Septiembre 99-00, Opción B

1. Explica el concepto de campo eléctrico. ¿Qué campo eléctrico crea una carga puntual?

2. Tres partículas con cargas iguales q = 1 μ C están situadas en tres de los vértices de un cuadrado de lado L = 10 cm. Calcula el campo eléctrico (módulo, dirección y sentido) en el vértice vacante, A.

3. ¿Qué fuerza eléctrica actuaría sobre una carga q’ = -2 μ C situada en este último punto?.

1. Concepto de campo eléctrico:

El campo eléctrico (también llamado intensidad de campo eléctrico) es una magnitud vectorial que representa la fuerza que se ejerce sobre la unidad de carga positiva colocada en un punto.

Como se trata de una magnitud vectorial, la dirección y sentido serán los mismos que los de la fuerza F_E que el campo ejerce sobre la unidad de carga positiva.

Un campo eléctrico se representa mediante líneas de fuerza que son líneas tangentes al vector campo eléctrico.

La unidad de campo eléctrico es (N/C) en el S.I.

Campo eléctrico creado por una carga puntual Q en un punto P situado a una distancia r, también llamado Intensidad de campo eléctrico:

Es una magnitud vectorial que representa la fuerza que ejerce la carga Q sobre la unidad de carga positiva colocada en el punto P.

u_r representa un vector unitario.

De la expresión anterior del campo eléctrico se pueden extraer las siguientes consecuencias:

Ø Es un vector de dirección radial, de modo que si la carga que crea el campo eléctrico (Q) es positiva, el sentido es hacia fuera de la carga; y si la carga que crea el campo eléctrico (Q) es negativa, el sentido es hacia la carga.

Ø El sentido del campo coincide con el sentido de movimiento que adquiriría la unidad de carga positiva abandonada en reposo en un punto del campo eléctrico.

Ø Es independiente de que exista una carga en el punto P o no exista. Según la expresión anterior, su valor depende de la carga Q que origina el campo y del inverso del cuadrado de la distancia al punto.

Ø Dada la dependencia de E, todos los puntos situados a la misma distancia de la carga Q tienen el mismo valor de intensidad de campo.

2. Se indican con los números 1, 2 y 3 los vértices del cuadrado donde se encuentran las cargas q en el sentido horario.

Teniendo en cuenta el carácter vectorial del campo eléctrico, se establecen como referencia los vectores unitarios i y j, que corresponden a los vectores directores de los ejes OX y OY respectivamente.

El campo eléctrico creado en el punto A corresponderá a la suma vectorial de los campos eléctricos que originen las cargas 1, 2 y 3.

Realizando la suma vectorial, se obtiene:

 

3. Como la intensidad de campo representa la fuerza ejercida por el campo sobre la unidad de carga positiva, la fuerza total sobre una carga q situada en ese punto será el producto de la intensidad de campo por el valor de la carga.

Como la carga q’ tiene signo negativo, el sentido de la fuerza será el opuesto a la intensidad de campo.