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New Jersey Center for Teaching and Learning Iniciativa de Ciencia Progresiva

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Campo Eléctrico, Energía potencial y Voltaje

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Cómo usar este archivo · Cada tema está compuesto por instrucciones breves y directas · Hay preguntas de evaluación formativas después de cada tema resaltado con negrita y un número en la parte superior izquierda. >Los estudiantes trabajarán en grupos para resolver los problemas, pero habrá alumnos que se encargarán de ingresar las respuestas. >Diseñado para SMART Response PE, sistemas de respuestas para alumnos. >Use tantas preguntas como sean nesesarias para que una cantidad suficiente de alumnos comprenda el tema. · Para mayor información sobre cómo enseñar con cursos de NJCTL diríjase a: njctl.org/courses/teaching methods

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Campo Eléctrico, Energía potencial y Voltaje

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· Campo Eléctrico · *Relación entre Campo Eléctrico y Campo Gravitacional · Campo Eléctrico de Cargas Múltiples

· **El Campo Eléctrico Neto

· Energía potencial eléctrica · Potencial Eléctrico (Voltaje) · Campo eléctrico uniforme

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Campo Eléctrico

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Campo Eléctrico El campo eléctrico comienza con la ley de Coulomb:

Esto nos da la fuerza entre dos cargas, q1 y q2. Tal como en fuerza gravitacional, no se necesita contacto entre las dos cargas para que una de estas sienta una fuerza de parte de la otra. Esta "acción a la distancia" se comprende mejor asumiendo que cada carga tiene un campo circundante que afecta a otras cargas - esto es lo que se llama Campo Eléctrico.

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Campo Eléctrico Encontremos el campo eléctrico que se debe a una carga. La notación en la ley de Coulomb cambiará un poco - asumiendo que una carga es muy grande y la otra es una pequeña y positiva carga de prueba que tendrá un insignificante Campo Eléctrico debido a su tamaño. La carga más grande será llamada Q, la más pequeña q, y la distancia entre ellas será r. Los signos de valores absolutos serán removidos, ya que vamos a considerar la cualidad de vector de la fuerza (observa la flecha que estáa sobre la F - lo cual significa que F es un vector y tiene magnitud y dirección).

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Campo Eléctrico

Para encontrar la fuerza que la carga mayor ejerce sobre la menor, la siguiente ecuación será divida por q, y esto es lo que se definirá como campo eléctrico.

El campo eléctrico ahora muestra tanto la magnitud como la dirección de la fuerza ejercida por Q sobre cualquier carga. Para encontrar la fuerza, el campo eléctrico es multiplicado por la carga que está siendo considerada. http://njc.tl/fv

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Campo Eléctrico Q crea el campo eléctrico. El tamaño de la carga Q y la distancia hasta un punto determina la potencia del campo eléctrico (E) en dicho punto. E se mide en N/C (Newtons /Coulomb). El Campo Eléctrico es representado por un grupo de líneas que muestra su dirección y potencia - el cual es la Fuerza que ejercería sobre una carga positiva dentro del campo. Por lo tanto, estas líneas del Campo Eléctrico (las cuales son imaginarias, pero nos ayudan a visualizar lo que sucede) se originan en cargas positivas y finalizan en cargas negativas.

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Campo Eléctrico debido a una carga positiva Si hay una carga positiva aislada, creará un campo eléctrco que apuntará radialmente hacia afuera en todas las direcciones, dado que una carga positiva de prueba en el campo será repelida por esta carga. Campo de fuerza eléctrico sobre una pequeña carga positiva de prueba

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+

+

(líneas del campo eléctrico)

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Campo Eléctrico debido a una Carga Negativa Si hay una carga negativa aislada, esta creará un campo eléctrico que apuntará radialmente hacia él en todas las direcciones, dado que una carga positiva de prueba en el campo será atraída por esta carga. (Líneas del campo eléctrico)

-

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Campo de fuerza eléctrico sobre una pequeña carga de prueba positiva

+

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Dirección y Magnitud del Campo Eléctrico

+

La definición del Campo Eléctrico muestra que la intensidad del campo disminuye a medida que aumenta la distancia

Esto se puede ver observando la densidad de las líneas del campo Nota que las líneas del campo eléctrico están más cerca entre sí (más densas) cuando se acercan a la carga que está generando el campo. Esto indica que el campo eléctrico es mayor cuando está más cerca de la carga. Click aquí para probar el simulador de PhET http://njc.tl/fv

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Michael Faraday El campo eléctrico es atribuido a Michael Faraday quién nació en Londres en 1791. Él venía de una familia pobre. A los 13, se inició como vendedor de libros y encuadernador, y al mismo tiempo asistía a conferencias locales sobre filosofía y temas científicos. Un miembro de la Royal Institute escuchó a Faraday y le condiguió entradas para varias conferencias. En 1813, fué invitado a trabajar en la Royal Institute donde realizó numerosas contribuciones en física y química. http://njc.tl/fv

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1

http://njc.tl/fx

Encuentra la magnitud del campo eléctrico para una carga de 5.6 nC a una distancia de 3 m.

