FísicaFácil2 pts

Campo y potencial eléctrico

Extremadura · 2017 · Julio · Opción A
Enunciado
Un campo eléctrico es generado por una carga de 30 C30\ \text{C}. Calcule:

a) El potencial eléctrico en un punto situado a 6 m6\ \text{m} de la carga creadora (Calificación, 1 punto).

b) El trabajo que hay que realizar para trasladar una carga de −4 C-4\ \text{C} desde este punto a otro punto situado a 9 m9\ \text{m} de la carga creadora (Calificación, 1 punto).

Datos: K0=9⋅109 N m2/C2K_0 = 9\cdot 10^{9}\ \text{N}\,\text{m}^2/\text{C}^2.
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Resultado
  VA=4,50⋅1010 V  \boxed{\;V_A = 4{,}50\cdot 10^{10}\ \text{V}\;}  Wext=6,00⋅1010 J  (el campo realiza −6,00⋅1010 J)  \boxed{\;W_{\text{ext}} = 6{,}00\cdot 10^{10}\ \text{J}\ \ (\text{el campo realiza}\ -6{,}00\cdot 10^{10}\ \text{J})\;}
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Estrategia

El potencial de una carga puntual es V=K0 Q/rV = K_0\,Q/r, con el origen de potenciales en el infinito. Para el trabajo, calculamos el potencial en los dos puntos: el trabajo que hace el campo es Wcampo=q (VA−VB)W_{\text{campo}} = q\,(V_A - V_B), y el que hay que realizar (fuerza externa, sin cambiar la energía cinética) es el opuesto, Wext=q (VB−VA)W_{\text{ext}} = q\,(V_B - V_A).
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Desarrollo

a) Potencial en el punto AA, a rA=6 mr_A = 6\ \text{m} de la carga Q=30 CQ = 30\ \text{C}:VA=K0 QrA=9⋅109⋅306=4,50⋅1010 VV_A = K_0\,\frac{Q}{r_A} = 9\cdot 10^{9}\cdot\frac{30}{6} = 4{,}50\cdot 10^{10}\ \text{V}Es positivo porque la carga creadora es positiva.

b) Potencial en el punto BB, a rB=9 mr_B = 9\ \text{m}:VB=K0 QrB=9⋅109⋅309=3,00⋅1010 VV_B = K_0\,\frac{Q}{r_B} = 9\cdot 10^{9}\cdot\frac{30}{9} = 3{,}00\cdot 10^{10}\ \text{V}El trabajo que realiza el propio campo al llevar la carga q=−4 Cq = -4\ \text{C} de AA a BB es:Wcampo=q (VA−VB)=−4⋅(4,50⋅1010−3,00⋅1010)=−6,00⋅1010 JW_{\text{campo}} = q\,(V_A - V_B) = -4\cdot\left(4{,}50\cdot 10^{10} - 3{,}00\cdot 10^{10}\right) = -6{,}00\cdot 10^{10}\ \text{J}El trabajo que hay que realizar desde fuera (llevándola sin que gane energía cinética) es el opuesto:Wext=−Wcampo=q (VB−VA)=6,00⋅1010 JW_{\text{ext}} = -W_{\text{campo}} = q\,(V_B - V_A) = 6{,}00\cdot 10^{10}\ \text{J}Tiene sentido: la carga −4 C-4\ \text{C} es atraída por la carga positiva de 30 C30\ \text{C}, así que para alejarla de 6 m a 9 m hay que tirar de ella contra el campo. Su energía potencial aumenta en 6,00⋅1010 J6{,}00\cdot 10^{10}\ \text{J}.
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Consejo

Lee bien quién hace el trabajo: «el trabajo que hay que realizar» es el de una fuerza externa, q (VB−VA)q\,(V_B - V_A), y el del campo es su opuesto, q (VA−VB)q\,(V_A - V_B). Confundirlos cambia el signo.

Comprueba el signo con la física: alejar una carga negativa de una positiva cuesta trabajo (positivo para el agente externo).
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