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Campo eléctrico
Teoría
2022 · Ordinaria · Titular
B1-a
Examen
a) Dos cargas puntuales de igual valor y signo contrario se encuentran separadas una distancia dd. Explique, con ayuda de un esquema, si el campo eléctrico puede anularse en algún punto próximo a las dos cargas.
Dipolo eléctricoCampo eléctricoSuperposición
a) Para que el campo eléctrico neto se anule en un punto P, la suma vectorial de los campos eléctricos creados por cada carga en ese punto debe ser cero: Etotal=E1+E2=0\vec{E}_{total} = \vec{E}_1 + \vec{E}_2 = 0. Esto implica que los campos individuales deben tener la misma magnitud y direcciones opuestas (E1=E2\vec{E}_1 = -\vec{E}_2).

Consideremos dos cargas puntuales de igual valor pero signo contrario, por ejemplo, q1=qq_1 = -q y q2=+qq_2 = +q, separadas por una distancia dd. Analicemos el campo eléctrico en las diferentes regiones alrededor de estas cargas.

XY-$q_1 = -q$+$q_2 = +q$

1. Región entre las cargas (q1q_1 y q2q_2): En cualquier punto entre las dos cargas, el campo eléctrico E1\vec{E}_1 (creado por q-q) apuntará hacia q-q (es decir, hacia la izquierda si q-q está a la izquierda). El campo eléctrico E2\vec{E}_2 (creado por +q+q) apuntará alejándose de +q+q (también hacia la izquierda si +q+q está a la derecha). Dado que ambos campos apuntan en la misma dirección, sus magnitudes se sumarán y el campo eléctrico total nunca será cero en esta región.2. Regiones fuera de las cargas (a la izquierda de q-q o a la derecha de +q+q): * A la izquierda de q-q: El campo E1\vec{E}_1 (debido a q-q) apunta hacia la derecha (hacia q-q). El campo E2\vec{E}_2 (debido a +q+q) apunta hacia la izquierda (alejándose de +q+q). Los campos tienen direcciones opuestas, lo que permitiría una posible cancelación. Sin embargo, cualquier punto en esta región estará más cerca de q-q que de +q+q. Dado que la magnitud de los campos es E=kqr2E = k \frac{|q|}{r^2} y q1=q2|q_1| = |q_2|, el campo generado por la carga más cercana (q-q) siempre será de mayor magnitud que el campo generado por la carga más lejana (+q+q). Por lo tanto, E1>E2|E_1| > |E_2|, y el campo total no puede anularse en esta región. * A la derecha de +q+q: El campo E1\vec{E}_1 (debido a q-q) apunta hacia la izquierda (hacia q-q). El campo E2\vec{E}_2 (debido a +q+q) apunta hacia la derecha (alejándose de +q+q). Nuevamente, los campos tienen direcciones opuestas. Sin embargo, cualquier punto en esta región estará más cerca de +q+q que de q-q. Por la misma razón que antes, el campo generado por la carga más cercana (+q+q) siempre será de mayor magnitud que el campo generado por la carga más lejana (q-q). Por lo tanto, E2>E1|E_2| > |E_1|, y el campo total no puede anularse en esta región.En resumen, para que el campo eléctrico sea cero, las magnitudes de los campos deben ser iguales y las direcciones opuestas. Para que las magnitudes sean iguales, el punto debería estar a la misma distancia de ambas cargas, lo cual solo ocurre en el punto medio. Pero en el punto medio (entre las cargas), los campos apuntan en la misma dirección, sumándose. En cualquier otro punto donde las direcciones sean opuestas (fuera de las cargas), las distancias a las cargas son diferentes, haciendo que las magnitudes de los campos sean diferentes. Por lo tanto, el campo eléctrico no puede anularse en ningún punto finito próximo a las dos cargas de igual valor y signo contrario.