Acerca de este experimento
Cada carga está rodeada por un campo eléctrico, una fuerza de atracción o repulsión que siente cualquier otra carga, y por un potencial, la energía por culombio que tendría una carga en cada punto. Coloca cargas positivas y negativas, observa cómo las líneas de campo van del positivo al negativo y cómo las líneas equipotenciales las cruzan en ángulo recto, y mueve una sonda para medir la intensidad del campo y el potencial en cualquier lugar. Los patrones de un dipolo, dos cargas del mismo signo y un condensador de placas paralelas aparecen en todos los cursos de física, desde GCSE y AP hasta IB y la universidad.
Objetivos de aprendizaje
- Calcula el campo y el potencial de una carga puntual y suma las contribuciones de varias cargas.
- Dibuja las líneas de campo para configuraciones habituales y explica qué indica la distancia entre ellas.
- Explica por qué las líneas equipotenciales siempre cruzan las líneas de campo en ángulo recto.
- Relaciona la intensidad del campo con la separación entre las equipotenciales: E = −dV/dx
- Describe el campo casi uniforme entre placas paralelas.
Cómo usarlo
- 1Elige «Una carga». Mueve la sonda primero a 10 cm y luego a 20 cm de la carga. ¿Por qué factor cambian E y V?
- 2Elige «Dipolo». Encuentra la línea donde V = 0. ¿El campo también es cero allí?
- 3Elige «Cargas del mismo signo» y busca el punto donde el campo es cero. ¿Qué ocurre allí con las líneas de campo?
- 4Elige «+3 y −1». ¿Por qué algunas líneas de campo de la carga +3 nunca llegan a la carga −1?
- 5Elige «Placas paralelas». Mueve la sonda entre las placas. ¿Cómo cambia E? Compara la separación entre las equipotenciales dentro y fuera.
- 6Activa las flechas del campo y compara su dirección con la de las líneas de campo y las equipotenciales.
El modelo
Supuestos
- Las cargas son puntos fijos en el vacío, representados como pequeños discos. El campo se muestra únicamente en el plano de la pantalla.
- Las líneas de campo comienzan en las cargas positivas, seis por nanoculombio, y terminan en las cargas negativas o salen de la pantalla. Si la carga negativa es mayor, se dibujan en sentido contrario, desde las cargas negativas.
- Las placas paralelas se modelan como dos filas de siete cargas puntuales, por lo que el campo entre ellas es casi, pero no exactamente, uniforme.
- El potencial se mide tomando como cero el valor a una distancia infinita.
Pruébalo en clase
- Q1Una carga de +2 nC está a 0,10 m. ¿Cuáles son E y V en ese punto?
- Q2Dos cargas de +4 nC y +1 nC están separadas por 0,30 m. ¿En qué punto de la línea entre ellas es nulo el campo?
- Q3¿Por qué no pueden cruzarse nunca dos líneas de campo?
- Q4¿Cuánto trabajo se realiza al mover una carga a lo largo de una línea equipotencial?
- Q5Dos placas separadas 2,0 cm están conectadas a 100 V. ¿Cuál es el campo entre ellas y qué fuerza experimenta una carga de 1 nC?
Preguntas frecuentes
¿Existen realmente las líneas de campo?
No, son una herramienta gráfica inventada por Michael Faraday. La dirección de una línea indica la fuerza sobre una carga positiva, y la densidad de las líneas indica la intensidad del campo. El campo en sí existe en todos los puntos, también entre las líneas.
¿Por qué el potencial es negativo cerca de una carga negativa?
El potencial es el trabajo por culombio necesario para traer una carga de prueba positiva desde el infinito. Cerca de una carga negativa, la carga de prueba es atraída; por tanto, el trabajo que realizas es negativo, y el potencial también.
¿Puede el campo ser cero donde el potencial no lo es, o viceversa?
Sí. A mitad de camino entre dos cargas iguales del mismo signo, el campo es cero, pero el potencial no. En el punto medio de un dipolo, el potencial es cero, pero el campo es intenso. El campo depende de la rapidez con que cambia V, no de su valor.