El campo eléctrico representa el cambio en el espacio alrededor de una carga eléctrica. Está representado por líneas llamadas líneas eléctricas.
Este tema es parte del contenido electrostático. Así que aprovecha los ejercicios que Toda Matéria te ha preparado, pon a prueba tus conocimientos y despeja dudas siguiendo las resoluciones mencionadas.
Problemas resueltos y comentados
1) UFRGS - 2019
La siguiente figura muestra, en sección transversal, un sistema de tres cargas eléctricas con su respectivo conjunto de superficies equipotenciales.
Marque la alternativa que llene correctamente los espacios en blanco en la declaración a continuación, en el orden en que aparecen. A partir del trazado equipotencial, se puede afirmar que las cargas... tener señales... y que los módulos de carga sean tales que... .
a) 1 y 2 - igual - q1 b) 1 y 3 - igual - q1 c) 1 y 2 - opuesto - q1 d) 2 y 3 - opuesto - q1> q2> q3
e) 2 y 3 - iguales - q1> q2> q3
Las superficies equipotenciales representan superficies formadas por puntos que tienen el mismo potencial eléctrico.
Observando el dibujo identificamos que entre las cargas 1 y 2 hay superficies comunes, esto sucede cuando las cargas tienen el mismo signo. Por lo tanto, 1 y 2 tienen cargas iguales.
En el dibujo, también observamos que la carga 1 es la que tiene el módulo de carga más pequeño, ya que tiene el menor número de superficies, y la carga 3 es la que tiene el número más alto.
Por lo tanto, tenemos q1
Alternativa: a) 1 y 2 - iguales - q1
En la ilustración, los puntos I, II, III y IV están representados en un campo eléctrico uniforme.
Una partícula con masa insignificante y carga positiva adquiere la energía potencial eléctrica más alta posible si se coloca en el punto:
allí
b) II
c) III
d) IV
En un campo eléctrico uniforme, una partícula positiva tiene mayor energía potencial eléctrica cuanto más cerca está de la placa positiva.
En este caso, el punto I es donde la carga tendrá la mayor energía potencial.
Alternativa: a) Yo
El precipitador electrostático es un equipo que se puede utilizar para eliminar pequeñas partículas presentes en los gases de escape en las chimeneas industriales. El principio de funcionamiento básico del equipo es la ionización de estas partículas, seguida de la eliminación mediante el uso de un campo eléctrico en la región por donde pasan. Supongamos que uno de ellos tiene masa m, adquiere una carga de valor q y se somete a un campo eléctrico de módulo E. La fuerza eléctrica sobre esta partícula viene dada por
a) mqE.
b) mE / qb.
c) q / E.
d) qE.
La intensidad de la fuerza eléctrica que actúa sobre una carga ubicada en una región donde hay un campo eléctrico es igual al producto de la carga por la magnitud del campo eléctrico, es decir, F = q. Y.
Alternativa: d) qE
En una clase de laboratorio de física, para estudiar las propiedades de las cargas eléctricas, se llevó a cabo un experimento en el que pequeñas esferas electrificadas se inyectan en la parte superior de una cámara, en el vacío, donde hay un campo eléctrico uniforme en la misma dirección y dirección que la aceleración local de la gravedad. Se observó que, con un campo eléctrico de módulo igual a 2 x 103 V / m, una de las esferas, de masa 3,2 x 10-15 kg, permaneció a velocidad constante dentro de la cámara. Esta esfera tiene (considere: carga electrónica = - 1.6 x 10-19 C; carga de protones = + 1,6 x 10-19 C; aceleración local de la gravedad = 10 m / s2)
a) el mismo número de electrones y protones.
b) 100 electrones más que protones.
c) 100 electrones menos que protones.
d) 2000 electrones más que protones.
e) 2000 electrones menos que protones.
Según la información del problema, identificamos que las fuerzas que actúan sobre la esfera son la fuerza del peso y la fuerza eléctrica.
Como la esfera permanece en la cámara con velocidad constante, concluimos que estas dos fuerzas tienen la misma magnitud y dirección opuesta. Como se muestra en la imagen de abajo:
De esta forma, podemos calcular el módulo de la carga igualando las dos fuerzas que actúan sobre la esfera, es decir:
Ahora, para encontrar la cantidad de partículas adicionales, usemos la siguiente relación:
q = n.e
ser,
n: número de electrones o protones adicionales
e: carga elemental
Por tanto, reemplazando los valores indicados en el problema, tenemos:
Como hemos visto, la fuerza eléctrica deberá tener la dirección opuesta a la fuerza del peso.
Para que esto ocurra es necesario que la carga tenga signo negativo, pues de esta forma la fuerza eléctrica y el campo eléctrico también tendrán direcciones opuestas.
