Guía n6 Física IV Medio

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COLEGIO SAN JOSÉ PUERTO MONTT 
UNIDAD TÉCNICO PEDAGÓGICA 
 
 
 
GUÍA DE CONTENIDOS Y EJERCICIOS Nº6 
“POTENCIAL ELÉCTRICO” 
ASIGNATURA: Física 
DOCENTE: Pamela Cabrera Erices 
NIVEL: VI° Medio 
 
UNIDAD TEMA 
Fuerza eléctrica y cargas eléctricas POTENCIAL ELÉCTRICO 
 
ESTRATEGIA DE APRENDIZAJE: 
Conocer las características y origen del potencial eléctrico y su variación, aplicando en la 
resolución de problemas; demostrando valoración e interés por los aportes de hombres y 
mujeres al conocimiento científico. 
 
INSTRUCCIONES: 
Se proponen diversas actividades que debes completar según lo solicitado en cada caso. 
No es requisito imprimir el material, puedes desarrollar las actividades en tu cuaderno, 
especificando el número de actividad. 
Requerirás de los siguientes materiales: 
▪ Tu cuaderno de asignatura 
▪ Una calculadora 
▪ Lápiz grafito y goma. 
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Actividad Inicial 
Determinar la distancia que hay desde una carga generadora 𝑄 = 100𝜇𝐶 y una carga de 
puntual 𝑞 = 15𝜇𝐶, si la energía potencial eléctrica adquirida por la carga puntual es 6𝐽. 
 
 
 
 
 
 
 
 
POTENCIAL ELÉCTRICO 
Si una carga eléctrica q situada en un punto de un campo eléctrico se duplica, triplica o aumenta n veces, la 
energía potencial eléctrica aumentará en la misma cantidad, respectivamente; sin embargo, es más frecuente 
considerar, en dicho punto, el potencial eléctrico (𝑽), que corresponde a la energía potencial eléctrica por 
unidad de carga ya que este valor será el mismo, independiente de la cantidad de cargas, o incluso si no hay 
cargas (es una propiedad del espacio). Por lo tanto: 𝑉 =
𝑈
𝑞
 
El potencial eléctrico es una cantidad escalar, cuya unidad de medida es el volt, en honor del físico italiano 
Alessandro Volta (creador de la pila eléctrica) que corresponde a J/C. Por ejemplo, un potencial de 220 𝑉 
significa que en ese punto una carga de 1 C adquiere una energía de 220 𝐽. 
Para el caso de un campo eléctrico creado por una carga 𝑸 puntual, el potencial eléctrico en un punto ubicado 
en r se obtiene según: 
𝑉 = 𝐾
𝑄
𝑟
 expresión que se obtiene al relacionar la energía potencial 𝑼 y el 
potencial eléctrico 𝑽. 
 
Ejemplo 1 
Calcular el potencial eléctrico de un campo eléctrico cuya carga generadora es 𝑄 = 110𝜇𝐶, en 
un punto que se encuentra a 15𝑐𝑚 de distancia del centro de la carga. 
 
𝐾 = 9 ∙ 109 [
𝑁 𝑚2
𝐶2
] 
𝑟 = (15𝑐𝑚 ) = 0,15 𝑚 
𝑄 = 110 ∙ 10−6 𝐶 
 
 
entonces 
𝑉 = 9 ∙ 109 [
𝑁 𝑚2
𝐶2
] ∙
(110 ∙ 10−6 𝐶 ) 
0,15𝑚
 
𝑉 = 66.000 ∙ 10−3 
𝑁𝑚
𝐶
 
𝑉 = 66
𝑁𝑚
𝐶
= 66𝑉 
 
 
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Ejemplo 2 
¿Cuál es el valor de una carga generadora cuyo potencial eléctrico a 0,3 m de distancia es 60V? 
𝐾 = 9 ∙ 109 [
𝑁 𝑚2
𝐶2
] 
𝑟 = 0,3 𝑚 
𝑉 = 60 𝑉 = 50
𝑁𝑚
𝐶
 
 
 
entonces 
60 
𝑁𝑚
𝐶
= 9 ∙ 109 [
𝑁 𝑚2
𝐶2
] ∙
(𝑄) 
0,3𝑚
 
[60 
𝑁𝑚
𝐶
] : [
9 ∙ 109 
0,3
[
𝑁 𝑚
𝐶2
]] = 𝑄 
𝑄 =
60 ∙ 0,3
9
∙ 10−9 𝐶 
𝑄 = 2 ∙ 10−9 𝐶 
𝑄 = 0,002 ∙ 10−6 𝐶 
 
DIFERENCIA DE POTENCIAL ELÉCTRICO 
La energía potencial gravitatoria de un cuerpo cambia si se ubica a diferentes alturas respecto del suelo. De 
este modo, entre dos alturas diferentes existe una diferencia de energía potencial gravitatoria. Análogamente, 
ocurre en el campo eléctrico; la energía potencial eléctrica por unidad de carga o potencial eléctrico varía de 
acuerdo a la distancia que la separa de una carga generadora. Por lo tanto, existe una diferencia de potencial 
eléctrico (𝛥𝑉) entre dos puntos ubicados a diferentes distancias de la carga generadora de un campo eléctrico. 
La diferencia de potencial eléctrico se define como el trabajo (𝑊) realizado por un agente externo por unidad 
de carga para desplazar, independientemente de la trayectoria seguida, una carga (𝑞) entre dos puntos de un 
campo eléctrico que están a diferente potencial: ∆𝑉 =
𝑊
𝑞
 
 
Si continuamos haciendo la analogía con la energía potencial gravitatoria, al levantar a cierta altura un cuerpo, 
su energía potencial aumenta. Lo mismo ocurre con la energía potencial eléctrica: aumenta si la carga se mueve 
en el sentido contrario del campo eléctrico y disminuye al mover la carga en el sentido del campo. 
Por lo tanto: ∆𝑈 = 𝑞 ∙ ∆𝑉 
 
Así, una carga q que se mueve entre dos puntos del espacio que están a 
diferente potencial, cambia su energía potencial en 𝑞 ∙ ∆𝑉 . 
 
