Semana 4

SEMANA 4

Interacción electrostática. Ley de Coulomb. 

La interacción electrostática o la fuerza eléctrica es la responsable de la atracción o repulsión entre objetos con carga eléctrica. Establece que dos cargas del mismo signo se repelen, mientras que dos cargas de signos opuestos se atraen.

La ley de Coulomb puede expresarse como: La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Campo Eléctrico.

El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. Se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza eléctrica F dada por la siguiente ecuación: F=qE

Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas eléctricas como en campos magnéticos variables. Las primeras descripciones de los fenómenos eléctricos, como la ley de Coulomb, sólo tenían en cuenta las cargas eléctricas, pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que también se tiene en cuenta la variación del campo magnético.

Intensidad del Campo Eléctrico.

La intensidad E del campo eléctrico en un punto es una magnitud vectorial que se mide por el cociente entre la fuerza F que ejerce el campo sobre una carga de prueba positiva + qo, colocada en el punto y el valor de dicha carga.
La dirección del vector intensidad del campo eléctrico E en un punto coincide con la dirección de r y su sentido coincide con el de la fuerza eléctrica F y que actúa sobre una carga de prueba positiva colocada en el punto.
En el Sistema Internacional (S.I) la unidad de fuerza es el Newton (New) y la unidad de carga eléctrica es el Coulomb ( C ). Por consiguiente, la unidad S.I de intensidad del campo eléctrico es el New/C.

SEMANA4 SESIÓN 10	Física 2 UNIDAD 5: FENÓMENOS ELECTROMAGNÉTICOS
contenido temático	5.4 Interacción electrostática. Ley de Coulomb.

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales Comprende que la fuerza eléctrica entre dos objetos electrizados es proporcional al producto de las magnitudes de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Procedimentales ·       Investigaciones bibliográficas. ·        Medición y relación de variables. ·       Presentación en equipo Actitudinales -          Cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia, contribuirá al trabajo en un ambiente de confianza.
Materiales generales	Computo: -          PC, Conexión a internet De proyección: -          Cañón Proyector Programas: -           Moodle, Google docs, correo electronico, Excel, Word, Power Point. Didáctico: -          Presentación en el cuaderno de las indagaciones bibliográficas del tema. De laboratorio: Dos globos, hilo, varilla de vidrio, varilla de plástico, regla.
Desarrollo del proceso	FASE DE APERTURA -          El Profesor  hace la presentación de las preguntas: Preguntas ¿Qué es la interacción electrostática? ¿Cómo se define la Ley de Coulomb? ¿Cuáles son las variables que intervienen en la Ley de Coulomb? ¿Cuál es el Modelo matemático de la Ley de Coulomb? ¿Cuál es el modelo esquemático de la Ley de Coulomb? ¿Cuáles son las unidades utilizadas en las variables de la Ley de Coulomb? Equipo 6 3 1       5 2 4 Respuesta Es la responsable de la atracción o repulsión entre objetos con carga eléctrica. Establece que dos cargas del mismo signo se repelen, mientras que dos cargas de signos opuestos se atraen. Puede expresarse como: “la magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con las que interactúa dos cargas puntuales  en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión, si las cargas son de igual signo contrario. La constante de proporcionalidad depende de la constante dieléctrica del medio en la que se encuentran las cargas.” F=k.Q1.Q2/d2 donde: F=fuerza k=constante de coulomb Q1= magnitud de la cargar Q1 Q2= magnitud de la carga Q2 d = distancia de separación de las cargas. F=constanteq1.q2/r2 donde: F= fuerza K= constante de coulomb Q1= magnitud de la carga Q1 Q2= Magnitud de la carga D= distancia de separación de las cargas. Fuerza: Newtons  Cargas qi(1=2): Coloumbs Distancia: (r): metros cuadrados. Constante (k): N(m2)/C2 -          Los alumnos en equipo, discuten y escriben sus respuestas en el cuadro, utilizando el procesador de palabras: -          Se realiza una discusión en el grupo, mediada por el Profesor para consensar las respuestas. FASE DE DESARROLLO               Los alumnos desarrollan las actividades de acuerdo a las indicaciones del Profesor: -          Solicitar el material requerido para realizar las actividades siguientes: No olvidar foto del experimento Globos suspendidos de un mismo punto cargadas con el mismo signo  Dos globos suspendidos de un mismo punto se cargan eléctricamente de igual signo. Se puede observar la separación entre ellas por efecto de la fuerza de repulsión.  