Campo Eléctrico - V de Gowin
CAMPO ELECTRICO-EXPERIMENTO
Una distribución de cargas positivas o negativas da
lugar al campo eléctrico. Se llama campo eléctrico a todo el espacio alrededor
de un cuerpo, dentro del cual su acción es apreciable. El campo eléctrico
presente en cualquier punto determinado se puede descubrir colocando una carga
de prueba pequeña y positiva denominada (qo.)
El campo eléctrico debido a una distribución de carga y
la fuerza que experimentan partículas cargadas en ese campo, se pueden
visualizar en términos de las líneas de campo eléctrico. Las líneas del campo
eléctrico son continuas en el espacio, en contraste al campo mismo, que está
representado por un vector distinto en cada punto del espacio.
El campo eléctrico es un espacio que rodea a una masa
eléctrica y que esta sometido a lainfluencia de esta carga a masa eléctrica.
(Es algo así como la gravedad terrestre o elcampo magnético, lógicamente con
sus diferencias).
PREGUNTAS CENTRALES:
- ¿Qué es un campo eléctrico?
- ¿El campo eléctrico almacena
energía?
- ¿De qué manera se nos presentan
las distribuciones continuas de cargas?
- ¿Qué es la intensidad del campo
eléctrico?
- ¿Cuál es la unidad del campo
eléctrico?
- ¿Qué son las líneas de campo?
VISIÓN AL MUNDO:
Este trabajo parte de reconocer
una preocupación en el profesorado de bachillerato por los resultados de la
enseñanza que se imparte en el área de electricidad en general y de la
electrostática en particular.
El propósito del trabajo que aquí
presentamos es exponer el tratamiento realizado para superar las dificultades
de enseñanza aprendizaje en la introducción del concepto de campo eléctrico.
Hemos establecido como hipótesis que es posible transformar la enseñanza
habitual de la electricidad en el bachillerato en otra basada en el modelo de
aprendizaje como investigación orientada que, al aplicarlo a grupos aleatorios
de estudiantes, favorezca un aprendizaje más significativo de los conceptos y
un mayor interés hacia el aprendizaje de la electricidad.
CONCLUSIONES:
1. Están creados por cargas eléctricas
y su intensidad en un punto es la fuerza qué
ejercería sobre la carga unidad positiva situada en él.
2. Cuando la carga eléctrica que lo crea es
una carga puntual, el campo dirigido radialmente hacia el infinito si
la carga es positiva o hacia ella si la carga es negativa.
3. El campo que crea una carga
depende del medio donde esté inmersa.
4. La carga eléctrica aparte de
su forma puntual, también se nos presentara de tres maneras distintas,
dependiendo de su distribución de carga las calificaremos en: lineal,
superficial y volumétrica.
5. El signo del potencial asociado
depende del signo de la carga eléctrica que lo origina
6. Se llama intensidad de campo eléctrico en un punto al valor de la fuerza resultante
de origen eléctrico que actúa sobre una carga puntual dividido el valor de la
carga (carga exploradora, elemental o testigo) colocada en dicho punto.
7. Dado que el campo eléctrico
resulta del cociente entre una fuerza y una carga su unidad será la unidad de
fuerza sobre la unidad de carga que en el sistema S.I. (Sistema Internacional)
es un Newton(N) dividido por un Coulomb (C) o sea N/C
8. La presencia de un campo
eléctrico puede indicarse dibujando líneas de fuerza eléctricas al igual que se
indican en el campo gravitatorio, mediante líneas de fuerza gravitatorias.
ANÁLISIS DE DATOS:
Un campo
eléctrico puedo fluir a través de la materia que posee resistencia eléctrica (Ley
de Ohm) como voltaje los cuales producen la corriente eléctrica.
Existen 2 clases de cargas en la naturaleza
que son:
·
Positivas:
carga adquirida por el vidrio frotado. De esta carga son portadores los
protones.
·
Negativas:
es la carga que adquiere el ámbar, y de ella son portadores los electrones.
Generando así
una fuerza eléctrica.
- Las cargas de mismo signo se repelen
y las de signo contrario se atraen.
- La carga se conserva. En la
electrización no se crea carga, solamente se transmite de unos cuerpos a
otros, de forma que la carga total permanece cte.
- La carga está cuantizada. Se
representa como un múltiplo entero de una carga elemental.
El
campo eléctrico es una forma de energía que permite el funcionamiento de
aparatos eléctricos, lo cual la potencia se calcula con la Ley de Joule.
DATOS:
- Revisión de libros (Química y física).
- Mapas conceptuales.
- Dibujos y diccionario.
OBJETO O ACONTECIMIENTO DE ESTUDIO:
Visualizar y demostrar la existencia del campo eléctrico.
CONCEPTOS CLAVE
·
Campo y
potencial eléctrico.
El concepto de campo es
abstracto, ya que deseamos crear un vector que sea una propiedad local
atribuible a la presencia de cargas en el espacio. Si conocemos el campo
eléctrico en un punto cualquiera podemos evaluar la fuerza ejercida sobre una
carga cualquiera q situada en ese punto sin necesidad de preocuparnos por la
distribución de carga que lo produce.
Una vez que se define el concepto
de campo, se pasará a enunciar el principio de superposición de campos,
aplicándolo a distribuciones dadas de cargas puntuales.
A partir del carácter
conservativo del campo eléctrico, se definirá el concepto de potencial
eléctrico y se calculará el potencial en un punto producido por una
distribución puntual de cargas.
·
Líneas de
campo
El concepto de líneas de campo (o
líneas de fuerza) fue introducido por Michael Faraday (1791-1867). Son líneas
imaginarias que ayudan a visualizar cómo va variando la dirección del campo
eléctrico al pasar de un punto a otro del espacio. Indican las trayectorias que
seguiría la unidad de carga positiva si se la abandona libremente, por lo que
las líneas de campo salen de las cargas positivas (fuentes) y llegan a las
cargas negativas (sumideros).
