Energía Potencial Eléctrica: [Concepto, Funcionamiento, Usos y Ejemplos]

¿Qué es la energía potencial eléctrica? (Ejemplos)

La energía potencial eléctrica es una forma de energía vital para el desarrollo de la vida humana.

No se consigue en la naturaleza de una forma que sea aprovechable, ante la imposibilidad, por ejemplo, de almacenar la energía que se produce en la electricidad atmosférica, que ocasiona descargas eléctricas en una tormenta, manifestación energética imposible de usar y almacenar.

Pero el ser humano halló formas de generar energía eléctrica a partir de fuentes renovables y no renovables, para impulsar una mejor calidad de vida.

Desde una definición eminentemente técnica, la energía potencial eléctrica resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, que al entrar en contacto con la ayuda de un conductor eléctrico generan una corriente eléctrica.

campo magnético energía eléctrica potencialEn física también se la ha llamado energía potencial electrostática proveniente de un campo igualmente electrostático, según refieren diversas fuentes teóricas consultadas.

Esta energía potencial eléctrica actúa, junto a la magnética, en un campo de tipo magnético y se la vincula a la fuerza ejercida por el campo generado y la distribución de la misma.

Por eso se le llama  también energía del campo electromagnético. 

En síntesis, esta energía potencial de tipo electrostática realiza un trabajo para crear una nueva distribución de carga, donde en su configuración inicial ninguno de los componentes involucrados interactúa con el resto.

La idea del trabajo a ejecutar es que las cargas individuales de cero (0) potencial eléctrico, evolucionen hasta su disposición final.

Otra definición de manejo general, precisa que es una fuente de energía renovable obtenida gracias a un movimiento de cargas eléctricas llamadas electrones, que se produce dentro de materiales conductores, como los cables de cobre.

Se clasifica en una cantidad de tipo positiva o negativa, al igual que el tipo de trabajo que será igualmente positivo o negativo.

central nuclearSi se presentan dos magnitudes de cargas interactivas positivas, entonces se dice que tienen carga positiva, porque el trabajo que debe ejecutarse para acercarlas debe superar la repulsión o rechazo que se tengan. Pero si son del signo opuesto, tendrán energía negativa.

Esto significa que dos  cargas opuestas tendrán generación de energía al entrar en contacto. 

La energía eléctrica se origina en centrales diversas de generación que han proliferado en el mundo entero. Como por ejemplos las centrales térmicas o las centrales nucleares.

La naturaleza de estas centrales y sus procesos, dependerá del tipo de fuente energética usada.

Por ejemplo:
Puede provenir de: centrales solares, hidroeléctricas, térmicas, eólicas, nucleares y mediante la biomasa o quema de residuos orgánicos disponibles en la naturaleza.

¿Cómo se produce?

En la energía eléctrica se mueven cargas eléctricas negativas llamadas electrones, debido a la diferencia de potencial registrada entre los extremos de un conductor eléctrico comúnmente metálico.

Se usa preferentemente este material, porque posee mayor cantidad de electrones libres.

Dichas cargas forman parte de los átomos de las sustancias que componen o integran el conductor.

Un objeto será poseedor de esta energía, a causa de su carga eléctrica y las fuerzas relacionadas con su presencia en un sistema determinado.

Un campo eléctrico  consta de dos puntos vitales: 

  • El primero ocurre cuando sucede el pico más alto de potencia, generado porque la carga positiva tiene en este instante una mayor carga energética.
  • Después viene el segundo gran instante, donde pasará todo lo contrario: la energía está en su nivel más bajo de potencia.

campo eléctrico energía potencial eléctricaPara manejar correctamente las variaciones de voltaje en un circuito eléctrico, los expertos deben saber jugar bien, ya que estamos hablando de cantidad de fuerza y diferencia de potencial de un campo eléctrico.

Como ya hemos explicado, la electricidad dependerá de la atracción o repulsión de las cargas eléctrica implicadas. Por eso se habla de la existencia de dos tipos de electricidad:  la estática y la corriente. 

