Experimentos para Demostrar la Ley de Gauss para la Electricidad

 

Experimentos para Demostrar la Ley de Gauss para la Electricidad a Alumnos de Nivel Superior

Introducción:

La Ley de Gauss para la electricidad establece que el flujo eléctrico que atraviesa una superficie cerrada es proporcional a la carga eléctrica total encerrada dentro de la superficie. Esta ley fundamental tiene una amplia gama de aplicaciones en electrostática, desde el cálculo de campos eléctricos hasta el diseño de jaulas de Faraday. En este documento, se presentan dos experimentos que los alumnos de nivel superior pueden realizar para observar y comprender la Ley de Gauss para la electricidad.

Experimento 1: Campo Eléctrico Uniforme y Ley de Gauss

Materiales:

• Una esfera conductora metálica
• Una fuente de alimentación de corriente continua
• Cables de conexión
• Un voltímetro
• Un generador de funciones (opcional)
• Un osciloscopio (opcional)

Procedimiento:

1. Conecte la esfera conductora a la fuente de alimentación de corriente continua.
2. Mida el potencial eléctrico en diferentes puntos alrededor de la esfera con el voltímetro.
3. Compare los valores de potencial medidos con la predicción de la Ley de Gauss para un campo eléctrico uniforme.

Explicación:

La Ley de Gauss para la electricidad establece que el flujo eléctrico que atraviesa cualquier superficie cerrada que encierra la esfera conductora es proporcional a la carga eléctrica total (Q) de la esfera. Dado que la esfera tiene una distribución de carga uniforme, el campo eléctrico dentro de la esfera también es uniforme. La predicción de la Ley de Gauss para el potencial eléctrico en la superficie de la esfera es V = Q / (4πεr), donde r es el radio de la esfera y ε₀ es la permitividad del vacío.

Rúbrica:

Criterio	Excelente (4 puntos)	Bueno (3 puntos)	Satisfactorio (2 puntos)	Necesita mejorar (1 punto)
Observación del fenómeno	El estudiante observa claramente que el potencial eléctrico es constante en la superficie de la esfera.	El estudiante observa que el potencial eléctrico es aproximadamente constante en la superficie de la esfera, pero puede haber algunas discrepancias.	El estudiante observa algunas variaciones en el potencial eléctrico, pero no las relaciona claramente con la forma de la esfera.	El estudiante no observa una relación clara entre el potencial eléctrico y la forma de la esfera.
Explicación del fenómeno	El estudiante explica correctamente la relación entre la distribución de carga uniforme en la esfera, el campo eléctrico uniforme y la predicción de la Ley de Gauss para el potencial eléctrico.	El estudiante proporciona una explicación general del fenómeno, pero puede tener algunos errores o omisiones.	La explicación del estudiante es incompleta o inexacta.	El estudiante no proporciona una explicación clara del fenómeno.
Relación con la Ley de Gauss	El estudiante relaciona correctamente la observación con la Ley de Gauss para la electricidad y comprende la importancia de esta ley.	El estudiante relaciona la observación con la Ley de Gauss, pero su comprensión puede ser parcial.	El estudiante hace una conexión superficial entre la observación y la Ley de Gauss.	El estudiante no relaciona la observación con la Ley de Gauss.
Comunicación y trabajo en equipo (si se realiza en parejas)	El estudiante se comunica claramente con su compañero, comparte observaciones y trabaja en conjunto para completar el experimento.	El estudiante se comunica con su compañero, pero la colaboración podría ser más efectiva.	La comunicación entre los estudiantes es limitada o no colaboran de manera efectiva.	El estudiante no trabaja en equipo o no se comunica con su compañero.