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Campo y potencial eléctrico

Extremadura · 2022 · Junio
Enunciado
Una carga crea un campo eléctrico. Si el potencial eléctrico en un punto situado a 6 m de la carga creadora es 85000 V Calcule:

a) el valor de dicha carga eléctrica; y

b) El trabajo que hay que realizar para trasladar una carga de −16 μC-16\ \mu\text{C} desde este punto a otro punto situado a 12 m de la carga creadora.

Datos: K0=9⋅109 N m2/C2K_0 = 9\cdot 10^{9}\ \text{N}\,\text{m}^2/\text{C}^2.

(Calificación de cada apartado, 1 punto).
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Resultado
  Q=5,67⋅10−5 C=56,7 μC  \boxed{\;Q = 5{,}67\cdot 10^{-5}\ \text{C} = 56{,}7\ \mu\text{C}\;}  Wext=+0,680 J(Wcampo=−0,680 J)  \boxed{\;W_{\text{ext}} = +0{,}680\ \text{J}\quad (W_{\text{campo}} = -0{,}680\ \text{J})\;}
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

El potencial de una carga puntual es V=K0 Q/rV = K_0\,Q/r: del dato del potencial a 6 m se despeja QQ. Para b) se calcula el potencial a 12 m y se usa que el trabajo que hay que hacer (fuerza externa, sin cambiar la energía cinética) es igual a la variación de energía potencial, Wext=q′ (VB−VA)W_{\text{ext}} = q'\,(V_B - V_A).
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Desarrollo

a) Despejamos la carga de la expresión del potencial:VA=K0 QrA⇒Q=VA rAK0=85000⋅69⋅109=5,67⋅10−5 C=56,7 μCV_A = K_0\,\frac{Q}{r_A}\quad\Rightarrow\quad Q = \frac{V_A\,r_A}{K_0} = \frac{85000\cdot 6}{9\cdot 10^{9}} = 5{,}67\cdot 10^{-5}\ \text{C} = 56{,}7\ \mu\text{C}Es positiva, como corresponde a un potencial positivo.

b) Potencial en el punto BB, a rB=12 mr_B = 12\ \text{m}. Como la distancia se duplica, el potencial se reduce a la mitad:VB=K0 QrB=9⋅109⋅5,67⋅10−512=42500 VV_B = K_0\,\frac{Q}{r_B} = \frac{9\cdot 10^{9}\cdot 5{,}67\cdot 10^{-5}}{12} = 42500\ \text{V}El trabajo que realiza el campo al llevar q′=−16⋅10−6 Cq' = -16\cdot 10^{-6}\ \text{C} de AA a BB es:Wcampo=q′ (VA−VB)=−16⋅10−6 (85000−42500)=−0,680 JW_{\text{campo}} = q'\,(V_A - V_B) = -16\cdot 10^{-6}\,(85000 - 42500) = -0{,}680\ \text{J}El trabajo que hay que realizar (una fuerza externa que la lleve sin acelerarla) es el opuesto, igual a la variación de energía potencial:Wext=ΔEp=q′ (VB−VA)=−16⋅10−6 (42500−85000)=+0,680 JW_{\text{ext}} = \Delta E_p = q'\,(V_B - V_A) = -16\cdot 10^{-6}\,(42500 - 85000) = +0{,}680\ \text{J}El signo tiene sentido: la carga creadora es positiva y la que se traslada es negativa, así que se atraen. Alejarla exige vencer esa atracción: hay que aportar trabajo y la energía potencial del sistema aumenta.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

Lee bien quién hace el trabajo: «el trabajo que hay que realizar» es el de una fuerza externa, Wext=q′(VB−VA)W_{\text{ext}} = q'(V_B - V_A); «el trabajo del campo» es el opuesto, q′(VA−VB)q'(V_A - V_B). Confundirlos solo cambia el signo, pero ese signo es el que se puntúa.

Y no olvides el signo de la carga que se traslada: aquí es negativa y le da la vuelta a todo.
Paso 1 de 3
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