo que hace al análisis del circuito no cambia en nada el hecho.
también por convensión las cargas positivas se desplazan de un potencial mayor a un potencial menor así que los electrones cuyo sentido de circulación es el contrario se desplazan de un potencial menor a uno mayor. Dejame decirte que tanto el sentido de la corriente como de que potencial se desplazan es por convención. Tranquilamente en tu análisis puedes tomar que los electrones son lo que tienen el sentido de la corriente y que estos se desplazan de un potencial mayor a uno menor, eso si, en ese caso tienes que respetar en todo el análisis del circuito esa convención de signos. Y porque cambies la convención general del sentido de la corriente y el potencial no es un error, si total que un electron tenga carga negativa es por convención también, los que le pusieron el signo tranquilamente pudieron decir que este es de carga positiva y el protón negativa.

Lo que te dije anteriormente es más desde un punto de vista de los circuitos eléctricos, en donde no interesa tanto el tema físico sino los efectos de este. En física, se considera que el potencial de cargas de un mismo signo es positivo y el potencial eléctrico de cargas de distinto signo es negativo.
Para darte un ejemplo tenemos dos cargas de un mismo signo, supongamos dos protones. Este sistema tiene energía total cero en el infinito, es decir, cuando las cargas están separadas a una distancia infinita donde la fuerza eléctrica es despreciable. La energía total es igual a la suma de la energía cinética y la energía potencial

$E= {E}_{c}+{E}_{p}$
Para acercar a las cargas es necesario que actúe una fuerza externa en la dirección opuesta a la fuerza eléctrica. A medida que las cargas se acercan la energía potencial aumenta. Esa fuerza externa acerca a los protones a una distancia pequeña en donde tienen energía potencial.

${E}_{p}= k\frac{q}{4\pi{\epsilon}_{0}r }$

Si deja de actúa la fuerza externa de manera que la única fuerza que experimenta la carga es la eléctrica que hace que las cargas se alejen por lo que la energía potencial disminuye aumentando la energía cinética.

Para un sistema de cargas de distinto signo donde la fuerza eléctrica es atractiva como en el caso anterior la energía total es cero en el infinito. Si el electrón comienza a acercar al protón por acción de la fuerza eléctrica este aumenta su energía cinética disminuyendo la energía potencial, haciendoce negativa ya que la energía total es cero y como esta es la suma de la energía cinética y la energía potencial, si aumenta la energía cinética disminuye la potencial.