Ejercicios: Campo eléctrico y diferencia de potencial

En cierta región existe un campo eléctrico uniforme de magnitud $500\,\text{N/C}$. Calcula la magnitud de la fuerza que experimenta una carga de $2\,\mu\text{C}$ colocada allí.

Un campo eléctrico uniforme apunta hacia la derecha. Indica hacia dónde apunta la fuerza eléctrica sobre un protón, sobre un electrón y sobre una carga positiva de prueba, y explica la relación entre el sentido del campo y el de la fuerza según el signo de la carga.

Una carga de $2\,\mu\text{C}$ se mueve entre dos puntos cuya diferencia de potencial es $150\,\text{V}$. Calcula el trabajo realizado por el campo eléctrico con la expresión $W=q\,\Delta V$.

Dos placas metálicas paralelas están separadas $0{,}02\,\text{m}$ y entre ellas hay una diferencia de potencial de $400\,\text{V}$. Entre las placas el campo es uniforme.

1. a) Calcula la magnitud del campo eléctrico con $E=\Delta V/d$.
2. b) Calcula la fuerza sobre un electrón colocado entre las placas.
3. c) Calcula la aceleración del electrón ($m_e=9{,}11\times10^{-31}\,\text{kg}$, $e=1{,}6\times10^{-19}\,\text{C}$).

Una carga puntual $Q=+5\,\text{nC}$ crea un campo eléctrico a su alrededor. Calcula la magnitud del campo a $0{,}30\,\text{m}$ de ella y su dirección. Luego calcula la fuerza (módulo y sentido) sobre una carga de $-2\,\text{nC}$ colocada en ese punto. Recuerda que $1\,\text{nC}=10^{-9}\,\text{C}$.

Un protón ($e=1{,}6\times10^{-19}\,\text{C}$, $m_p=1{,}67\times10^{-27}\,\text{kg}$) parte del reposo y es acelerado por una diferencia de potencial de $1.000\,\text{V}$. Calcula el trabajo que realiza el campo sobre el protón, su energía cinética final y su rapidez final.

Dos cargas puntuales, $+4\,\text{nC}$ en $x=0$ y $-4\,\text{nC}$ en $x=0{,}20\,\text{m}$, están sobre el eje $x$. Calcula el campo eléctrico neto (módulo y sentido):

1. a) en el punto medio entre ambas, $x=0{,}10\,\text{m}$;
2. b) en el punto $x=0{,}40\,\text{m}$.

Argumenta, comparando los sentidos de los campos de cada carga, por qué no existe ningún punto con campo nulo entre las dos cargas.

En un experimento tipo Millikan, una gota de aceite de masa $3{,}2\times10^{-15}\,\text{kg}$ permanece en equilibrio entre dos placas horizontales separadas $0{,}01\,\text{m}$, donde hay un campo eléctrico uniforme vertical de $2\times10^{5}\,\text{N/C}$. Usa $g=10\,\text{m/s}^2$.

1. a) Calcula la carga de la gota y compárala con la carga elemental $1{,}6\times10^{-19}\,\text{C}$.
2. b) Si el campo apunta hacia abajo, argumenta cuál debe ser el signo de la carga.
3. c) Calcula la diferencia de potencial entre las placas.
4. d) Explica qué le ocurriría a la gota si esa diferencia de potencial se aumentara.