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Colegio Nelson Mandela IED Resolución 08-030 del 22 de abril de 2015 Formación integral desde la filosofía UBUNTU para la transformación social Nombre : Tema : Laboratorio campo eléctrico - visualización de líneas de fuerza y vectores campo eléctrico Objetivos : Comprender el concepto de campo eléctrico - Comprender las representaciones utilizadas para explicar el comportamiento del espacio a partir de una distribución de carga. Enlace simulador: https://phet.colorado.edu/sims/html/charges-and-fields/latest/charges-and-fields_es.html Elaborado por Juber Edinson Monsalve Meneses - Lic. Física Ingrese a la simulación y configure el simulador en modo proyector. (observe toda la imagen)
1) Realice los experimentos propuestos con ayuda del simulador Experimentos con cargas puntuales Resultado del experimento Descripción de lo que observa Arrastre una carga positiva de un nano Coulomb y ubíquela fuera del recuadro. Active la casilla campo eléctrico. Observamos que la intensidad del campo disminuye a medida que la distancia aumenta. La carga crea un campo eléctrico que apuntará radialmente hacia afuera en todas las direcciones, dado que una carga positiva de prueba en el campo será repelida por esta carga. ¿qué ocurre al activar la casilla campo eléctrico? La carga genera un campo eléctrico en donde se muestra la dirección de la fuerza de la carga que va en sentido del campo. La densidad del campo es superior cuando está cerca de la carga que la genera.
2) Ubique una carga eléctrica positiva de 1 nC fuera del recuadro y active las casillas “campo eléctrico” y “grilla”. Posterior a ello mueva la carga por toda la pantalla observe lo que ocurre: Descripción de lo sucedido Al mover la carga por todo el tablero podemos visualizar como la carga genera un campo eléctrico el cual la rodea, y su intensidad va cambiando de acuerdo con la posición de la carga, volviéndose casi imperceptible cuando está lejos de la carga, también notamos que la densidad del campo va cambiando hasta el punto de ser dispersa cuando está lejos de la carga. Otra observación es que en cualquier lado que se encuentre la carga positiva las flechas siempre van a apuntar hacia afuera, es decir su fuerza siempre será en esa dirección.
Ubique una carga eléctrica negativa de (^1) nC fuera del recuadro y active las casillas “campo eléctrico” y “grilla” “voltaje”. Posterior a ello mueva la carga por toda la pantalla observe lo que ocurre: Captura de Descripción de lo sucedido
3) Ubique 13 cargas eléctricas negativas en línea recta y separadas la misma distancia como se observa en la imagen y observe lo que ocurre con el vector campo eléctrico. (active las casillas grilla y campo eléctrico y voltaje) Experimento distribución lineal de carga Resultado Descripción de lo observado Lo que nos muestra la zona azul con mayor intensidad es el voltaje que generan las cargas, este voltaje también se lo conoce como tensión y se lo mide en voltios, cuando las cargas no están en movimiento la tensión que genera es estática, estos campos se los conoce como campos electroestáticos. La tensión o voltaje, dependerá del numero de cargas que existan en el campo. También observamos como las flechas apuntan a las cargas, sin embargo, en la zona donde se encuentran todas las cargas en line recta, las flechas apuntan hacia otro lado, esto se debe a la fuerza de repulsión que se produce cuando las cargas son iguales. Ubique 10 cargas eléctricas positivas en línea recta y separadas la misma distancia como se observa en la imagen y observe lo que ocurre con el vector campo eléctrico. (active las casillas grilla y vector campo eléctrico)
4) Ubique una carga positiva y una carga negativa como se observa en la imagen y observe lo que ocurre con el vector campo eléctrico. (active las casillas grilla y campo eléctrico) Experimento dipolo eléctrico Resultado Descripción de lo observado Observamos que se generan líneas que salen de la carga positiva e ingresan a la carga negativa, esto sucede gracias a las leyes de las cargas, que menciona que cargas opuestas se atraen, estas cargas ejercen una fuerza la una sobre la otra es por eso que la intensidad del campo eléctrico no pierde su intensidad en el área entre la carga positiva y negativa. Ubique dos cargas positivas como se observa en la imagen y observe lo que ocurre con el vector campo eléctrico. (active las casillas grilla y vector campo eléctrico) Experimento dos cargas positivas
Resultado Descripción de lo observado Podemos evidenciar que en el centro de las cargas la fuerza es nula, esto debido a la ley de cargas que dice: dos cargas de mismo signo se repelen, en el área entre las dos cargas podemos ver como las líneas se encuentran frente a frente, es decir las fuerzas chocan y es por eso que las flechas se dirigen para arriba y abajo ya que jamás llegan a la otra carga, la intensidad del campo tampoco cambia en el área entre las dos cargas, esto varia dependiendo de la distancia que se encuentre una carga de otra. Las líneas de campo salen de cada carga y se alejan de ellas, sin cortarse nunca.
Observe el video ¿Qué es un campo eléctrico? Es un espacio en el cual pueden existir cargas positivas o negativas, o ambas, que interactúan entre sí permitiéndonos calcular la fuerza de atracción o repulsión de mencionadas cargas. ¿Qué relaciones establece usted entre los experimentos realizados anteriormente y la definición consultada de campo eléctrico? La relación que existe es que mediante los experimentos podemos darnos cuenta de como funciona el campo eléctrico dependiendo de las cargas que este campo posea. El concepto de campo eléctrico también es esencial para entender una onda electromagnética que se auto propaga, como la luz, y nos proporciona una manera de describir cómo la luz estelar viaja a través de una gran distancia de espacio vacío para llegar a nuestros ojos.
- Establezca relaciones entre las representaciones gráficas del vector campo eléctrico y las líneas de fuerza con lo observado en experimentos sobre la visualización del campo eléctrico. Para ello observe los videos y relacione el experimento con su respectiva representación gráfica. De clic en los siguientes enlaces video 1 , v ideo 2 , video 3 Representación gráfica Captura de pantalla del experimento
Con base en lo observado en los experimentos anteriores complemente sus respuestas de los puntos 1 a 4 (Refine sus respuestas)
- ¿ Cuándo en una región del espacio el campo eléctrico es nulo, también lo es el voltaje?
- ¿Qué sucede si coloco una carga positiva en medio de dos cargas negativas de la misma masa y a la misma distancia? Registre 2 conclusiones respecto al trabajo realizado. Registre 2 preguntas respecto al trabajo realizado.
- Concluimos que un campo eléctrico es una alteración que se genera a partir de una carga eléctrica en el espacio que la rodea, de tal manera que, si introducimos una carga en dicho campo, actuará sobre ella una fuerza eléctrica, la misma que puede ser de atracción o repulsión según las cargas.
- También podemos concluir con el experimento, que toda carga en un campo eléctrico genera un voltaje, el voltaje aumenta conforme la cantidad de las cargas, cuando las cargas están en movimiento el voltaje circula a través de los conductores eléctricos, pero cuando las cargas están estáticas, esto produce un campo electroestático.
