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Campo y potencial eléctrico

Extremadura · 2025 · Julio
Enunciado
Dos cargas puntuales positivas iguales de valor 3 C3\ \text{C} están situadas sobre el eje X en los puntos de coordenadas (−3, 0)(-3,\,0) y (+3, 0)(+3,\,0) (en metros).

a) (1 punto) ¿Cuál es el valor del potencial eléctrico en un punto de coordenadas (0, 4)(0,\,4)?

b) (0,5 puntos) ¿Hay algún punto del plano XY en el que el potencial sea nulo? Razona tu respuesta.

c) (1 punto) Calcula el vector campo eléctrico en el punto de coordenadas (0, 4)(0,\,4).

Dato: Constante de Coulomb, en unidades del Sistema Internacional: K=9⋅109K = 9\cdot 10^{9} (SI).
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Resultado
  V(0, 4)=1,08⋅1010 V  \boxed{\;V(0,\,4) = 1{,}08\cdot 10^{10}\ \text{V}\;}  No hay ninguˊn punto con V=0 (solo en el infinito)  \boxed{\;\text{No hay ningún punto con } V = 0 \text{ (solo en el infinito)}\;}  E⃗(0, 4)=1,73⋅109 j⃗  N/C  \boxed{\;\vec E(0,\,4) = 1{,}73\cdot 10^{9}\ \vec j\ \ \text{N/C}\;}
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

El potencial es un escalar: el de cada carga es V=Kq/rV = Kq/r y el total es la suma de los dos, sin preocuparse por direcciones. Como las dos cargas son positivas, sus potenciales son positivos en todas partes y nunca se cancelan.

El campo es un vector: cada carga positiva crea en P(0, 4)P(0,\,4) un campo que se aleja de ella. Por simetría, las componentes horizontales se anulan y solo quedan las verticales, que se suman.
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Desarrollo

a) El punto P(0, 4)P(0,\,4) está a la misma distancia de las dos cargas:r=32+42=5 mr = \sqrt{3^2 + 4^2} = 5\ \text{m}Por el principio de superposición, el potencial total es la suma de los potenciales de cada carga:VP=Kq1r+Kq2r=2⋅9⋅109⋅35=1,08⋅1010 VV_P = K\frac{q_1}{r} + K\frac{q_2}{r} = 2\cdot 9\cdot 10^{9}\cdot\frac{3}{5} = 1{,}08\cdot 10^{10}\ \text{V}b) No, en ningún punto del plano a distancia finita. El potencial de una carga puntual positiva, V=Kq/rV = Kq/r, es positivo en todos los puntos. La suma de dos potenciales positivos es siempre positiva:V=K q(1r1+1r2)>0V = K\,q\left(\frac{1}{r_1} + \frac{1}{r_2}\right) > 0Para que el potencial se anulara, haría falta una carga negativa que compensara. Solo se hace cero en el límite, infinitamente lejos de las dos cargas, que es donde se toma el origen de potenciales.

c) Módulo del campo que crea cada carga en PP (el mismo para las dos):E1=E2=Kqr2=9⋅109⋅352=1,08⋅109 N/CE_1 = E_2 = K\frac{q}{r^2} = 9\cdot 10^{9}\cdot\frac{3}{5^2} = 1{,}08\cdot 10^{9}\ \text{N/C}Cada campo apunta desde su carga hacia PP y más allá (cargas positivas). La carga de (−3, 0)(-3,\,0) empuja en la dirección (3, 4)/5(3,\,4)/5, y la de (3, 0)(3,\,0), en la dirección (−3, 4)/5(-3,\,4)/5:E⃗1=1,08⋅109(0,6 i⃗+0,8 j⃗) N/CE⃗2=1,08⋅109(−0,6 i⃗+0,8 j⃗) N/C\vec E_1 = 1{,}08\cdot 10^{9}\left(0{,}6\,\vec i + 0{,}8\,\vec j\right)\ \text{N/C}\qquad \vec E_2 = 1{,}08\cdot 10^{9}\left(-0{,}6\,\vec i + 0{,}8\,\vec j\right)\ \text{N/C}Sumando, las componentes xx se cancelan:E⃗P=E⃗1+E⃗2=2⋅1,08⋅109⋅0,8 j⃗=1,73⋅109 j⃗  N/C\vec E_P = \vec E_1 + \vec E_2 = 2\cdot 1{,}08\cdot 10^{9}\cdot 0{,}8\ \vec j = 1{,}73\cdot 10^{9}\ \vec j\ \ \text{N/C}El campo en PP apunta hacia arriba, alejándose del eje XX a lo largo de la mediatriz de las dos cargas.
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Consejo

El potencial se suma con sus signos, sin vectores; el campo, como vectores. Con dos cargas iguales y un punto en la mediatriz, la simetría hace el trabajo: se anula una componente y la otra se duplica.

El campo nulo y el potencial nulo no van juntos: aquí el campo es cero en el origen, entre las dos cargas, y en cambio el potencial no se anula en ningún sitio.
Paso 1 de 3
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