Enunciado

dificultad
Dificultad f√°cil para los ejercicios de nivel experto

Se dispone de un plano de enormes dimensiones que posee una densidad de carga¬†ŌÉ=2¬∑10-6 C/m2. Calcular:

a) El campo eléctrico generado en las proximidades del plano considerando que este se encuentra en el vacío.
b) ¬ŅQu√© trabajo habr√° que realizar para desplazar una carga de -5 ¬ĶC desde un ¬†punto A situado a 3 cm de la placa hasta otro B situado a 9 cm.

Solución

Datos

ŌÉ=2¬∑10-6¬†C/m2
őĶ0 = 8.9¬∑10-12 C2/N¬∑m2
rA= 3 cm = 0.03 m
rB = 9 cm = 0.09 m
őĒr = rB-rA = 0.06 m¬†
q =¬†-5 ¬ĶC

Resolución

Cuestión a)

Considerando la expresi√≥n del campo el√©ctrico creado por una l√°mina de gran tama√Īo en sus proximidades tenemos que:

E=ŌÉ2¬∑őĶ0¬†‚áíE=2¬∑10-62¬∑8.9¬∑10-12‚áíE=112359.6¬†N/C

Cuestión b)

El trabajo que realiza el campo eléctrico para trasladar la carga desde el punto A al punto B se obtiene por medio de la siguiente expresión:

We(A‚ÜíB)¬†=¬†Fe¬∑őĒr

Si aplicamos la definición de campo eléctrico, obtenemos que la fuerza eléctrica que experimenta cualquier carga cercana al plano es:

F=E¬∑q¬†‚áíF=Ōɬ∑q2¬∑őĶ0

Por tanto:

We(A‚ÜíB)¬†=¬†q¬∑Ōɬ∑őĒr2¬∑őĶ0

Sustituyendo los valores que conocemos:

We(A→B) = -5·10-6·2·10-6·0.062·8.9·10-12⇒We(A→B)=-0.03 J

Podemos observar que el trabajo realizado por el campo es negativo. Esto quiere decir que no sigue su movimiento natural. Si lo piensas bien, una carga negativa se debería desplazar hacia la placa (hacia una zona de mayor potencial) y sin embargo lo hace contrariamente, por tanto debe existir una fuerza externa que la mueva al revés. El trabajo realizado por dicha fuerza externa (Wf) es wf = -We. Por tanto:

Wf(A→B) = -We(A→B) = 0.03 J

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Sobre el autor
José L. Fernández es ingeniero de telecomunicaciones, profesor y curioso por naturaleza. Dedica su tiempo libre a escribir artículos para Fisicalab y a ayudar a Link a salvar Hyrule.

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