Globos suspendidos independientes cargadas con el mismo signo  Dos globos suspendidos y las cuales se pueden ubicar a distintas distancias se cargan eléctricamente de igual signo. Se puede observar el aumento de la separación entre ellas por efecto de la fuerza de repulsión. Globos suspendidos independientes cargadas con signos contrarios  Dos pequeñas esferas suspendidas y las cuales se pueden ubicar a distintas distancia se cargan eléctricamente de distinto signo. Se puede observar la disminución de la separación entre ellas por efecto de la fuerza de atracción. Dos esferas cargadas  Dos globos suspendidos que se pueden ubicar a distintas distancias se cargan eléctricamente de igual o distinto signo. Se puede observar que al variar la separación entre ellas varia la fuerza interactuante. Con la regla se miden los diferentes diámetros de los globos y  distancias de atracción y repulsión en cada caso. Tipo de carga             Atracción: Diferentes           Repulsión: Iguales Equipo 1 2 3 4 5 6 Distancia por repulsión de los globos 80 cm 80 cm 75 cm Distancia por atracción de los globos. 13 cm 15 cm 28 cm Por equipo tabulan y grafican los datos obtenidos. Los alumnos discuten y obtiene conclusiones: FASE DE CIERRE     Al final de las presentaciones, se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió y aclaración de dudas por parte del Profesor.                     Actividad Extra clase: Los alumnos llevaran la información  a su casa y los que tengan computadora e internet, indagaran los temas de la siguiente sesión, de acuerdo al cronograma.  Se les sugiere que abran una carpeta  nombrada Física 1;  en la cual almacenaran su información, se les solicitara que los equipos formados, se comuniquen vía e-mail u otro  programa para comentar y analizar los resultados, para presentarla al Profesor en la siguiente clase en USB.                Los alumnos que tengan PC y Programas elaboraran su informe, empleando el                   programa  Word, para registrar los resultados.
Evaluación	Informe en Power Point de la actividad.     Contenido:     Resumen de la Actividad. Completar ejercicios referentes a la Ley de Coulomb. Ejercicio E-1 Determinar la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas q1 = + 1 x 10-6 C. y q2 = + 2,5 x 10-6 C. que se encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 5 cm. Ejercicio E-2 Determinar la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas q1 = -1,25 x 10-9 C. y q2 = +2 x 10-5 C. que se encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 10 cm. Protón= 1,602 x 10–19 culombios Electrón = Carga eléctrica: −1.6 × 10−19C Ejercicio E-5 Calcular la fuerza entre dos cargas: a) De + 5C y +3C situadas a 10 cm. Ejercicio E-6 Calcular la fuerza entre dos cargas: a)De + 5C y -3C situadas a 10 cm. Ejercicio E-3 ¿Cuál debe ser la distancia entre la carga puntualq1=26.3 C y la carga puntual q2=-47.1C para que la fuerza de atracción entre ambas sea de 5.66 N? f=k(q1q2)/r2 r2=k(q1q2)/f r=√ k(q1q2)/f r= √9 * 109 * N * m2 / C2(26.3*47.1)/5.66 r=√1969.71*109/5.66 r=√348*109 r=1.86*103m Ejercicio E-4 Calcular la distancia entre el electrón y el protón de un átomo de hidrógeno, si la fuerza de atracción es de 8,17 x10-8 N R= f=k(q1q2)/r2 f= 9 * 109 * N * m2 / C2 ( 1,602 x 10–19 )(-1,602*10-19 )/r2 8,17 x10-8 N= 9 * 109 * N * m2 / C2 ( 1,602 x 10–19 )(-1,602*10-19 )/r2 R=√9 * 109 * N * m2 / C2 ( 1,602 x 10–19 )(-1,602*10-19 )/ 8,17 x10-8 N R=√23.04*10-29 /8.17*10-8 R=√2.82*10-21 R=1.679*10-21 m.

