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Cuando una partícula con carga se mueve en un campo eléctrico, el campo ejerce una fuerza que efectúa trabajo sobre la partícula. Este trabajo siempre se puede expresar en términos de la energía potencial eléctrica. Así como la energía potencial gravitatoria depende de la altura de una masa sobre la superficie terrestre, la energía potencial eléctrica depende de la posición que ocupa la partícula con carga en el campo eléctrico. Describiremos la energía potencial eléctrica utilizando un concepto nuevo, llamado potencial eléctrico o simplemente potencial. Es frecuente que en el estudio de los circuitos, una diferencia de potencial entre un punto y otro reciba el nombre de voltaje. Los conceptos de potencial y voltaje son cruciales para entender la manera en que funcionan los circuitos eléctricos, y tienen aplicaciones de gran importancia en los haces de electrones que se utilizan en la radioterapia contra el cáncer, los aceleradores de partículas de alta energía y muchos otros aparatos (Sears Zemansky, 2009).
Uno de los conceptos fundamentales para entender potencial eléctrico, es comprender el concepto de trabajo, energía potencial y conservación de la energía potencial. Estamos trabajando con las propiedades escalares de un Campo .
Sea una partícula cargada qo puesta en una región del espacio donde existe un campo eléctrico radial, la que se quiere mover desde el punto a hasta el punto b por una trayectoria arbitraria como marca la trayectoria punteada en la figura.
En las ecuaciones anteriores hemos expresado el trabajo en función del campo eléctrico, como vemos este depende sólo de la posición final y la inicial no de la trayectoria seguida. Al depender el trabajo sólo de la posición, entonces estamos en presencia de una fuerza conservativa, luego la fuerza eléctrica es conservativa y el campo igualmente.
Como esta fuerza es de tipo conservativa, entonces el trabajo realizado por F se puede definir en término de la energía potencial U. Por lo tanto, el trabajo hecho sobre una superficie cerrada es cero, y el trabajo solo depende de la posición inicial y final, no se su trayectoria.
Cuando Wab es positivo, Ua es mayor que Ub, la variación de U es negativo y la energía potencial disminuye. Eso es lo que ocurre cuando una pelota cae de un punto elevado (a) a otro más bajo (b) en presencia de la gravedad terrestre; la fuerza de la gravedad efectúa un trabajo positivo, y la energía potencial gravitacional disminuye. Cuando se lanza una pelota hacia arriba, la fuerza gravitatoria hace un trabajo negativo durante el ascenso, y la energía potencial aumenta.
Las superficies equipotenciales, como dice su nombre es aquella región que rodea la carga eléctrica la cual está al mismo potencial, o sea, que no hay que hacer trabajo para mover una carga a través de ella.
Otra de las características es que las lineas de fuerza son perpendiculares a estas superficies. En la figura estas están representadas por los círculos concéntricos a cada carga.