Campo eléctrico y potencial

Electric Field and Electric Potential

El campo eléctrico es la región invisible de fuerza alrededor de una carga, como el campo magnético de un imán. Otra carga colocada en él siente una fuerza, y la intensidad es la fuerza sobre una carga positiva unitaria. El tamaño de la carga y la distancia fijan dirección y magnitud de esa fuerza. Aquí deslizas la carga y la distancia para ver cómo cambia el campo.

¿Qué es el campo eléctrico?

⚡ Una región de fuerza invisible

①Como el imán crea campo magnético, una carga crea campo eléctrico

②Otra carga colocada en él siente fuerza

③La intensidad E = fuerza por carga unitaria (+1 C)

④Analogía: el campo es un "viento invisible" que empuja a las cargas

Líneas de campo y superficies equipotenciales

carga Q3 C

💡 Reglas de las líneas

①Salen de la (+) y entran en la (−)

②A más densidad, más campo

③No se cruzan

④Las equipotenciales son perpendiculares a las líneas

⑤A doble distancia, densidad 1/4 → E 1/4 (ley del inverso al cuadrado)

Ley de Coulomb y campo

distancia entre cargas5

Ley de Coulomb

F = kQ₁ Q₂r²

k = 9×10⁹ N·m²/C²; iguales se repelen, opuestas se atraen

Intensidad del campo

E = kQr² [N/C = V/m]

campo a distancia r de la carga puntual Q

📐 Relaciones clave

①F = qE — fuerza sobre una carga = q × E

②A doble distancia, fuerza 1/4

③Superposición: suma vectorial de los campos

④Mismo sentido suma; sentido opuesto resta

Campo y potencial

Potencial

V = kQr [V]

trabajo por unidad de carga al traerla desde el infinito hasta r

Campo y diferencia de potencial

E = -ΔVΔr

el campo es la "pendiente" del potencial

🏔️ Analogía topográfica

①Potencial = altura: una carga + "rueda" de alto a bajo

②Campo = pendiente: si la pendiente es fuerte (ΔV grande), la fuerza también

③Equipotencial = curva de nivel: moverse en ella no realiza trabajo

④Cerca de una +, V alto; cerca de una −, V bajo

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1

Se coloca una carga de +0.5 C donde el campo eléctrico vale 200 N/C. ¿Qué fuerza eléctrica experimenta?

Usa la fuerza sobre una carga F = qE.

F = qE

Sustituye q = 0.5 C, E = 200 N/C.

F = 0.5 × 200 = 100 N

▸ 100 N

F = qE es la fuerza sobre una carga en un campo. Una carga positiva siente la fuerza en el mismo sentido que el campo.

Ejemplo 2

Se aplican 100 V entre placas paralelas separadas 0.02 m. ¿Cuál es la intensidad del campo uniforme entre ellas?

Entre placas paralelas el campo uniforme es E = V/d.

E = Vd

Sustituye V = 100 V, d = 0.02 m.

E = 1000.02 = 5000 V/m

▸ 5000 V/m (= 5000 N/C)

Entre placas paralelas el campo es uniforme, E = V/d. Las unidades V/m y N/C son equivalentes.

Resumen

Campo

E = kQr²

N/C

Potencial

V = kQr

V (voltios)

tipo examen (variante)

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

El campo de una carga puntual es E = kQ/r², inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.

E = kQr²

Si r se duplica, r² se cuadruplica → E se reduce a un cuarto.

r→2r ⇒ E ∝ 1(2r)² = 14E

🎯 Puntos clave

①Coulomb: F = k Q₁ Q₂ / r²

②Campo: E = k Q / r² (vector, ley del cuadrado)

③Potencial: V = k Q / r (escalar)

④Movimiento sobre una equipotencial: trabajo nulo

⑤El campo apunta en sentido de potencial decreciente

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Reflexión total interna

Corriente y resistencia

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