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Campo eléctrico
Teoría
2017 · Ordinaria · Reserva
2B-a
Examen

En una región del espacio existe un campo eléctrico uniforme.

a) Si una carga negativa se mueve en la dirección y sentido del campo, ¿aumenta o disminuye su energía potencial? ¿Y si la carga fuera positiva? Razone las respuestas.
Energía potencial eléctricaCampo uniformePotencial
Campo eléctrico uniforme: variación de energía potencial

Recordamos que la relación entre la fuerza eléctrica, el campo y la energía potencial es fundamental para razonar este problema.La fuerza eléctrica que actúa sobre una carga qq en un campo E\vec{E} es:

F=qE\vec{F} = q \cdot \vec{E}

La variación de energía potencial eléctrica al desplazar una carga qq un desplazamiento drd\vec{r} está relacionada con el trabajo realizado por la fuerza eléctrica:

ΔEp=Weleˊctrico=Fd\Delta E_p = -W_{\text{eléctrico}} = -\vec{F} \cdot \vec{d}

Es decir, cuando la fuerza eléctrica realiza trabajo positivo sobre la carga (fuerza y desplazamiento en el mismo sentido), la energía potencial disminuye. Cuando realiza trabajo negativo, la energía potencial aumenta.

a) Caso 1 — Carga NEGATIVA que se mueve en la dirección y sentido del campo E\vec{E}:

Si la carga es negativa (q<0q < 0), la fuerza eléctrica que actúa sobre ella es:

F=qEF es opuesta a E(q<0)\vec{F} = q \cdot \vec{E} \Rightarrow \vec{F} \text{ es opuesta a } \vec{E} \quad (q < 0)

La carga se desplaza en el sentido del campo E\vec{E}, pero la fuerza eléctrica apunta en sentido contrario al desplazamiento. Por tanto, el trabajo realizado por la fuerza eléctrica es negativo:

W=Fd<0W = \vec{F} \cdot \vec{d} < 0

Aplicando la relación ΔEp=W\Delta E_p = -W, se obtiene ΔEp>0\Delta E_p > 0, es decir, la energía potencial eléctrica de la carga negativa AUMENTA.

a) Caso 2 — Carga POSITIVA que se mueve en la dirección y sentido del campo E\vec{E}:

Si la carga es positiva (q>0q > 0), la fuerza eléctrica tiene el mismo sentido que el campo E\vec{E}, y por tanto el mismo sentido que el desplazamiento. El trabajo realizado por la fuerza eléctrica es positivo:

W=Fd>0W = \vec{F} \cdot \vec{d} > 0

Aplicando ΔEp=W\Delta E_p = -W, se obtiene ΔEp<0\Delta E_p < 0, es decir, la energía potencial eléctrica de la carga positiva DISMINUYE.Esto es análogo a la gravedad: una masa que cae a favor del campo gravitatorio pierde energía potencial gravitatoria. Una carga positiva que se mueve a favor del campo eléctrico pierde energía potencial eléctrica.

Resumen
Carga positiva moviéndose en el sentido de E\vec{E}: la energía potencial DISMINUYE (ΔEp<0\Delta E_p < 0).Carga negativa moviéndose en el sentido de E\vec{E}: la energía potencial AUMENTA (ΔEp>0\Delta E_p > 0).