Ejemplos de preguntas sobre energía potencial eléctrica
1. Un electrón es acelerado desde el reposo a través de una diferencia de potencial de 12 voltios. ¿Cuál es el cambio en la energía potencial del electrón?
Discusión
Se sabe que:
Muatan 1 electrón (e) = -1,60 x 10-19 Culombio
Diferencia de potencial eléctrico = voltaje eléctrico (V) = 12 voltios
Preguntó: Cambio en la energía potencial del electrón (ΔEP)
Respuesta :
ΔEP = q V = (-1,60 x 10-19 C)(12 V) = -19,2 x 10-19 Joule
El signo negativo significa energía potencial eléctrica disminuye. Cerca de la placa cargada negativamente, la energía potencial eléctrica del electrón alcanza su valor máximo. Al acercarse a la placa cargada positivamente, la energía potencial eléctrica del electrón alcanza su valor mínimo.
2. Dos placas paralelas están cargadas positiva y negativamente, respectivamente. El campo eléctrico entre las placas es de 500 voltios/metro. La distancia entre las placas es de 2 cm. ¡Determina el cambio en la energía potencial de un protón cuando se mueve de la placa cargada positivamente a la placa cargada negativamente!
Discusión
Se sabe que:
Campo eléctrico entre las dos placas (E) = 500 voltios/metro
Distancia entre las dos placas (s) = 2 cm = 0,02 metros
Carga del protón = +1,60 x 10-19 Culombio
Preguntó: Cambio en la energía potencial eléctrica (ΔEP)
Respuesta :
Primero calcule la diferencia de potencial o voltaje eléctrico :
V = E s
V = (500 voltios/metro)(0,02 metros)
V = 10 voltios
Cambios en la energía potencial eléctrica:
ΔEP = q V
ΔEP = (1,60 x 10-19 C)(10 V)
ΔEP = 16 x 10-19 Joule
ΔEP = 1,6 x 10-18 Joule
Cerca de la placa con carga positiva, la energía potencial eléctrica del protón es máxima. Al acercarse a la placa con carga negativa, la energía potencial eléctrica del protón es mínima. Por lo tanto, al moverse de la placa con carga positiva a la placa con carga negativa, la energía potencial eléctrica del protón disminuye.
3. Dos cargas están dispuestas como se muestra en la figura siguiente. La carga en A es +9 μC y la carga en B es -4 μC. La constante de Coulomb (k) = 9 x 109 Nm2C-2, 1 μC = 10-6 C. ¿Cuánto cambia la energía potencial eléctrica de la carga B si se mueve hacia la carga A?
Discusión
Se sabe que:
Carga A (q1) = +9 μC = +9 x 10-6 C
Carga B (q1) = -4 μC = -4 x 10-6 C
Constante de Coulomb (k) = 9 x 109 Nm2C-2
La distancia entre las cargas A y B (r) = 10 cm = 0,1 metros = 10-1 metro
Preguntó: Cambio en la energía potencial eléctrica de la carga B si se mueve hacia la carga A.
Respuesta :
La carga B se desplaza hacia la carga A de tal manera que su energía potencial eléctrica disminuye en 2,4 julios.
Esto es similar a un objeto masivo que se mueve hacia abajo, en dirección a la Tierra, de modo que su altura y su energía potencial gravitatoria disminuyen.
4. Una partícula con una carga de \( q = 5 \times 10^{-6} \) C se coloca en un campo eléctrico con un potencial de \( V = 300 \) V. ¿Cuál es la energía potencial eléctrica de la partícula?
Discusión:
La energía potencial eléctrica viene dada por:
\[ U = q \times V \]
\[ U = 5 \times 10^{-6} \times 300 \]
\[ U = 1.5 \times 10^{-3} \] J
5. Un electrón se coloca en un campo eléctrico con un potencial de 500 V. ¿Cuál es la energía potencial eléctrica del electrón?
