D.2 · Campos eléctricos y magnéticos

Esta hoja didáctica cubre temas seleccionados de HL para el curso cuya primera evaluación fue en 2025; no constituye todo el programa.

Requisitos previos: leer las cantidades y unidades indicadas, y aplicar aritmética y las condiciones del modelo siguientes.

Los ejemplos son originales y ficticios: no son mediciones reales ni investigaciones estudiantiles reales.

¿Qué explicaría esta observación?

• Una partícula cargada negativamente experimenta una fuerza eléctrica opuesta a la dirección del campo. La dirección del campo se define utilizando una carga de prueba positiva.

Construya el modelo

• La intensidad del campo eléctrico es la fuerza por unidad de carga de prueba positiva.
• Cargas iguales se repelen y cargas opuestas se atraen.
• Las líneas de campo apuntan hacia afuera desde las cargas positivas y hacia adentro hacia las cargas negativas.
• Líneas espaciadas cercanamente representan un campo más fuerte dentro de un diagrama dibujado consistentemente.
• Intensidad del campo eléctrico: Fuerza eléctrica por unidad de carga de prueba positiva.
• Carga de prueba: Una carga pequeña utilizada para sondear un campo eléctrico.

Elija evidencias que puedan probarlo

• En un campo uniforme entre placas paralelas ideales, E = V/d lejos de los efectos de borde.
• La fuerza es F = qE, por lo que su dirección se invierte para una carga negativa.
• La fuerza de Coulomb entre cargas puntuales ideales disminuye con el cuadrado de la separación.

En el laboratorio: Dibuje las polaridades etiquetadas de las placas, flechas del campo y la carga antes de calcular. Convierta la separación a metros. En la escuela, utilice simulaciones o modelos electrostáticos de bajo voltaje aprobados en lugar de equipos de alto voltaje expuestos.

Trabaje desde cantidades conocidas

• Datos: la diferencia de potencial de las placas es 120 V y la separación es 0.020 m.
• E = V/d = 6,000 V/m.
• Una carga de +2.0 microcoulombs experimenta F = qE = 0.012 N a lo largo del campo; una carga de −2.0 microcoulombs experimenta la misma magnitud en dirección opuesta.

Su turno: Use E = V/d. Calcule E para 100 V a través de 0.025 m.

Verifique la conclusión y sus límites

• La intensidad del campo es un vector.
• La diferencia de potencial es energía por unidad de carga y no es la misma magnitud.
• Un dibujo de líneas de campo es un modelo, no hilos físicos reales.

No es cierto: Cada partícula cargada experimenta una fuerza a lo largo de la dirección del campo eléctrico. La dirección del campo se define por la fuerza sobre una carga POSITIVA. Una partícula negativa siente una fuerza opuesta al campo, por lo que la dirección del campo no es la dirección de la fuerza de cada partícula.

Clave:

• La intensidad del campo eléctrico es la fuerza por unidad de carga de prueba positiva.
• En un campo uniforme entre placas paralelas ideales, E = V/d lejos de los efectos de borde.
• Tenga en cuenta: la intensidad del campo es un vector.

Escribe partiendo de un campo de 5000 voltios por metro

• Una diferencia de potencial de 80 V está a través de una separación de 0.016 m.
• Encuentre la intensidad del campo eléctrico. Una carga negativa siente una fuerza opuesta.

Escribe partiendo de una ganancia de energía de 3.2 veces diez a la menos 17 julios

• Un protón (carga 1.6 × 10⁻¹⁹ C) se acelera a través de 200 V.
• Energía = qV = 3.2 × 10⁻¹⁷ J = 200 eV — el voltio es energía por unidad de carga, por lo que una diferencia de potencial de 200 V proporciona exactamente 200 eV a un protón.

Escribe partiendo de un trayecto sin trabajo

• Una carga se mueve a lo largo de una superficie equipotencial.
• ΔV = 0, por lo que el cambio de energía qΔV = 0 — el campo no realiza trabajo; el movimiento perpendicular a las líneas de campo no produce cambios.

Escribe partiendo de un par de fuerzas en un mismo campo

• Entre placas con E = 6,000 V por metro, hay cargas de +2.0 y −2.0 microcoulombs respectivamente.
• Cada una experimenta una fuerza de 0.012 N — MISMA magnitud, direcciones opuestas: el campo actúa sobre la carga, nunca para ella.

Escribe partiendo de un campo entre placas

• Placas paralelas separadas 0.040 m presentan una diferencia de potencial de 160 V.
• E = V ÷ d = 4,000 V por metro, uniforme entre las placas — el campo que siente una carga en cualquier punto del espacio entre ellas.