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Campo y potencial eléctrico

Castilla y León · 2021 · Junio
Enunciado
Si se conoce el potencial electrostático en un solo punto, ¿se puede determinar el campo eléctrico en dicho punto? Razone la respuesta.
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Resultado
No: el campo es menos el gradiente del potencial, E⃗=−∇V\vec E = -\nabla V; depende de cómo varía VV alrededor del punto, no de su valor en él.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

El campo eléctrico no está ligado al valor del potencial en un punto, sino a cómo varía el potencial de un punto a otro: E⃗=−∇V\vec E = -\nabla V (en una dimensión, E=−dV/dxE = -dV/dx). Con un solo valor no se sabe cómo cambia, así que la respuesta es no; se refuerza con dos contraejemplos.
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Desarrollo

No, no se puede. La relación entre campo y potencial es:E⃗=−∇V(en una dimensioˊn: Ex=−dVdx)VA−VB=∫ABE⃗⋅dr⃗\vec E = -\nabla V\qquad\left(\text{en una dimensión: } E_x = -\frac{dV}{dx}\right)\qquad V_A - V_B = \int_A^B \vec E\cdot d\vec rEl campo en un punto depende de la rapidez con que cambia el potencial al moverse desde ese punto (su pendiente) y de la dirección en que más disminuye, no de su valor. Además, el valor del potencial depende del origen que se elija: sumarle una constante a VV en todo el espacio no cambia el campo. Conocer VV en un solo punto es como conocer la altura de un sitio de una montaña sin saber hacia dónde ni cuánto sube o baja el terreno.

Dos ejemplos lo muestran:
  • En el punto medio entre dos cargas iguales y de signo opuesto (+q+q y −q-q) el potencial es nulo, V=Kq/r−Kq/r=0V = Kq/r - Kq/r = 0, pero el campo no: los dos campos apuntan hacia la carga negativa y se suman.
  • En el punto medio entre dos cargas iguales del mismo signo ocurre lo contrario: el campo es nulo (los dos campos son opuestos), pero el potencial no, V=2Kq/r≠0V = 2Kq/r \neq 0.
Así, un mismo valor del potencial es compatible con campos distintos. Para obtener el campo hace falta conocer VV en los alrededores del punto (su variación espacial), o bien la distribución de cargas que lo crea.
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Consejo

Los contraejemplos de las dos cargas iguales (campo nulo con potencial no nulo, y al revés con cargas opuestas) son la mejor justificación: apréndetelos, sirven para muchas cuestiones.
Paso 1 de 3
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