·
Energía
del capo eléctrico
Un campo en general almacena
energía y en el caso de cargas aceleradas puede transmitir también energía
(principio aprovechado en antenas de telecomunicaciones).
LEYES O PRINCIPIOS
·
Ley de
Coulomb
Charles Coulomb desarrolló una teoría que llamamos hoy “Ley de Coulomb”. Esta ley trata de la
fuerza de interacción entre las partículas electrificadas, las partículas de
igual signo se repelen y las de signos diferentes se atraen.
Coulomb utilizó para estudiar
estas fuerzas, un equipo que el mismo desarrolló, la balanza de torsión. Este
equipo consistía en un mecanismo que calcula la intensidad del torque sufrido
por una partícula que sufre repulsión.
“Las cargas eléctricas positivas son atraídas
por las cargas eléctricas negativas y las cargas con el mismo símbolo se
rechazan” este no es un concepto difícil de comprender, ya ha sido estudiado en
los procesos de electrificación.
La ley de Coulomb dice que la
intensidad de la fuerza electroestática entre dos cargas eléctricas es
directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional
al cuadrado de la distancia que a ellas las separa.
·
Ley de
Gauss
Cuando una distribución de carga
tiene una simetría sencilla, es posible calcular el campo eléctrico que crea
con ayuda de la ley de Gauss. La ley de Gauss deriva del concepto de flujo del
campo eléctrico.
Flujo del campo eléctrico
El flujo del campo eléctrico se
define de manera análoga al flujo de masa. El flujo de masa a través de una
superficie S se define como la cantidad de masa que atraviesa dicha superficie
por unidad de tiempo.
El campo eléctrico puede
representarse mediante unas líneas imaginarias denominadas líneas de campo y,
por analogía con el flujo de masa, puede calcularse el número de líneas de
campo que atraviesan una determinada superficie. Conviene resaltar que en el
caso del campo eléctrico no hay nada material que realmente circule a través de
dicha superficie.
El flujo del campo eléctrico a
través de cualquier superficie cerrada es igual a la carga q contenida dentro
de la superficie, dividida por la constante ε0.
La superficie cerrada empleada
para calcular el flujo del campo eléctrico se denomina superficie gaussiana.
La ley de Gauss es una de las
ecuaciones de Maxwell, y está relacionada con el teorema de la divergencia,
conocido también como teorema de Gauss. Fue formulado por Carl Friedrich Gauss
en 1835.
Para aplicar la ley de Gauss es
necesario conocer previamente la dirección y el sentido de las líneas de campo
generadas por la distribución de carga. La elección de la superficie gaussiana
dependerá de cómo sean estas líneas.
·
Ley de
Faraday
En 1821, Michael Faraday realizó
una serie de experimentos que lo llevaron a determinar que los cambios
temporales en el campo magnético inducen un campo eléctrico. Esto se conoce
como la ley de Faraday.
TEORÍA
·
Matemáticas, Física, Química, Electromagnetismo
y electroquímica.
FILOSOFÍA
Este campo eléctrico no se puede
ver, pero la fuerza que ejerce sobre estos objetos cargados permite detectar su
presencia y medir su intensidad.
El campo eléctrico puede ser
estudiado a través de la investigación y el conocimiento que nos dan los
diferentes libros; además de la observación y la experimentación.
EXPERIMENTO
Cuando un campo magnético es
creado “naturalmente” por algún cuerpo, como puede ser un imán permanente (como
los que pegamos en el refrigerador) se llama simplemente campo magnético.
Cuando dicho campo es generado por una corriente eléctrica, como vimos en los
experimentos llamados “electro imán casero” y electro imán casero fácil se llama
campo electromagnético. Pero el campo eléctrico es totalmente diferente al
magnético, y es generado por la presencia de cargas eléctricas.
Materiales:
* Frasco de vidrio con tapa
* 40 cm de conductor eléctrico
* Papel Aluminio
* Canica de vidrio grande
* Aceite de cocina
* Saquito de té de manzanilla
* Generador de Van de Graaff (o
la pantalla de tu TV)
Procedimiento:
Primero vamos a construir el
circuito. Para ellos tenemos que forrar la canica con papel aluminio, el cual
es conductor de la corriente eléctrica.
Una vez hecho esto, pega con
cinta adhesiva un extremo ya pelado del conductor eléctrico.
Haz un pequeño agujero en la tapa
del frasco, y pasa el conductor eléctrico a través de él, de modo que la esfera
quede dentro del frasco cuando este tapado. Al otro extremo del conductor debes
pegarlo en la pantalla de la tv. Aquí me detengo un segundo para algunas
aclaraciones.
Ahora veremos cómo se prepara la
mezcla fluida. No es capricho que se utilicen estos materiales, estos tienen
que ver con el equilibrio de fuerzas que se necesitan para que las partículas
de té queden suspendidas en el aceite, y que no decanten ni floten. Sólo tenemos
que colocar el contenido de un saquito de té de manzanilla dentro del frasco y
luego llenar con aceite.
Para terminar, sólo tiene que
encender el generador la TV y observar cómo se alinean las borras de té.
¿Cómo funciona el experimento?
Las cargas eléctricas generadas
en la pantalla de la TV hacen que se cargue la esfera de papel aluminio, de
modo que ésta también queda con cargas electrostáticas. Es por eso, que se
genera un campo eléctrico dentro del frasco, el cuál termina alineando las
borras de té que por estar suspendidas en el fluido, ofrecen poca resistencia a
girar y acomodarse siguiendo las líneas campo eléctrico.
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