Discusión:
Carga del electrón \( q = -1.6 \times 10^{-19} \) C.
\[ U = q \times V \]
\[ U = -1.6 \times 10^{-19} \times 500 \]
\[ U = -8 \times 10^{-17} \] J
6. Un protón se mueve de un potencial de 100 V a 200 V. ¿Cuál es el cambio en su energía potencial?
Discusión:
Carga del protón \( q = 1.6 \times 10^{-19} \) C.
\[ \Delta U = q \times \Delta V \]
\[ \Delta U = 1.6 \times 10^{-19} \times (200 – 100) \]
\[ \Delta U = 1.6 \times 10^{-17} \] J
7. Dos objetos con cargas \( q_1 = 2 \times 10^{-6} \) C y \( q_2 = -3 \times 10^{-6} \) C se colocan en un campo eléctrico con un potencial de \( V = 400 \) V. ¿Cuál es la energía potencial total de los dos objetos?
Discusión:
\[ U_1 = q_1 \times V \]
\[ U_2 = q_2 \times V \]
\[ U_{total} = U_1 + U_2 \]
\[ U_{total} = (2 \times 10^{-6} + (-3 \times 10^{-6})) \times 400 \]
\[ U_{total} = -4 \times 10^{-3} \] J
8. Un ion con carga \( q = 4e \) (donde \( e \) es la carga elemental) está en un campo eléctrico con potencial \( V = 250 \) V. ¿Cuál es la energía potencial eléctrica del ion?
Discusión:
\[ U = q \times V \]
\[ U = 4 \times 1.6 \times 10^{-19} \times 250 \]
\[ U = 1.6 \times 10^{-16} \] J
9. Se sabe que una partícula con una carga de \( q = -7 \times 10^{-5} \) C tiene una energía potencial de \( 2 \times 10^{-2} \) J. ¿Cuál es el potencial del campo eléctrico donde se encuentra la partícula?
Discusión:
\[ U = q \times V \]
\[ V = \frac{U}{q} \]
\[ V = \frac{2 \times 10^{-2}}{-7 \times 10^{-5}} \]
\[ V = -285.71 \] V
10. Dos objetos con cargas \( q_1 = 5e \) y \( q_2 = -2e \) están en un campo eléctrico con un potencial de \( V = 300 \) V. ¿Cuál es la energía potencial total de los dos objetos?
Discusión:
\[ U_1 = q_1 \times V \]
\[ U_2 = q_2 \times V \]
\[ U_{total} = U_1 + U_2 \]
\[ U_{total} = (5 \times 1.6 \times 10^{-19} – 2 \times 1.6 \times 10^{-19}) \times 300 \]
\[ U_{total} = 1.44 \times 10^{-16} \] J
11. Un ion con una carga \( q = -3e \) tiene una energía potencial de \( -9.6 \times 10^{-19} \) J. ¿Cuál es el potencial del campo eléctrico donde se encuentra el ion?
Discusión:
\[ U = q \times V \]
\[ V = \frac{U}{q} \]
\[ V = \frac{-9.6 \times 10^{-19}}{-3 \times 1.6 \times 10^{-19}} \]
\[ V = 200 \] V
12. Se sabe que la energía potencial eléctrica de una carga \( q \) en un campo eléctrico con potencial \( V = 450 \) V es \( 9 \times 10^{-18} \) J. ¿Cuál es la carga \( q \)?
Discusión:
\[ U = q \times V \]
\[ q = \frac{U}{V} \]
\[ q = \frac{9 \times 10^{-18}}{450} \]
\[ q = 2 \times 10^{-20} \] C
13. Una carga positiva \( q = 1.5 \times 10^{-19} \) C se mueve desde un punto con potencial \( V_1 = 100 \) V a \( V_2 = 500 \) V. ¿Cuál es el cambio en la energía potencial?
Discusión:
\[ \Delta U = q \times \Delta V \]
\[ \Delta U = 1.5 \times 10^{-19} \times (500 – 100) \]
\[ \Delta U = 6 \times 10^{-17} \] J