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Encuentra la magnitud del campo eléctrico para una carga de 5.6 nC a una distancia de 3 m.

Respuesta

1

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Una carga de 4.5 mC experimenta una fuerza eléctrica de 9 mN en presencia de un campo eléctrico. ¿Cuál es la magnitud del campo eléctrico?

http://njc.tl/fy

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Una carga de 4.5 mC experimenta una fuerza eléctrica de 9 mN en presencia de un campo eléctrico. ¿Cuál es la magnitud del campo eléctrico?

Respuesta

2

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http://njc.tl/fy

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Si E0 es el campo eléctrico generado a una distancia r de una carga Q, ¿Cuál es el campo eléctrico a una distancia de 2r?

http://njc.tl/fz

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Si E0 es el campo eléctrico generado a una distancia r de una carga Q, ¿Cuál es el campo eléctrico a una distancia de 2r?

Respuesta

3

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http://njc.tl/fz

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4

La dirección del campo eléctrico se puede hallar usando:

http://njc.tl/g0

A

la dirección de la fuerza gravitacional.

B

la dirección que aceleraría una carga positiva de prueba.

C

la dirección que aceleraría una carga negativa de prueba.

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La dirección del campo eléctrico se puede hallar usando: A

la dirección de la fuerza gravitacional.

B

la dirección que aceleraría una carga positiva de prueba.

C

B la dirección que aceleraría una carga negativa de prueba.

Respuesta

4

[This object is a pull tab]

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5

¿Cuál es la dirección del campo eléctrico en los puntos 1, 2, 3 y 4? A

arriba, derecha, abajo, izquierda

B

arriba, izquierda, abajo, derecha

C

abajo, derecha, arriba, izquierda

1

D

abajo, izquierda, arriba, derecha

Q+

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¿Cuál es la dirección del campo eléctrico en los puntos 1, 2, 3 y 4? A

arriba, derecha, abajo, izquierda

B

arriba, izquierda, abajo, derecha

C

abajo, derecha, arriba, izquierda

1

D

abajo, izquierda, arriba, derecha

Q+

Respuesta

5

4

A

2

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3 http://njc.tl/lo

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¿Cuál es la dirección del campo eléctrico en los puntos 1, 2, 3 y 4? A

arriba, derecha, abajo, izquierda

B

arriba, izquierda, abajo, derecha

C

abajo, derecha, arriba, izquierda

1

D

abajo, izquierda, arriba, derecha

Q-

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3 http://njc.tl/g2

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¿Cuál es la dirección del campo eléctrico en los puntos 1, 2, 3 y 4? A

arriba, derecha, abajo, izquierda

B

arriba, izquierda, abajo, derecha

C

abajo, derecha, arriba, izquierda

1D

D

abajo, izquierda, arriba, derecha

Q-

Respuesta

6

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3 http://njc.tl/g2

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¿Cuál es la magnitud y la dirección del campo eléctrico a una distancia de 2.3 m debido a una carga de -4.9 uC?

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¿Cuál es la magnitud y la dirección del campo eléctrico a una distancia de 2.3 m debido a una carga de -4.9 uC?

Respuesta

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Hacia la carga [This object is a pull tab]

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*Relaciones del campo eléctrico con campo gravitatorio Volver a la tabla de contenidos

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*Relación del campo eléctrico con el campo gravitatorio En el capítulo sobre la carga eléctrica y fuerza, se observó la similitud entre la fuerza eléctrica y la fuerza gravitacional. Existe una relación parecida entre el campo eléctrico y el gravitatorio. La razón tiene que ver con que las dos fuerzas son centrales, las dos actúan a lo largo de la línea que conecta los objetos. Hay una diferencia clave entre los dos campos y las dos fuerzas. La masa, que es la fuente del campo gravitatorio es siempre positiva, y la fuerza es siempre atractiva, La carga, la fuente del campo eléctrico, puede ser positiva o negativa y la fuerza, atractiva o repulsiva.

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*Relación del campo eléctrico con el campo gravitatorio Teniendo en cuenta que una masa m se encuentra en la superficie del planeta con una masa de M y radio R, la Ley Universal de Gravedad de Newton se utiliza para determinar la fuerza de la gravedad, FG, entre el planeta y la masa m: Divide esta expresión por M (donde m