Potencial eléctrico
El potencial eléctrico o potencial
electrostatico en un punto, es el trabajo que debe
realizar un campo electrostatico para mover una carga
positiva q desde dicho punto hasta el punto de referencia,1 dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza
externa para traer una carga positiva unitaria q desde el punto de
referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica.
Matematicamente se expresa por
El potencial eléctrico sólo se puede definir para un campo
estatico producido por cargas que ocupan una región finita del espacio. Para cargas
en movimiento debe recurrirse a los potenciales de
Liénard-Wiechert para representar un campo
electromagnético que ademas incorpore el efecto de retardo, ya
que las perturbaciones del
campo eléctrico no se pueden propagar mas rapido que
lavelocidad de la luz. Si se considera que las cargas estan fuera de
dicho campo, la carga no cuenta con energía y el potencial
eléctrico equivale al trabajo necesario para llevar la carga desde el
exterior del
campo hasta el punto considerado. La unidad del Sistema
Internacional es el voltio (V). Todos los puntos de un campo eléctrico que tienen el mismo
potencialforman una superficie equipotencial. Una forma alternativa de ver al
potencial eléctrico es que a diferencia de la energía potencial
eléctrica o electrostatica, él caracteriza sólo una
región del
espacio sin tomar en cuenta la carga que se coloca allí.
Quien tuvo la culpa de la construcción de la primera pila
eléctrica no fue un hombre, sino una rana. Mas concretamente, la pata diseccionada de una rana.
Érase una vez, alla por el año 1786, que un italiano de nombre Luigi Galvani se divertía
realizando experimentos en su laboratorio. Un
día Galvani observó que una pata de rana diseccionada se
contraía cuando se la colocaba cerca de un generador
electrostatico. Galvani, intrigado, continuó investigando este fenómeno tan sorprendente. A su nuevo
vastago lo bautizó con el nombre de electricidad animal.
Los trabajos de Galvani sobre el efecto de la electricidad
sobre la pata de esa anónima rana llamaron la atención de otro
italiano, Alejandro Volta. Para Volta las contracciones
de la rana no eran nada extraordinario, ningún tipo de electricidad
distinta a la ya conocida. Simplemente, los nervios y músculos de
la rana se comportaban como
un aparato extremadamente sensible capaz de detectar corrientes eléctricas muy débiles,
mucho mas quelas medibles con el instrumental de entonces. Como prueba de
sus ideas Volta inventó la primera
batería eléctrica practica, que describió en una
carta a la prestigiosa Royal Society, en 1800. La batería de
Volta estaba compuesta por dos células de materiales metalicos
diferentes, tales como
hojalata y zinc, separados por discos de cartón humedecidos y conectados
en serie. Una combinación de estas células componían la
batería y su potencia dependía del número
de células utilizadas.
De este modo se construyó el primer generador
de corriente continua, que dejó arrinconados en una esquina del laboratorio de
física los generadores electrostaticos que producían las
habituales descargas de alto voltaje. En homenaje eterno a la figura que nos
permitió domesticar la electricidad se le puso el nombre de voltio a la
diferencia de potencial eléctrico que se mide en un circuito y, en
particular, a la de los extremos de una pila eléctrica.
Un claro ejemplo de chauvinismo humano porque quien
debió llevarse los honores era la pobre y mutilada ranita.
La energía potencial eléctrica consiste en cargas
eléctricas separadas (positivas y negativas; es decir, protones y
electrones). Y las mantenemos separadas a pesar de que se
atraen entre sí.Precisamente, cuando dejamos que se acerquen es cuando
hacen el trabajo. Aprovechamos que los electrones viajan hacia los
protones y quieren unirse a ellos. ¿Y
por qué eso tiene energía? Es como una goma
elastica tensada. Separar protones de
electrones cuesta trabajo (como estirar la goma). Permitirles
que se vuelvan a unir devuelve una parte de ese
trabajo (otra parte se pierde para siempre).
Eso ocurre cuando cargas una batería de un
teléfono móvil.
Y cuando se hace la fotosíntesis.
El problema es mantener esas cargas separadas. Ya has
visto que los móviles hay que recargarlos, los uses o no. Pues las
plantas han encontrado la solución. Nosotros todavía no. Las plantas
sí. Han logrado convertir la energía
potencial eléctrica en energía potencial química.
¿Qué es la energía potencial
química? Juntar dos atomos que cuesta
trabajo unir, unirlos y esperar. Esperar a que la
unión se rompa para recuperar el trabajo. Y
puedo esperar. Esperar mucho. La energía
potencial química es una buena forma de guardar energía. Ya no esta en cargas separadas. Esta en enlaces, que es mucho mas sencillo de almacenar. La
guarda en un enlace muy rico en energía (o sea,
que cuesta mucho formarlo, pero que cuando se rompe libera mucha
energía). Se llama ATP.
