Universidad Nacional Autónoma de México Colegio de Ciencias y Humanidades CCH-Oriente Laboratorio Asistido por Computadora

Transcripción

1 Universidad Nacional Autónoma de México Colegio de Ciencias y Humanidades CCH-Oriente Laboratorio Asistido por Computadora Campo eléctrico de objetos electrizados (Líneas de fuerza eléctrica) Integrantes del equipo.grupo: Resumen En esta estrategia se dibujan, siguiendo las reglas convencionales (página 6), las líneas de fuerza eléctrica, tangentes al campo eléctrico de placas electrizadas mediante la máquina de Wimshurst y se comparan con las que se dibujan mediante la simulación con el softwareequipotentialsurfacesfor High School. Ubicación: Física II, Segunda Unidad Fenómenos electromagnéticos, Tema 2 Campo, energía potencial y potencial eléctrico. Aprendizaje: El alumno describe mediante dibujos el campo eléctrico de configuraciones sencillas de objetos electrizados. Propósitos Representarmediante dibujos las líneas de fuerza eléctrica de configuraciones sencillas de objetos electrizados experimentalmente y mediante la simulación apoyándose en una serie de reglasconvencionales. Introducción al concepto de campo eléctrico ( ) La fuerza eléctrica como la gravitacional son fuerzas que actúan a distancia Cómo es posible que una fuerza actúe sobre un cuerpo a distancia? Para explicar este hecho Michael Faraday ( ) desarrollo el concepto de campo eléctrico. De acuerdo con Faraday una carga crea un campo eléctrico a su alrededor en todas direcciones y si en alguna posición de este campo se coloca otra carga esta interactúa con el campo sintiendo una fuerza de atracción o de repulsión. 1

2 De este modo, podemos definir el Campo Eléctrico( ), como el espacio que rodea a una carga eléctrica o conjunto de cargas eléctricas y que por el hecho de su presencia le confieren a este espacio la propiedad de interactuar con cargas eléctricas en cualquier región de este espacio, el campo eléctrico es un campo vectorial, es decir, tiene modulo dirección y sentido que pueden cambiar en cada punto del espacio. A continuación observaremos diferentes configuraciones de cuerpos cargados eléctricamente y las líneas de campo eléctrico que se forman a su alrededor. Las líneas de campo que observaremos, son un modelo del campo eléctrico y pueden ser visualizadas por medio de la siguiente actividad experimental. Material Máquina de Wimshurst Equipo para campos eléctricos (placas de distintas configuraciones) Aceite, 1 bolsa de Té Proyector de acetatos Procedimiento Se conectan los cables de los electrodos de la máquinade Wimshursta los bornes del dispositivo con los cuerpos metálicos, se añade en la charola el aceite y se esparce un poco de té. Se carga eléctricamente el dispositivo por medio de la máquina de Wimshurst teniendo cuidado de no tocar ninguna de las partes metálicas de la máquina par ano sufrir una descarga. Actividad 1:En cada uno de los dibujos de la columna de la izquierda, dibujen las líneas del campo eléctrico que esperanse obtendríanconsiderando las reglas descritas anteriormente y a cada una de las diferentes configuraciones presentadas. Haz las correcciones necesarias una vez que se haya terminado la discusión del experimento; al final, escribe tus aciertos y equivocaciones. (Recuerda que entre mayor sea su dedicación mejores resultados tendrán). 2

3 Campo eléctrico entre dos cargas puntuales Antes de la actividad experimental Después de la actividad experimental Escribe tus aciertos: Escribe tus equivocaciones: Actividad 2:Descripción de las líneas de fuerza eléctrica e interpretación del campo eléctrico mediante la representación con el software EquipotentialSurfacesfor High School. 1. En el espacio de dibujo del programa, coloca dos partículas cargadasde distinto signo de tal manera que simulen la configuración del experimento anterior y observa cómo se representan esas cargas en el espacio. 3

4 Figura 1 Representación de dos cargas en elplano Figura 2 Representación de dos cargas en el espacio A diferencias de lo observado en el experimento, en la simulación puedes manipular las partículas cargadas y observar en el espacio el campo eléctrico. Son acordes las reglas que emplea este software para dibujar las líneas de fuerza eléctricacon las descritas anteriormente?explica por qué. De manera muy sencilla puedes cambiar el signo de la carga de una de las partículas de tal manera que tengan igual signo, teniendola configuración del campo la siguiente: Figura 3 Representación de dos cargas de igual signo en el plano Figura 4 Representación de doscargas de igual signo en el espacio 4

5 Cómo deberíanmodificar el experimento para lograr esta misma configuración del campo?realiza el experimento y escribe tus observaciones. Ahora, cómo modificarían nuevamente el experimento para lograr una configuración con una sola partícula cargada como muestra la figura? Realiza el experimento y escribe tus observaciones. 5

6 Convenciones para dibujar las líneas de fuerza eléctrica Las líneas de fuerza eléctrica para cualquier sistema de cargas puntuales pueden dibujarse tomando las siguientes consideraciones: En un lugar próximo a cada una de las cargas, las líneas poseen la misma separación y según el signo de la carga, se alejan o se acercan a ella, lejos de la carga los detalles pierden importancia y las líneas de fuerza son las mismas que las correspondientes a una única carga puntual. En el siguiente listado se muestra las convenciones para dibujar las líneas de fuerza eléctrica: 1. Las líneas de fuerza eléctrica comienzan en las cargas positivas (o en el infinito) y terminan en las negativas (o en el infinito). 2. Las líneas se dibujan simétricamente saliendo o entrando en la carga. 3. El número de líneas que abandonan una carga positiva o entran en una carga negativa es proporcional a la magnitud de la carga. 4. La densidad de líneas (número de ellas por unidad de área perpendicular a las mismas) en un punto es proporcional al valor del campo en dicho punto. 5. A grandes distancias de un sistema de cargas, las líneas de campo están igualmente espaciadas y son radiales como si procediesen de una sola carga puntual igual a la carga neta del sistema. 6. No pueden cortarse nunca dos líneas de campo. (Si dos líneas de campo se cruzaran, esto indicaría dos direcciones para ( cual es imposible.) ) en el punto de intersección, lo Reglas para dibujar las líneas de fuerza eléctrica. 6

7 CUESTIONARIO DE EVALUACIÓN 1.- Dibuja las líneas de fuerza eléctrica de acuerdo a las convenciones que hemos estudiado para cada una de las tres siguientes figuras 7

8 2.- La siguiente figura muestra un bote metálico cargado negativamente. Describe lo que sucederá al introducir un péndulo cargado positivamente dentro del mismo? 3.- La siguiente figura representa las líneas de campo eléctrico correspondientes a un conductor esférico cargado cerca de un conductor esférico sin carga. a) Explica la forma de las líneas de campo. b) Ordena los puntos A, B y C de mayor a menor intensidad de campo, describiendo cómo lo haces. 8

9 Considera los cuatro dibujos de las líneas del campo eléctrico; tomando en cuenta que no existe una carga eléctrica en la región que se muestra. Cuál de los dibujos representa un campo eléctrico?, explica tu respuesta. Escribe tu opinión sobre la actividad que acabas de realizar, te ayudo a visualizar las líneas de campo 9