 

SEMANA4 SESIÓN 11	Física 2 UNIDAD 5: FENÓMENOS ELECTROMAGNÉTICOS
contenido temático	5.5 Campo eléctrico. 5.6 Intensidad del campo eléctrico.

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales Describe mediante dibujos el campo eléctrico de configuraciones sencillas de objetos              electrizados. Calcula la intensidad del campo eléctrico producido por una o dos cargas puntuales. Procedimentales ·       Elaboración de experimentos. ·       Presentación en equipo Actitudinales Cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia, contribuirá al trabajo en un ambiente de confianza.
Materiales generales	Computo: -          PC, Conexión a internet De proyección: -          Cañón Proyector Programas: Simulador de campo eléctrico. -           Moodle, Google docs, correo electronico, Excel, Word, Power Point. Didáctico: -          Presentación en el cuaderno de las indagaciones bibliográficas del tema. De laboratorio: Generador de Wimshurt, aceite comestible, semillas de pasto, electrodos.
Desarrollo del proceso	FASE DE APERTURA  El Profesor  hace la presentación de las preguntas: Preguntas ¿Qué es el Campo eléctrico? ¿Cuál es el Modelo matemático del campo eléctrico? ¿Cómo se mide Intensidad del campo eléctrico? ¿Qué unidades tienen el campo eléctrico? ¿Cuáles son las variables del campo eléctrico? Ejemplos de campo eléctrico Equipo 1 5     4 2 3 6 Respuesta Es una distribución de vectores en todos los puntos del espacio que obedece a la presencia de cargas eléctricas. E = F / q Se mide por el cociente entre la fuerza  que ejerce el campo sobre una carga de prueba positiva + qo, colocada en el punto y el valor de dicha carga. La unidad del campo eléctrico en el SI es Newton por Culombio (N/C), Voltio por metro (V/m) o, en unidades básicas, kg·m·s−3·A−1 y la ecuación dimensional es MLT-3I-1. E= Intensidad del campo eléctrico F= Fuerza eléctrica q= carga de prueba. Campo eléctrico se entiende que es el fenómeno que ocurre cuando hay un fluido de corriente este se llama magnetismo y se encuentra en todos los aparatos que funcionan con electricidad por ejemplo: Una licuadora, un ventilador motores de juguetes, electroimanes, etc. Los alumnos en equipo, discuten y escriben sus respuestas en el cuadro, utilizando el procesador de palabras: -          Se realiza una discusión en el grupo, mediada por el Profesor para consensar las respuestas. FASE DE DESARROLLO               Los alumnos desarrollan las actividades de acuerdo a las indicaciones del Profesor -          Solicitar el material requerido para realizar las actividades siguientes: Procedimiento: CONSULTAR EL SIMULADOR DE CARGAS  y  presentar la actividad http://phet.colorado.edu/sims/charges-and-fields/charges-and-fields_en.html Equipo Cargas  eléctricas Campo eléctrico en el simulador 1 UNA CARGA ELECTRICA POSITIVA 2 UNA CARGA ELECTRICA NEGATIVA 3 DOS CARGAS ELECTRICAS NEGATIVAS 4 DOS CARGAS ELECTRICAS POSITIVAS            5 UNA CARGA ELECTRICA POSITIVA Y UNA CARGA ELECTRICA NEGATIVA 6 DOS CARGAS ELECTRICAS POSITIVAS Y DOS CARGAS ELECTRICAS NEGATIVAS. http://www.hiru.com/fisica/la-carga-electrica-ley-de-coulomb Carga puntual -           Por medio del uso de aceite, semillas de pasto y empleando un pequeño electrodo cilíndrico que se carga con el generador de Wimshurt, se obtienen las líneas de campo para una carga puntual. Con el simulador de campo eléctrico generar en 3D el campo generado por la carga: Cargas puntuales con igual signo  Por medio del uso de aceite, semillas de pasto y empleando dos electrodos cilíndricos que se cargan de igual signo con el generador de Wimshurt, se obtienen las líneas de campo para dos cargas eléctricas puntuales del mismo signo. (+ y -) Lámina finita  Por medio del uso de aceite, semillas de grama y empleando una láminas metálicas finita que se carga con el generador de Wimshurt, se obtienen las líneas de campo eléctrico correspondientes. Láminas finitas con igual signo  Por medio del uso de aceite, semillas de pasto y empleando dos láminas metálicas finitas que se cargan de igual signo con el generador de Wimshurt, se obtienen las líneas de campo eléctrico para láminas finitas paralelas del mismo signo. Se pueden observar los efectos de bordes. -          Los alumnos discuten y obtienen  conclusiones. FASE DE CIERRE     Al final de las presentaciones, se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió y aclaración de dudas por parte del Profesor.                     Actividad Extra clase: Los alumnos llevaran la información  a su casa y los que tengan computadora e internet, indagaran los temas de la siguiente sesión, de acuerdo al cronograma.  Se les sugiere que abran una carpeta  nombrada Física 2;  en la cual almacenaran su información, se les solicitara que los equipos formados, se comuniquen vía e-mail u otro  programa para comentar y analizar los resultados, para presentarla al Profesor en la siguiente clase en USB.                Los alumnos que tengan PC y Programas elaboraran su informe, empleando el                   programa  Word, para registrar los resultados.
Evaluación	Informe en Power Point de la actividad.     Contenido:     Resumen de la Actividad.
	Recapitulación  4 Resumen   del  martes  y  jueves Equipo 1 2 3 4 5 6 Resumen El dia martes, se revisaron las indagaciones y se realizo una práctica acerca de la atracción y repulsión de dos globos. El jueves, trabajamos con una página de internet en donde observamos la reacción de campos eléctricos con distintas cargas. :3 <3 :D:p El día martes, revisamos las indagaciones e hicimos la práctica de atracción y repulsión al colgar 2 globos con el mismo volumen y ver si sus cargas se repelían o se atraían. El jueves, vimos el campo eléctrico y sus unidades en una página de internet. :# El día martes hicimos una práctica, en donde vimos la atracción y repulsión de un cuerpo, el cual fue un globo, que interactuó con otro por medio frotación en el cabello de nuestros compañeros. Observamos la atracción y repulsión. El día jueves trabajamos con un simulador, en donde observamos la reacción de campos eléctricos con diferentes tipos de carga. El día martes se revisaron las indagaciones y se realizo la práctica acerca de la atracción y repulsión de los globos. El día jueves se trabajo con un simulador de un campo eléctrico en donde observamos la reacción al presentarse diferentes cargas. El día martes, se revisaron las indagaciones semanales sobre la interacción electroestática y la ley de coulomb. Después hicimos una práctica donde vimos la atracción y repulsión de la estática con 2 globos. El jueves, en un portal en línea vimos como reaccionan los campos eléctricos con distintas cargas, positiva y negativas El día martes el profesor reviso las indagaciones semanales, también hicimos una práctica sobre atracción y repulsión con dos globos. El jueves utilizamos un programa donde vimos como actúan los campos eléctricos con distintas cargas.