Ya sabes que cuando dos masas están cerca, se atraen por acción de una fuerza gravitatoria y tienden a acercarse. Como actúa una fuerza durante un determinado desplazamiento, se realiza un trabajo.

Algo similar sucede cuando son dos cargas las que interaccionan, con la diferencia de que puede haber atracción o repulsión, según cuál sea el signo de las dos cargas.

En estos casos de fuerzas centrales (gravitatorias o electrostáticas) surge una dificultad que no se ha tenido en cuenta, y es que las fuerzas de interacción no son constantes, ya que dependen de la distancia y esto supone que el tratamiento matemático para resolver la situación es más complejo, y no se realiza hasta la Física de 2º de Bachillerato.

El resultado obtenido para la energía potencial electrostática es:

siendo q₁ y q₂ los valores de las dos cargas y r la distancia que las separa.

Si esa distancia es muy grande (tiende a infinito) las dos cargas no interaccionan, y su energía potencial es nula. Si son cargas del mismo signo que están cerca, al liberarlas se repelen, disminuyendo su energía potencial al alejarse a la vez que aumenta la cinética. Y dado que las interacciones electrostáticas también son conservativas, la energía mecánica se conserva.

 

Potencial electrostático

De forma similar al caso de las interacciones gravitatorias, se puede definir el potencial electrostático como la energía potencial electrostática por unidad de carga. Si se considera que q₁ es la carga fija y q₂ la que estudiamos cómo interacciona:

Como la energía potencial se refiere por unidad de carga positiva (q₂ = 1 C), su potencial tendrá el signo de q₁. Fíjate en que si q₁ es positiva, la unidad de carga se desplazará por repulsión hacia afuera, desde una zona de mayor potencial a otra de menor, mientras que una carga negativa (un electrón por ejemplo) se movería justo al revés.

Hay que tener en cuenta que los potenciales son magnitudes escalares, y que se suman algebraicamente: si hay varias cargas que producen interacciones eléctricas, el potencial en un punto es la suma de los potenciales que crearían cada una de las cargas si estuvieran solas (principio de superposición).

 

Diferencia de potencial y trabajo

Si se tiene que desplazar la unidad de carga positiva desde un punto de potencial V₁ a otro de potencial V₂, mayor que V₁, es necesario realizar un trabajo que suponga ese aumento de energía, es decir, aplicar una fuerza F durante la distancia r que separa las cargas.