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Campo y potencial eléctrico

Cataluña · 2020 · Julio
Enunciado
Dos cargas eléctricas puntuales de −5,0 μC-5{,}0\ \mu\text{C} y 7,0 μC7{,}0\ \mu\text{C} están separadas 10 cm10\ \text{cm} la una de la otra.

a) (1,25 puntos) Calcule el campo eléctrico (módulo, dirección y sentido) en un punto a 3,0 cm3{,}0\ \text{cm} de la carga negativa y a 7,0 cm7{,}0\ \text{cm} de la carga positiva. Este punto pertenece a la línea que une las dos cargas.

b) (1,25 puntos) Calcule en qué punto de la línea que une las cargas el potencial eléctrico es nulo.

Dato: k=14πε0=8,99×109 N m2 C−2k = \dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0} = 8{,}99\times 10^{9}\ \text{N m}^2\,\text{C}^{-2}.
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Resultado
  ETotal=6,28×107 N/C, sobre la recta que une las cargas, hacia la carga negativa  \boxed{\;E_{Total} = 6{,}28\times 10^{7}\ \text{N/C, sobre la recta que une las cargas, hacia la carga negativa}\;}  V=0 a d=0,0417 m de la carga negativa (entre las dos cargas)  \boxed{\;V = 0\ \text{a}\ d = 0{,}0417\ \text{m de la carga negativa (entre las dos cargas)}\;}
Ver la solución oficialla corrección de la PAU, con los puntos de cada paso

Solución oficial

Corrección oficial de la PAU de Cataluña (Generalitat de Catalunya), traducida del catalán. Las puntuaciones de cada paso son las de la pauta de corrección.
a)
q1 = −5 μC a la izquierda y q2 = 7 μC a la derecha, separadas 0,1 m; en el punto a 0,03 m de q1 y 0,07 m de q2, los campos E1 y E2 apuntan los dos hacia q1
q1 = −5 μC a la izquierda y q2 = 7 μC a la derecha, separadas 0,1 m; en el punto a 0,03 m de q1 y 0,07 m de q2, los campos E1 y E2 apuntan los dos hacia q1
0,45 p. Como el punto donde hay que calcular el campo está situado entre las dos cargas y estas tienen signo diferente, el campo total será la suma de los valores absolutos de los campos de cada una de las cargas, la dirección será la de la recta que une las dos cargas y el sentido será el que va de la carga positiva hacia la negativa.

0,25 p. ∣E⃗1∣=∣k q1d12∣=8,99×109 5×10−6(0,03)2=4,99×107 N/C|\vec E_1| = \left|k\,\dfrac{q_1}{d_1^2}\right| = 8{,}99\times 10^{9}\,\dfrac{5\times 10^{-6}}{(0{,}03)^2} = 4{,}99\times 10^{7}\ \text{N/C}

0,25 p. ∣E⃗2∣=∣k q1d12∣=8,99×109 7×10−6(0,07)2=1,28×107 N/C|\vec E_2| = \left|k\,\dfrac{q_1}{d_1^2}\right| = 8{,}99\times 10^{9}\,\dfrac{7\times 10^{-6}}{(0{,}07)^2} = 1{,}28\times 10^{7}\ \text{N/C}

Y como los dos campos son paralelos, el módulo de la suma es la suma de módulos:

0,3 p. ∣E⃗Total∣=∣E⃗1∣+∣E⃗2∣=6,28×107 N/C|\vec E_{Total}| = |\vec E_1| + |\vec E_2| = 6{,}28\times 10^{7}\ \text{N/C}

b)

0,25 p. VP=V1+V2=0V_P = V_1 + V_2 = 0

0,4 p. 0=−8,99×109 5×10−6d+8,99×109 7×10−60,1−d0 = -8{,}99\times 10^{9}\,\dfrac{5\times 10^{-6}}{d} + 8{,}99\times 10^{9}\,\dfrac{7\times 10^{-6}}{0{,}1 - d}

0,4 p. 5d=70,1−d⟹d5=0,1−d7⟹12d=0,5⟹d=0,0417 m\dfrac{5}{d} = \dfrac{7}{0{,}1 - d} \Longrightarrow \dfrac{d}{5} = \dfrac{0{,}1 - d}{7} \Longrightarrow 12d = 0{,}5 \Longrightarrow d = 0{,}0417\ \text{m} (0,2 p.)

Corrección oficial en PDF (original en catalán)

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