Electricidad estática

En la primera, como su nombre lo indica  actúan cargas estáticas, incapaces de moverse. 

Esta energía se divide en tres tipos fundamentales:  electrostática, electrodinámica o magnética y nuclear Pero la electricidad depende justamente del movimiento de esas cargas.

Por ejemplo:
El caso tipo de la aparición de estática se evidencia cuando frotamos un globo contra nuestro pelo.

El globo, por efecto de la transferencia de electrones terminará cargándose negativamente y el cabello quedará positivamente cargado.

Esto se aprecia mejor, al acerca el globo a la cabeza sin tocarla: hebras de cabello se levantan atraídas hacia el globo.

energía potencial eléctrica globoEn la corriente eléctrica, por su parte, existe un flujo de cargas ocasionadas gracias al movimiento de  electrones libres en un conductor. 

Todo esto sucede en  un campo eléctrico o zona circundante  que rodea a la carga donde actúa la fuerza.

Estas cargas eléctricas suelen conducirse perfectamente bien en metales como la plata, el cobre y el aluminio.

Pero como la electricidad no es una fuente de energía primaria de la tierra, ha de soportarse en la transformación de una fuente renovable, disponible en la naturaleza que servirá como motor o combustible para producirla en las llamadas centrales o plantas de energía.

Toda central de energía eléctrica, a excepción de aquellas de tipo solar fotovoltaica, cuentan con los siguientes elementos básicos para producir electricidad:

  • Una turbina hidráulica, usada en centrales del mismo nombre.  O de vapor, para el caso de una planta nuclear.
  • Alternador.
  • Transformador.

turbina hidráulica energía potencial eléctricaEl agua merece mención aparte, por cuanto es fundamental para mover turbinas que producirán corriente alterna generada en un alternador, de una forma más constante.

Se usa en forma líquida, en  las centrales hidroeléctricas y también en forma de vapor a altísimas presiones,  como sucede en las centrales nucleares (fisión nuclear) y en plantas de energía solar térmica.

¿Cómo se transforma?

 La energía potencial también está presente en la electricidad y cuando hablamos de métodos de la corriente, esta energía potencial electrostática puede convertirse en otras formas de energía tales como: cinética; térmica o lumínica. 

energía química qué esComo interviene para acercar una carga a otra del mismo signo, siempre ocurre que es necesario realizar un trabajo que queda almacenado como energía potencial, y que se pondrá de manifiesto cuando la carga es liberada, después de transcurrido un determinado lapso.

Esta carga sale disparada transformando su energía potencial en cinética.

Pero en términos más amplios, la energía eléctrica se  produce mediante la transformación de otros tipos de energía  como son; química, radiante o luminosa y mecánica.

Mediante energía química

Por ejemplo:
Por ejemplo, la energía química presente en las baterías y pilas genera una corriente eléctrica continua. Y en las células fotovoltaicas, cuando la luz incide sobre estas se libera energía eléctrica de baja potencia.

Aquí entonces la energía luminosa se transforma en eléctrica.

Mediante energía mecánica

Central térmica no ecológicaEn cuanto a la mecánica, el asunto es un poco más complicado de explicar, pero en  términos generales se usan alternadores,  que son unos equipos capaces de generar energía eléctrica con la ayuda de unas enormes turbinas que, al ser empujadas, ponen en movimiento el eje del alternador provocando corriente alterna.

Si se trata de una central hidroeléctrica, se aprovechara la energía cinética/potencial del agua de un río o una presa.

Y cuando se trabaja en una central  de tipo térmica,  se emplea la energía de un combustible fósil como carbón, gas natural o petróleo, para generar vapor de agua que moverá las turbinas y generara corriente eléctrica.

¿Cómo se almacena la energía potencial eléctrica?

Cuando se habla de potencial eléctrico, se hace alusión a la cantidad de energía disponible o almacenada en un campo eléctrico.

La física, como ciencia, ha logrado descifrar que en cualquier punto de un campo eléctrico, ese potencial eléctrico se entiende como la cantidad de energía eléctrica potencial, dividida por la cantidad de carga en ese punto.

Electrostática energía potencial eléctricaDicho potencial se mide en  julio por coulomb (J/C) definidos como voltios (V). 

Del mismo modo, se ha comprobado en diversos estudios de electrostática que  el campo eléctrico per se produce campos gravitatorios  capaces de almacenar energía, no las cargas involucradas.

Sin embargo, justo en el momento de acercar una carga a otra del mismo signo, debe realizarse un trabajo que se almacena en forma de energía potencial y que se pondrá de manifiesto cuando la carga es liberada, después de transcurrido cierto lapso.

¿Es un tipo de energía eficiente?

Cumple su cometido para contribuir, al fin y al cabo, con la generación de energía eléctrica, una de las energías más buscadas por el ser humano para garantizarse bienestar y mover las economías a nivel mundial.

¿Es una energía renovable o no renovable?

De acuerdo al principio de Conservación de la energía, tenemos que en este caso la potencial electrostática contribuye a la generación de energía eléctrica, que es la sumatoria de las energías luminosa y calorífica, por lo que se cumple  ese axioma de que la energía no se crea ni se destruye  sino que se transforma de una clase a otra.

La energía eléctrica es renovable y la potencial electrostática constantemente está disponible, no se destruye ni desaparece sino que se transforma al interior de los circuitos eléctricos, garantizando el buen funcionamiento de los mismos.

Un poco de historia sobre la energía potencial eléctrica

antigua greciaDesde tiempos de la  antigua Grecia, en el año 600 a.C,  los curiosos de ese entonces descubrieron que cuando la piel de animal era restregada contra la resina de los árboles, surgía una suerte de atracción entre ambos materiales.

Fue en ese momento cuando se descubrió la llamada electricidad estática y desde entonces hasta la fecha, es mucho lo que se ha especulado en torno al origen de la electricidad, que en realidad está disponible en la naturaleza, a la vista de todos.

En el siglo XVI, el primer invento de ese largo trajinar de la curiosidad del ser humano usada para mejorar su hábitat, fue justamente el generador electrostático, porque quizás ya se tenían algunos conocimientos de electricidad estática que permitieron la clasificación de algunos materiales usados en la electricidad: aislantes y conductores.

A partir de allí, se empezaron a producir indagaciones e investigaciones avanzadas para la época, porque se empezaron a fabricar, con ayuda de aislantes y materiales conductores, estructuras más seguras.

Y ya para el año 1600 la palabra “electricus” fue introducida por el médico ingles Williams Gilbert, quien hacía referencia a la fuerza de algunas sustancias cuando se frotaban entre sí.

energía almacenamiento con condensadorDespués, en 1752, Benjamín Franklin, a quien  erróneamente se le atribuye el descubrimiento de la electricidad  (lo cual no quiere decir que su contribución sea poca) experimentó con los rayos de una tormenta eléctrica, una cometa y unas llaves, donde comprobó que las chispas que saltaban hacia el volador, eran los mismos rayos que partían el cielo.

Pero no fue sino hasta 1800, cuando el mundo fue revolucionado de nuevo por Alessandro Volta, un científico de origen italiano, descubrió reacciones químicas que podían producir electricidad, dando estas investigaciones origen a la primera pila voltaica, capaz de producir corriente continua del tipo eléctrica, echando mano de los conocimiento previos de otros investigadores sobre conectores de carga positiva y negativa, creando voltajes a través de los mismos.

Su primer gran experimento fue un aparato llamado el electróforo perpetuo, construido con tres discos metálicos separados por un conductor húmedo unido, pero ambos unidos a un circuito exterior, pudiendo con este  equipo transferirse energía a otros objetos y generar electricidad estática.  

También utilizó los conocimientos adquiridos de otros investigadores sobre conectores de carga positiva y negativa. Así creó el voltaje a través de ellos.

Por eso se dice que Volta fue el pionero en la creación de un flujo constante de carga eléctrica a energía, experimento que dio origen a la electricidad tal y como se le conoce hoy en día.

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