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Carga por contacto y potencial eléctrico

Eje temático: Electricidad y Magnetismo

Contenido: Fuerza entre cargas

Habilidad: Comprensión

Nivel: 4º medio

INTRODUCCIÓN

En esta pregunta, se busca estimar en qué medida el estudiante comprende que dos puntos en contacto, siempre tienen el mismo potencial, como ocurre en el caso de las dos esferas conductoras.

Del mismo modo, el estudiante debe ser capaz de asociar las dimensiones del cuerpo con su capacidad eléctrica (es decir, la capacidad de almacenar carga eléctrica) y evidenciar su apropiación de los procedimientos de electrización, específicamente el contacto, proceso en el cual los cuerpos quedan con igual tipo (signo) de carga, pero no necesariamente con igual cantidad.

EJEMPLO

Al poner en contacto dos esferas conductoras cargadas de diferentes dimensiones, necesariamente:

I. Se igualan sus cargas eléctricas.

II. Se igualan sus potenciales eléctricos.

III. La capacidad eléctrica de cada esfera permanece constante.

A) Sólo I

B) Sólo II

C) Sólo III

D) I y III

E) II y III

ERRORES FRECUENTES

i. Confundir la expresión “Se igualan sus cargas eléctricas” con “Se iguala el signo de sus cargas”. En efecto, cuando dos cuerpos se ponen en contacto, ambos quedan con igual signo de carga, pero no necesariamente con la misma cantidad, ya que esto último depende de las respectivas capacidades eléctricas de cada cuerpo.

Si el estudiante asume lo anterior como verdadero, puede marcar erróneamente las opciones A y D.

ii. Ignorar que dos conductores en contacto, necesariamente tendrán el mismo potencial eléctrico. O bien, confundir esta magnitud con la energía eléctrica o cantidad de carga eléctrica, de modo que la considera falsa.

Si asume lo anterior como falso, esto puede inducir a marcar erróneamente alguna de las opciones A, C y D

iii. Es  posible que el estudiante sólo relacione la capacidad eléctrica como la razón entre el potencial y la carga, (C = Q/V) y al asumir como correcta la afirmación II, piense que en cada esfera cambie su capacidad. No obstante, junto con variar el potencial, varía la carga eléctrica, manteniéndose constante la capacidad; que en último término está determinada por la geometría del cuerpo y el material del que está hecho.

La opción correcta es la E, es decir, junto con igualar sus potenciales eléctricos, las esferas mantienen constantes sus respectivas capacidades eléctricas.

EXPLICACIÓN

Este ítem se focaliza hacia la comprensión del concepto de potencial eléctrico aplicado a un conductor. En efecto, la noción de potencial suele confundirse con otras magnitudes de la física, como el campo eléctrico, la fuerza o la energía eléctrica.

El concepto de potencial se refiere a la cantidad de energía por unidad de carga, es decir, se mide en joule/coulomb. Y en el caso de un conductor cargado, su potencial está determinado por la geometría del cuerpo. Del mismo modo, la capacidad eléctrica, también está determinada por la geometría del cuerpo y corresponde a la cantidad de carga que puede acumular el cuerpo por unidad de potencial eléctrico.

Para demostrar la comprensión del estudiante respecto de los conceptos de potencial y capacidad eléctrica, el estudiante debe organizar la información, identificar con precisión los conceptos involucrados y sobre todo reconocer las variables que las determinan y cómo influye en ellas.

Por ejemplo considerar que el potencial eléctrico está ligado a la geometría del cuerpo, junto con la carga que posee. Por otra parte, la capacidad está determinada por la geometría del cuerpo.

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