 
Los puntos que están a un mismo potencial definen lo que 
se llama superficies equipotenciales, las que pueden 
tener distintas formas. Para una carga puntual, las 
superficies equipotenciales son esferas concéntricas en 
cuyo centro está la carga. Una partícula eléctrica que se mueve en una misma superficie 
equipotencial no experimenta cambios de energía potencial. Las líneas de campo son 
perpendiculares a ellas. 
 
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Diferencia de potencial en un campo ele ctrico 
uniforme 
Para determinar la diferencia de potencial entre dos puntos al interior de un 
campo eléctrico uniforme podemos usar la expresión: 
∆𝑉 = 𝐸 ∙ ∆𝑥 
Esto significa que, entre las placas de un condensador, por ejemplo, la 
diferencia de potencial eléctrico (o de voltaje) depende de la distancia que 
separa las placas (𝑑) y del valor del campo entre ellas (𝐸). 
 
 
 
 
 
Ejemplo 3 
¿Cuál es el valor de la diferencia de potencial eléctrico si la carga puntual es 𝑞 = 12𝜇C y el trabajo 
realizado es 𝑤 = 15J? 
𝑤 = 15 𝐽 
𝑞 = 12 ∙ 10−6 𝐶 
 
 
entonces 
∆𝑉 =
15𝐽
12 ∙ 10−6𝐶
 
∆𝑉 = 1,25 ∙ 106
𝐽
𝐶
 
∆𝑉 = 125 ∙ 104 𝑉 
 
 
Actividad Pra ctica 
Ítem I. Desarrollo. Desarrolla los siguientes ejercicios paso a paso, tal como se muestra en los ejemplos. 
1. Determinar el valor de la carga de prueba 𝑞, si Δ𝑈 = 870 ⋅ 10−4𝐽 y Δ𝑉 = 3 ⋅ 10−5𝑉. 
2. Determinar la variación de potencial eléctrico a partir de los siguientes datos: Una esfera de 10 𝑐𝑚 de 
radio posee una carga Q positiva de es 90𝜇C . A 30 𝑐𝑚 del centro de la esfera se encuentra una carga 
puntual q de −15𝜇𝐶. Además, determinar: 
1. El potencial creado por la esfera en posiciones 𝑟1 = 30𝑐𝑚y 𝑟2 = 40𝑐𝑚 (con esto puedes determinar 
∆𝑥) 
2. La variación de energía potencial eléctrica de la carga 𝑞 que se traslada desde la posición 𝑟1 a 𝑟2. 
 
Importante. En una pila común, la separación de cargas producida por una reacción 
química genera entre los extremos de ella una diferencia de potencial eléctrico o de tensión 
eléctrica de unos 1.5 volt. Si se conecta un cable entre los dos extremos, habrá un flujo de 
carga y por cada coulomb que circule, la pila le suministra 1,5 joules de energía lo que 
seguirá haciendo mientras siga activo el electrolito al interior de la pila. 
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Ítem II. Verdadero y falso. Indica si las siguientes aseveraciones son verdaderas(V) o falsas(F). Justifica las 
falsas. 
1. ______ El potencial eléctrico corresponde a la distancia que separa a una carga de otra. 
2. ______ El potencial eléctrico de una carga positiva aumenta a medida que la distancia, con respecto a la 
carga generadora, disminuye. 
3. ______ La diferencia de potencial eléctrico es directamente proporcional a la variación de la energía 
potencial eléctrica. 
4. ______ Para una carga puntual, las superficies equipotenciales son esferas concéntricas en cuyo centro está 
la carga generadora. 
5. ______ La diferencia de potencial eléctrico, entre las placas de un condensador, depende de la distancia que 
separa las placas y del valor del campo entre ellas. 
 
 
Autoevaluación 
Ahora es momento de que evalúes tu desempeño al momento de realizar tu trabajo en casa. 
Criterios 
S: Siempre F: Frecuentemente O: Ocasionalmente N: Nunca 
 
Acciones 
Al iniciar mi trabajo tuve la disposición de: 
Criterios 
S F O N 
trabajar en la construcción de conceptos por aprender. 
analizar los conceptos hasta comprenderlos. 
ejecutar los procedimientos planteados en el desarrollo de actividadesy 
resolución de problemas. 
 
seguir las indicaciones presentes en la guía. 
desarrollar de forma ordenada las actividades propuestas, ya sea sobre la 
guía impresa o en mi cuaderno de física. 
 
realizar a tiempo las actividades propuestas. 
buscar apoyo bibliográfico extra si es necesario (y tengo las posibilidades 
de acceder a él). 
 
plantear mis dudas a través de correo electrónico (si tengo acceso a 
internet).