Por tanto, la esfera deberá tener una mayor cantidad de electrones que de protones.
Alternativa: b) 100 electrones más que protones.
5) Unesp - 2015
Los modelos eléctricos se utilizan a menudo para explicar la transmisión de información en varios sistemas del cuerpo humano. El sistema nervioso, por ejemplo, está compuesto por neuronas (figura 1), células delimitadas por una fina membrana lipoproteica que separa el medio intracelular del extracelular. La parte interior de la membrana tiene carga negativa y la parte exterior tiene carga positiva (figura 2), similar a lo que ocurre en las placas de un condensador.
La figura 3 representa un fragmento agrandado de esta membrana, de espesor d, que se encuentra bajo la acción de un campo eléctrico uniforme, representado en la figura por sus líneas de fuerza paralelas entre sí y orientadas a arriba. La diferencia de potencial entre el medio intracelular y extracelular es V. Considerando la carga eléctrica elemental como e, el ion potasio K +, indicado en la figura 3, bajo la acción de este campo eléctrico, estaría sometido a una fuerza eléctrica cuyo módulo puede escribirse como
En un campo eléctrico uniforme, la diferencia de potencial viene dada por:
El campo eléctrico E es igual a la relación entre la fuerza eléctrica y la carga, es decir:
Reemplazando esta relación en la relación anterior, tenemos:
Como solo tenemos un ion potasio, la expresión q = n.e se convertirá en q = e. Sustituyendo este valor en la expresión anterior y aislando la fuerza, encontramos:
Alternativa: d)
La región entre dos placas metálicas planas y paralelas se muestra en la figura del lado. Las líneas discontinuas representan el campo eléctrico uniforme que existe entre las placas. La distancia entre las placas es de 5 mm y la diferencia de potencial entre ellas es de 300 V. Las coordenadas de los puntos A, B y C se muestran en la figura. (Escribir y adoptar: el sistema está en el vacío. Carga de electrones = -1.6.10-19 C)
Determinar
a) módulos YLA, YB y esC del campo eléctrico en los puntos A, B y C, respectivamente;
b) diferencias de potencial VAB y Vantes de Cristo entre los puntos A y B y entre los puntos B y C, respectivamente;
c) el trabajo realizado por la fuerza eléctrica sobre un electrón que se mueve del punto C al punto A.
a) Como el campo eléctrico entre las placas es uniforme, el valor será el mismo en los puntos A, B y C, es decir, ELA = YB = YC = Y.
Para calcular el módulo de E, aplicaremos la siguiente fórmula:
V = E.d
Donde V = 300 V yd = 5 mm = 0.005 m, encontraremos el siguiente valor:
b) Para calcular las diferencias de potencial de los puntos indicados, aplicaremos la misma fórmula anterior, considerando las distancias indicadas, es decir:
Ahora calculemos la diferencia de potencial entre los puntos B y C. Para ello, tenga en cuenta que estos dos puntos están a la misma distancia de las placas, es decir, dantes de Cristo = 0,004 - 0,004 = 0.
De esta forma, la diferencia de potencial será igual a cero, es decir:
Vantes de Cristo = 60 000. 0 = 0
c) Para calcular el trabajo usaremos la siguiente fórmula:
Si el potencial del punto C es igual al del punto B, entonces VC - VLA = VB - VLA = - VAB = - 180 V. Sustituyendo este valor en la fórmula, tenemos:
Considere el campo eléctrico generado por dos cargas eléctricas puntuales, de valores iguales y signos opuestos, separadas por una distancia d. Acerca de este vector de campo eléctrico en los puntos equidistantes de las cargas, es correcto afirmar que
a) tiene la dirección perpendicular a la línea que une las dos cargas y la misma dirección en todos estos puntos.
b) tiene la misma dirección que la línea que une las dos cargas, pero varía en dirección para cada punto analizado.
c) tiene una dirección perpendicular a la línea que une las dos cargas, pero varía en dirección para cada punto analizado.
d) tiene la misma dirección que la línea que une las dos cargas y la misma dirección en todos estos puntos.
En la siguiente imagen se representan las líneas de fuerza cuando tenemos dos cargas eléctricas con señales opuestas.
A medida que el vector de campo eléctrico hace tangentes a las líneas de fuerza en cada punto, verificamos que en los puntos equidistante de las cargas, el vector tendrá la misma dirección que la línea que une las dos cargas y la misma sentido.
Alternativa: d) tiene la misma dirección que la línea que une las dos cargas y la misma dirección en todos estos puntos.
Para más ejercicios, vea también:
- Carga eléctrica: ejercicios
- Electrostática: ejercicios
- Ley de Coulomb: ejercicios
- Asociación de resistencias - Ejercicios
