FísicaFácil2 pts

Campo y potencial eléctrico

Extremadura · 2024 · Julio
Enunciado
(2 puntos) Indica si es cierta o falsa la siguiente afirmación, razonando la respuesta: «El plano mediatriz de un dipolo eléctrico es equipotencial de valor 0».
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Resultado
Cierta: cada punto del plano mediatriz equidista de +q+q y −q-q, así que V=Kq/r−Kq/r=0V = Kq/r - Kq/r = 0 en todo el plano (con V∞=0V_\infty = 0), aunque el campo allí no se anula.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Un dipolo eléctrico son dos cargas iguales y de signo contrario, +q+q y −q-q, separadas una distancia dd. El potencial es un escalar: en cada punto se suman los potenciales de las dos cargas. Todos los puntos del plano mediatriz están a la misma distancia de las dos cargas, así que los dos sumandos son iguales y opuestos.
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Desarrollo

La afirmación es CIERTA (tomando, como siempre, el origen de potenciales en el infinito).

El plano mediatriz del dipolo es el plano perpendicular al segmento que une las cargas y que pasa por su punto medio. Todo punto PP de ese plano está a la misma distancia rr de +q+q y de −q-q.

Por el principio de superposición, el potencial en PP es la suma (escalar) de los potenciales de las dos cargas:V(P)=K qr+K (−q)r=0V(P) = K\,\frac{q}{r} + K\,\frac{(-q)}{r} = 0Esto vale para cualquier punto del plano, sea cual sea su distancia rr a las cargas, de modo que todos los puntos del plano tienen el mismo potencial, V=0V = 0: el plano mediatriz es una superficie equipotencial de valor cero.

Coherencia con el campo. En el plano mediatriz el campo no es nulo: los campos de +q+q y −q-q tienen el mismo módulo, E=Kq/r2E = Kq/r^2, y sus componentes perpendiculares al eje del dipolo se anulan, pero las paralelas al eje se suman. El campo resultante es paralelo al eje del dipolo y apunta de +q+q hacia −q-q, es decir, perpendicular al plano, como debe ocurrir en toda superficie equipotencial (las líneas de campo cortan a las equipotenciales en ángulo recto).

Consecuencia. Llevar una carga de un punto a otro del plano mediatriz no cuesta trabajo:WA→B=q′ (VA−VB)=q′ (0−0)=0W_{A\to B} = q'\,(V_A - V_B) = q'\,(0 - 0) = 0Además, ese potencial es el mismo que en el infinito, así que traer una carga desde el infinito hasta cualquier punto del plano tampoco cuesta trabajo en total.
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Consejo

Que V=0V = 0 no significa que E⃗=0\vec E = 0: en la mediatriz del dipolo el potencial es nulo y el campo no, porque el potencial se suma como escalar y el campo como vector.

En un «cierto o falso», escribe el veredicto en la primera línea y justifícalo con la cuenta: aquí bastan dos sumandos iguales y de signo contrario.
Paso 1 de 3
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