seegongsik

Física Campo eléctrico y potencial

Electric Field and Electric Potential

Un campo eléctrico es la propiedad del espacio que rodea a una carga y que hace que ejerza fuerza sobre otras cargas. Igual que alrededor de un imán hay un campo magnético, alrededor de una carga hay un campo eléctrico. Otra carga colocada en un campo eléctrico siente una fuerza, y la intensidad del campo se define como la fuerza sobre +1 C colocado en ese punto. La intensidad del campo disminuye con el cuadrado de la distancia y el potencial con la distancia, y las superficies equipotenciales, que unen puntos de igual potencial, cortan siempre en ángulo recto a las líneas de campo. Al mover el deslizador de la carga cambian el número y la dirección de las líneas de campo y la intensidad del campo a 2 m y a 4 m; el deslizador de la distancia muestra con una barra cómo la atracción entre dos cargas disminuye con el cuadrado de la distancia.

Qué es un campo eléctrico

⚡ Una región invisible de fuerza
①Igual que alrededor de un imán hay un campo magnético, alrededor de una carga hay un campo eléctrico
②Otra carga colocada en el campo siente una fuerza
③La intensidad del campo E es el tamaño de la fuerza sobre +1 C colocado en ese punto
④El campo eléctrico es un vector con dirección, y el potencial es un escalar que solo tiene tamaño

Líneas de campo y superficies equipotenciales

3 μC
💡 Reglas de las líneas de campo
①Las líneas de campo salen de las cargas positivas y entran en las negativas
②Cuanto más juntas están las líneas, más intenso es el campo
③Las líneas de campo nunca se cruzan
④Las superficies equipotenciales son siempre perpendiculares a las líneas de campo
⑤A doble distancia, el mismo número de líneas se reparte sobre una esfera 4 veces mayor, así que E pasa a ser 1/4

Ley de Coulomb y campo eléctrico

5
Ley de Coulomb
F = kQ₁ Q₂r²
k = 9 × 10⁹ N·m²/C². Las cargas del mismo signo se repelen y las de signo opuesto se atraen
Intensidad del campo
E = kQr² [N/C = V/m]
El campo a una distancia r de una carga puntual Q
📐 Relaciones clave
①Una carga en un campo eléctrico siente la fuerza F = qE
②Si la distancia entre dos cargas se duplica, la fuerza pasa a ser 1/4
③Los campos de varias cargas se suman como vectores
④La barra de la figura muestra la fuerza como (2/r)² veces la fuerza a distancia 2

Potencial y campo eléctrico

Potencial eléctrico
V = kQr [V]
El trabajo necesario para traer +1 C desde muy lejos hasta la distancia r
Campo y diferencia de potencial
E = -ΔVΔr
El campo es la rapidez con que cambia el potencial con la distancia, y apunta hacia el potencial más bajo
🏔️ Comparación con un terreno
①El potencial es como la altura: una carga positiva se mueve del potencial alto al bajo
②El campo es como la pendiente: cuanto más rápido cambia el potencial, más intenso es el campo
③Las superficies equipotenciales son como las curvas de nivel: al moverse a lo largo de una, la fuerza eléctrica no hace trabajo
④Alrededor de una carga positiva el potencial es más alto cuanto más cerca; alrededor de una negativa, más bajo

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1
Donde el campo eléctrico vale 200 N/C se coloca una carga de +0,5 C. ¿Qué fuerza eléctrica siente?
1
Una carga en un campo eléctrico siente la fuerza F = qE.
F = qE
2
Se ponen q = 0,5 C y E = 200 N/C.
F = 0,5 × 200 = 100 N
▸ 100 N
Una carga positiva es empujada en el sentido del campo, y una negativa en sentido contrario.
Ejemplo 2
Entre dos placas paralelas separadas 0,02 m hay 100 V. ¿Cuál es la intensidad del campo uniforme entre ellas?
1
El campo uniforme entre placas paralelas es E = V/d.
E = Vd
2
Se ponen V = 100 V y d = 0,02 m.
E = 1000,02 = 5000 V/m
▸ 5000 V/m (= 5000 N/C)
Entre placas paralelas el campo es el mismo en todas partes, E = V/d; V/m y N/C son la misma unidad.

Resumen

Campo eléctrico
E = kQr²
en N/C
Potencial
V = kQr
en V (voltios)
Problema tipo CSAT, adaptado
Si la distancia a una carga puntual se duplica, ¿cómo cambia la intensidad del campo en ese punto?
①Se duplica
②Se reduce a la mitad
③Se cuadruplica
④Se reduce a un cuarto
⑤No cambia
▸ ④ Se reduce a un cuarto
1
El campo de una carga puntual es E = kQ/r², inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.
E = kQr2
2
Si r se duplica, r² se multiplica por 4, así que E pasa a ser 1/4.
r→2r ⇒ E ∝ 1(2r)2 = 14E
🎯 Puntos clave del examen
①En la ley de Coulomb F = kQ₁Q₂/r², los signos iguales se repelen y los opuestos se atraen
②El campo E = kQ/r² es un vector que disminuye con el cuadrado de la distancia
③El potencial V = kQ/r es un escalar que disminuye con la distancia
④Al moverse por una superficie equipotencial, la fuerza eléctrica no hace trabajo
⑤El campo apunta en el sentido en que disminuye el potencial
← Anterior
Reflexión total interna
Siguiente →
Corriente y resistencia

Última actualización

¿Te fue útil? Apoyar seegongsik