Electricidad (también "Fundamentos Físicos de la Ingeniería", "Física").

Visualizador de campos electrostáticos

Marcos H. Giménez Valentín (MoFiMat)

Introducción

El applet permite que el usuario sitúe cargas eléctricas positivas (color rojo) y negativas (color azul), tanto de forma libre como seleccionando diversas distribuciones típicas. Los visores muestran mediante flechas el correspondiente campo electrostático, así como representaciones 3D del módulo de dicho campo y de su potencial.

Objetivos

* Visualizar el campo electrostático (módulo, dirección y sentido) creado por una distribución de cargas.

* Visualizar el potencial de dicho campo electrostático.

* Visualizar el correspondiente esquema de líneas de campo.

Instrucciones

1. Se dispone de una caja con 20 círculos rojos, que representan sendas cargas eléctricas puntuales positivas, y otros 20 azules, para las negativas. En el formato libre, se puede arrastrar cualquiera de ellas y colocarla en el visor principal, creando la configuración de cargas deseada.

2. El visor principal muestra mediante flechas el campo electrostático en los puntos de una malla rectangular. La densidad de esa malla se puede modificar arrastrando la deslizadera de título "Densidad de la malla".

3. Existen dos visores 3D, "Módulo del campo" y "Potencial del campo", que representan verticalmente dichas magnitudes. Además, el segundo muestra en rojo las zonas donde el potencial es positivo, y en azul aquéllas en las que es negativo.

4. Arrastrando con el ratón se puede modificar sincronizadamente el punto de vista en los visores 3D. Se puede recuperar la perspectiva inicial pulsando sobre la opción "Restaurar vista" en el menú "Herramientas".

5. Todas las cargas puntuales son de la misma magnitud, positiva las rojas y negativa las azules. Dicha magnitud se puede modificar arrastrando la deslizadera de título "Magnitud de las cargas". Si se quiere una carga de doble valor que las otras, es preciso colocar dos en la misma posición.

6. El campo tiende a infinito al aproximarnos a una carga puntual. Para facilitar la visualización, se establece un umbral máximo a partir del cual no se representa el campo. Los puntos donde este campo es excesivamente grande se representan en el visor principal con un cuadrado negro, y en los visores 3D con una sección horizontal de color negro. El umbral se puede modificar arrastrando la deslizadera de título "Tamaño máximo visible".

7. Debido a la gran disparidad de tamaños de las flechas que se muestran en el visor principal, puede ser complicado visualizar la orientación de las mismas. En tal caso puede activarse la opción "Mostrar vectores unitarios", que muestra las flechas con su dirección correcta, pero todas con idéntica longitud. De esta forma puede observarse con mayor facilidad el esquema de líneas de campo. Además, el correspondiente visor 3D permite seguir visualizando el módulo.

8. La lista desplegable permite sustituir la distribución libre de las cargas por distintas configuraciones específicas. En ellas, no es posible desplazar interactivamente las cargas, pero a cambio se activan una o dos deslizaderas, según el caso, con las que se puede modificar sus parámetros característicos. Seleccionando de nuevo la distribución libre, es posible desplazar las cargas a partir de sus ubicaciones anteriores.

9. La opción "Devolver cargas a caja" en el menú "Herramientas" limpia el visor principal y restaura la distribución libre.

10. La opción "Reiniciar" en el menú "Herramientas" devuelve la simulación a su estado inicial.

Ejemplo

1. Selecciónese en la lista desplegable la opción "Dos cargas positivas".

2. Selecciónese ahora la opción "Libre" y arrástrese una carga negativa (color azul) de la caja hasta formar aproximadamente un triángulo equilátero con las positivas. Obsérvese en los visores cómo varían el campo eléctrico y el potencial.

3. Actívese la opción "Mostrar vectores unitarios". Obsérvese el patrón que siguen las líneas de campo. Nótese que la mitad del flujo que parte de cada carga positiva acaba en la negativa, mientras que la otra mitad se dirige al infinito.

Applet