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Colegio Madre del Divino Pastor Departamento de Ciencias

Física XI Año Prof. Fernando Álvarez Molina

Capítulo III. Campo Eléctrico y Potencial Eléctrico

Def. Espacio físico que rodea una carga donde se hace sentir la fuerza eléctrica. Dicho espacio se calcula por medio de la intensidad del campo eléctrico, y para saber su límite se emplea una carga de prueba qo para saber si en un punto determinado existe atracción o repulsión según sea el caso.

Cuando una carga eléctrica experimenta una fuerza debido a otra carga, se puede notar que en ningún momento se da contacto físico por parte de las cargas, lo cual nos permite concluir que una carga de prueba interactúa no con la otra carga sino con el campo eléctrico que genera dicha carga y viceversa.

Interacción Interacción Carga Campo Carga Def. Física del campo: Otra def. sería:

Unidades del Campo eléctrico: N/C

El campo eléctrico es una cantidad vectorial, y su dirección se representa espacialmente, por medio de flechas imaginarias denominadas líneas de campo. Dichas flechas tienen direcciones establecidas por convección tanto para las cargas positivas como para las negativas. Ejemplo.

Carga positiva Carga Negativa

Note que en las cargas positivas las líneas de campo salen de la carga.

En el caso de las cargas negativas las líneas de campo entran a la carga.

Ejemplo de la interacción entre una carga positiva y una negativa.

E KQ

r

2

2

Ejemplo de la interacción entre dos cargas positivas

Ejemplo de la interacción entre dos cargas negativas

Características de las líneas de campo eléctrico

1. E es tangencial a la línea.

2. Nacen en las cargas positivas (o en infinito) y mueren en las cargas negativas (o en infinito).

3. Nunca se cruzan.

4. La magnitud de E es directamente proporcional con la densidad de líneas. (Líneas cercanas implica mucho campo.)

5. El número de líneas que nacen o mueren en una carga es proporcional a la magnitud de la carga.

Ejemplo 1.

Calcula el campo eléctrico creado por una carga Q = +2 μC en un punto P situado a 30 cm de distancia en el vacìo. Calcula también la fuerza que actúa sobre una carga q = -4 μC situada en el punto P.

DATOS

FÓRMULA

PROCEDIMIENTO

3

Ejemplo 2.

Dos cargas puntuales, Q1 = +1 μC y Q2 = +3 μC, están situadas en el vacío a 50 cm una de la otra. Calcula el campo eléctrico en un punto P situado sobre el segmento que une las dos cargas y a 10 cm de Q1.

DATOS FÓRMULA PROCEDIMIENTO

Ejemplo 3

Calcular el campo eléctrico de una Carga de 6 coulomb aplicada a una carga de prueba inicial que se encuentra a (-4i+2j).

DATOS FÓRMULA PROCEDIMIENTO

4

Ejemplo 3. Hallar la intensidad del campo eléctrico, en el aire, a una distancia de 30 cm de una carga q = 5x10-9 C.

DATOS FÓRMULA PROCEDIMIENTO

R/ 500 N/C

Ejemplo 4. Hallar la intensidad de campo eléctrico en el aire entre dos cargas puntuales de 20x10-8 C y -5x10-8 C, las cuales están distanciadas 10 cm. Haga lo mismo pero considerando que se remplaza la carga de -5x10-8 C por una de 5x10-8 C.

A) Figura Parte A

B) Figura Parte B

DATOS FÓRMULA PROCEDIMIENTO

R/ 9 000 000 N/C hacia la derecha R/ 5 40 000 N/C hacia la derecha

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Ejemplo 5

Dos cargas eléctricas de 3 y -8 C están a 2 m. Calcular la intensidad de campo en el punto medio del trazo que une estas cargas.

DATOS FÓRMULA PROCEDIMIENTO

R/ 9,9X104

N/C

Ejemplo 6 Calcular la intensidad en un punto de un campo eléctrico si al colocar

la carga de 48 C en el, el campo actúa con una fuerza de 1,6 N.

DATOS FÓRMULA PROCEDIMIENTO

R/ (1/3)x105

N/C

Ejemplo 7 Calcular la intensidad de campo eléctrico en un punto situado a 18

km de una carga de 120 C.

DATOS FÓRMULA PROCEDIMIENTO

R/ 0,033 N/C

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Ejemplo 8 Hallar la intensidad del campo eléctrico en un punto en el aire situado a 3 cm de una carga de 5x10-8 C.

DATOS FÓRMULA PROCEDIMIENTO

R/ 5x105 N/C

Ejemplo 9 Calcular la intensidad del campo eléctrico en un punto en el aire

situado a 1 m de un núcleo atómico de Helio cuya carga es la equivalente a 2 e.

DATOS FÓRMULA PROCEDIMIENTO

R/ -2,9x109

N/C

Ejemplo 10 Hallar la aceleración de un protón en un campo eléctrico de intensidad 500 N/C. ¿Cuántas veces esta aceleración es mayor que la debida a la gravedad?

DATOS FÓRMULA PROCEDIMIENTO

R/ 4,8X1010

m/s2

R/ 4,9X109

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Ejemplo 11

En un punto P del espacio existe un campo eléctrico E de 5x104 N/C, dirigido hacia la derecha. Si una carga positiva de

1,5 C, se coloca en el punto P, a) ¿cuál será el valor de la fuerza eléctrica que actúa sobre ella? b)¿En qué sentido se moverá la carga? Responda la pregunta a) suponiendo que la carga es negativa.

DATOS FÓRMULA PROCEDIMIENTO

R/0,075 N

Como la carga es positiva se moverá hacia la derecha.

Como la carga es negativa se moverá hacia la izquierda con la misma magnitud calcula en la parte

a.

Ejemplo 12 Dos cargas positivas de 1,5 C y 3 C, están separadas una distancia de 20 cm. ¿En que punto será nulo el campo eléctrico creado por esas cargas?

DATOS FÓRMULA PROCEDIMIENTO

R/X=0,083 m

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Ejemplo 13 Se comprueba que en la proximidad de la superficie de la Tierra, existe un campo eléctrico de aproximadamente 100 N/C, dirigido vertivalmente hacia abajo. A) ¿Cuál es el signo de la carga eléctrica existente en la Tierra? B) ¿Cuál es el valor de esta carga, c)Cómo la Tierra es un conductor, esta carga carga está distribuida casi totalmente en su superficie, ¿cuál es entonces, la carga que existe en cada metro cuadrado de la superficie terrestre?

DATOS FÓRMULA PROCEDIMIENTO

a)Negativo b)4,5x10

5 N/C

c)8,8X10-10

C/m2

Ejemplo 14 La siguiente figura muestra las líneas de fuerza de un campo eléctrico. A) ¿Este campo es más intenso en las proximidades de la región A o de la región B? B) Si se coloca un cuerpo pequeño metálico descargado en este campo, ¿quedará en equilibrio?

R/A) A B)No, este se polarizará.

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Potencial Eléctrico

La energía potencial eléctrica se relaciona con la energía potencial en cuanto a que la energía de un cuerpo dependerá de su posición. La energía potencial eléctrica es la energía que posee una carga eléctrica, producto de la posición que tiene con respecto a otras cargas u objetos cargados en un campo eléctrico definido. Esta energía se mide en J. Potencial Eléctrico: Se define como el cociente que resulta al dividir la energía potencial eléctrica, entre la carga y se mide en voltios. Nota: La diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera se conoce como voltaje o tensión eléctrica.

Diferencia de Potencial Def. Trabajo realizado para mover una carga de un punto A hasta otro B, por unidad de carga.

Donde: V es la diferencia de potencial y se mide en J/C (V) W= Trabajo y se mide en J q= es la carga y se mide en C

Superficies Equipotenciales Son aquellas superficies o puntos que se encuentran sometidos a un mismo potencial.

Las circunferencias con mismo radio son superficies equipotenciales.

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En las placas paralelas todos aquellos puntos que se encuentren a la misma distancia de las placas son superficies equipotenciales. Ejemplo 1 Las tres cargas eléctricas de la figura están en el aire. Calcula: a) El potencial eléctrico en el punto P. b) La energía potencial que adquiere una carga q = +2,5 μC al situarse en el punto P.

DATOS FÓRMULA PROCEDIMIENTO

Ejemplo 2

Una carga eléctrica puntual Q = +2 μC se encuentra en el agua (εr = 80). Calcula: a) El potencial eléctrico a una distancia de 30 cm y a una distancia de 150 cm de la carga. b) La energía potencial eléctrica que tendría una carga puntual q = -3 μC situada en esos puntos. c) El trabajo que deberíamos realizar para trasladar la carga q desde el primer punto hasta el segundo.

DATOS FÓRMULA PROCEDIMIENTO

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Ejemplo 3

Dos cargas puntuales de 2.10-6 y -10-6 C están situadas, respectivamente, en el punto (1,0) y en el punto (0,2) de un sistema de ejes cartesianos cuya escala está establecida en centímetros. Calcula:

a) El campo eléctrico en el punto (2,1).

b) El potencial eléctrico en el mismo punto.

DATOS FÓRMULA PROCEDIMIENTO

TRABAJO EXTRACLASE: Realice en el libro de texto los ejemplos 1,2,3 y 4 de las paginas 27-28. Además realice la actividad 3 de la página 29 a la 31 y el repaso de conceptos de la página 32 a la 34. Recuerde que la tarea debe tener la firma del padre de familia o encargado.

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