La energía potencial se puede definir como la capacidad para realizar trabajo que surge de la posición o configuración. En el caso eléctrico, una carga ejercerá una fuerza sobre cualquier otra carga y la energía potencial potencial surge del conjunto de cargas. Por ejemplo, si fijamos en cualquier punto del espacio una carga positiva Q, cualquier otra carga positiva que se traiga a su cercanía, experimentará una fuerza de repulsión y por lo tanto tendrá energía potencial. La energía potencial de una carga de prueba q en las inmediaciones de esta fuente de carga será:
El potencial eléctrico creado por una carga Q en un punto a una distancia r se define como:
V = kQ/r
por lo que una carga de prueba q situada en ese punto tendrá una energía potencial U dada por:
El trabajo realizado por la fuerza electrostática para llevar una carga q desde un punto A a un punto B se puede expresar entonces en función de la diferencia de potencial entre A y B:
Bajo la única acción de la fuerza electrostática, todas las cargas tienden a moverse de modo que el trabajo de la fuerza sea positivo, es decir, de modo que disminuye su energía potencial. Esto significa que las cargas de prueba positivas se mueven hacia donde el potencial eléctrico disminuye y las cargas de prueba negativas se mueven hacia donde el potencial aumenta
Recordando la definición de trabajo de una fuerza:
Podemos obtener la relación entre el campo eléctrico y la diferencia de potencial entre dos puntos:
De esta expresión se deduce que en una región del espacio en la que el campo eléctrico es nulo, el potencial es constante.
Líneas de campo y superficies equipotenciales creadas por una carga +Q:
Líneas de campo y superficies equipotenciales creadas por una carga +Q:
