Download Guia3 de física

Guia de
física
2012
Guía para el trabajo de clase en ciencias físicas para el año 2012. Aquí
encontraras la tematica a tratar cada semana con sus respectivos ejemplos y
talleres de aplicación.
Capitulo 1
electrostatica
GUIA Nº 3
 SEMANA 3
 TITULO:
Potencial Electrico
 LOGROS:
 Calcula la diferencia de potencial entre dos puntos.
 Calcula el potencial eléctrico producido por cargas puntuales.
ACTIVIDADES
Actividad de introducción.
Traiga varias pilas de distinto tamaño y clase, observe las instrucciones que trae
inscritas. Que deduces______________________________________________
Crees que es lo mismo una que dice AA a otra que dice AAA?
________________________________________________________________
TEORIA
Cuando colocamos una carga +q dentro de un campo eléctrico, esta experimentará
una fuerza ejercida por este campo y la hará desplazar una distancia determinada, o
sea, que realizará un trabajo sobre la carga q.
Observe la grafica:
A
B
+
F
E
El trabajo se define como el producto de la fuerza ejercida sobre la carga por el
desplazamiento realizado por esta. W = F.X ( F= fuerza y X es el desplazamiento)
El trabajo que ejerce el campo eléctrico sobre la carga no depende de la trayectoria,
solo depende del punto inicial y el punto final, o sea, del desplazamiento.
La diferencia de potencial se define como el trabajo que realiza el campo eléctrico
por unidad de carga que se desplaza de A a B.
V = VA – VB = WAB
q
El potencial eléctrico o voltaje como se conoce generalmente, es un escalar.
El potencial eléctrico se mide en : V = W/q = [ 1 joule/1coulomb] = 1j/1c = 1 voltio
si el campo eléctrico es uniforme como el que
muestra la figura, el trabajo para llevar la carga q de A hasta B será W= F.x ( fuerza
por distancia) , como F = q.E, Tenemos entonces W = q.E.x (en la grafica se
representa la distancia por d, pero nosotros la nombraremos x)
y la diferencia de
potencial nos quedaría asi:
VA - VB = q.E.x
q
=
E.x
en resumen,
el voltaje depende del campo eléctrico y la distancia entre las placas.
Ejemplo:
Cual es el trabajo realizado por la fuerza F producida por un campo eléctrico
constante de E = 300 N/C sobre una carga q = 5. 10-6 C, cuando esta se desplaza en
la dirección del campo una distancia de 20 cm?. ¿ cuál es la diferencia de energía
potencial electrica de la carga q dentro del campo?
Datos:
E= 300N/C
Q = 5. 10-6 C
X = 0,20 m
W=?
W = F. x, como F = q.E, tenemos W = q.E.x = 5. 10-6 C 300N/C. 0,20m
W = 3.10-4 Jul
La diferencia de energía potencial eléctrica es igual a: V = .E.x = 300N/C . 0,20m = 60
voltios
ECUACIÓN DIFERENCIA DE POTENCIAL: sabemos que V = W/q y que W = F.x,
Como F = K .q . Q/ r2, tenemos que remplazando F nos queda
V = K .q . Q.x
= K .Q.x (en donde x representa la distancia entre los dos
2
r q
r2
puntos determinados.). para una carga puntual x es igual a r, por lo tanto la ecuación
nos quedaría asi:
V = K .Q.r
= K.Q (esta expresión es el potencial absoluto)
2
r q
r
Ejemplo 1:
Dos cargas q1 = 2.10-6 c y q2 = -1,5 .10-6 c, se encuentran con respecto a un punto P
como lo indica la figura:
+
P
8cm
5 cm
-
Calcular el potencial en el punto P debido a estas dos cargas.
Solución:
Datos
q1= 2.10-6 c
q2 = -1,5 .10-6 c
r1 = 0,08 m
r2 = 0,05m
la carga q1 genera el campo electrico:
V1 = K .q1 /r1
V1= 9.109 Nm2/c2. 2.10-6 c /0.08m = 225.103 = 2,25.105 V
La carga q2 genera el campo
V2 = K .q2 /r2
V2= 9.109 Nm2/c2. -1,5.10-6 c /0.05m = -2,7.105 V
En total en el punto p el potencial es V = V1 + V2 = 2,25.105 + -2,7.105 = -0,5 .105 V
Ejemplo2:
Una carga q = 5.10-6 c se desplaza en la dirección de un campo electrico de 300N/C,
entre dos puntos A y B que están separados por 0,02m.¿cuál es la diferencia de
potencial entre estos dos puntos?
Solucion:
Datos
E = 300N/C
q = 5.10-6 c
r = 0,02m
V = KQ/r
V = 9.109 Nm2/c2 . 5.10-6 c / 0,02m
V = 2250. 103 voltios = 2`250.000 v
ejemplo 3
observa la grafica que muestra el desplazamiento de una carga dentro de un campo
eléctrico entre los puntos A y B.
E
+
+ A
+
+q
+
+
+ B
+
sea x la distancia entre A y B
-
la fuerza ejercida por el campo eléctrico sobre q va en la misma
dirección del campo E ya que la carga es positiva
como el desplazamiento de la carga es perpendicular al campo E,
Este no realiza trabajo sobre la carga y por lo tanto la diferencia
De potencial entre los puntos A y B es cero. ( W = f.x.cos ø)
Ejemplo 4:
E
+q
el campo eléctrico se muestra en la grafica. Al colocar una
carga +q en el campo determina:
a) En que dirección actua la fuerza eléctrica sobre la carga?
b) Que signo tiene el trabajo que realiza el campo sobre la
carga?
c) Que signo tiene el potencial, por qué’
d) En dónde hay mayor potencial, en A o en B?
Solución:
a) La fuerza actua en la misma dirección y sentido del campo porque es una carga
positiva
b) Como la carga se mueve en el mismo sentido del campo , este es positivo
(W = f.x , como la fuerza y el desplazamiento tienen el mismo signo su producto
siempre será positivo, una ley de las matematicas)
c) V = VA – VB = W/q y como W es positivo y la carga q es positiva su producto es
positivo
d) Como la diferencia de potencial es V = VA – VB y es positivo significa que VA es
mayor que VB.
Del punto d podemos concluir que las cargas positivas se mueven de puntos de mayor
potencial a puntos de menor potencial.
Haciendo la analogía con una carga negativa podemos decir que estas se mueven de
puntos de menor potencial a puntos de mayor potencial.
EJERCICIOS