Explore an adult male reference body in 3D. Reveal 14 anatomical systems, search thousands of named structures, isolate organs, and pull 2,209 modeled pieces apart to see how the body is organized.
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Laboratorio de Capacitores y Dieléctricos
Sobre esta simulación
El Laboratorio de Capacitores y Dieléctricos es una simulación de electrostática en 3D donde los estudiantes manipulan la geometría y el material dieléctrico de un capacitor de placas paralelas. Dos placas metálicas están conectadas a una batería de CC ajustable mientras cargas superficiales rojas (+) y azules (−) se acumulan en las caras internas y flechas vectoriales cian muestran el campo eléctrico uniforme E = V / d. Los estudiantes pueden arrastrar la placa superior hacia arriba o hacia abajo para cambiar la separación d, modificar el área de la placa A y arrastrar horizontalmente una placa dieléctrica ámbar hacia el espacio entre placas. Dentro de la placa, los dipolos moleculares giran visiblemente para alinearse con el campo, ilustrando por qué un dieléctrico aumenta la capacitancia según C = kappa epsilon_0 A / d.
Qué pueden explorar los alumnos
- Arrastra la placa superior hacia abajo para reducir a la mitad la Separación entre placas d y verifica que la Capacitancia C, la Carga almacenada Q y el Campo eléctrico E se duplican.
- Arrastra la placa dieléctrica ámbar del 0% al 100% de inserción y observa cómo fluyen cargas adicionales + y - desde la batería hacia las placas a medida que la Capacitancia se multiplica por kappa.
- Acércate con la vista de cámara Espacio y Dipolos y varía el Voltaje de la batería V para observar cómo los dipolos moleculares rojos y azules dentro del dieléctrico giran hasta alinearse.
- Aumenta el Área de la placa A de 100 cm² a 400 cm² y comprueba que la Capacitancia C y la Energía almacenada U se cuadruplican.
- Compara la Energía almacenada U = 1/2 C V² a 6 V y 12 V para verificar que duplicar el voltaje cuadruplica la energía electrostática almacenada.
Objetivos de aprendizaje
- 1Calcular la capacitancia de placas paralelas a partir de la geometría de las placas y la permitividad usando C = kappa epsilon_0 A / d.
- 2Explicar a nivel molecular cómo la polarización de dipolos dentro de un dieléctrico debilita el campo interno neto y aumenta la capacitancia.
- 3Predecir cómo el cambio de voltaje V, área de placa A o separación d afecta la carga almacenada Q = C V y la energía almacenada U = 1/2 C V².
- 4Relacionar la intensidad del campo eléctrico uniforme entre las placas con el voltaje y la distancia de separación mediante E = V / d.
Preguntas frecuentes de los docentes
¿Por qué insertar una placa dieléctrica aumenta la capacitancia de un capacitor?
El campo eléctrico externo polariza las moléculas dentro del dieléctrico aislante, alineando sus extremos positivos hacia la placa negativa y sus extremos negativos hacia la placa positiva. Esto crea un pequeño campo eléctrico opuesto dentro de la placa, permitiendo que la batería acumule kappa veces más carga en las placas al mismo voltaje.
¿Cómo afecta la separación entre placas d a la capacitancia y al campo eléctrico?
Tanto la capacitancia C = kappa epsilon_0 A / d como el campo eléctrico E = V / d son inversamente proporcionales a la separación d. Acercar las placas refuerza la atracción entre cargas opuestas en ambas placas, aumentando C, Q, U y E.
¿Por qué la energía almacenada U crece con el cuadrado del voltaje (V²)?
Como la carga almacenada Q = C V es a su vez proporcional al voltaje V, cada unidad adicional de carga debe ser impulsada hacia la placa contra una diferencia de potencial cada vez mayor, resultando en U = 1/2 Q V = 1/2 C V².
¿Fluye corriente a través del espacio entre las placas del capacitor?
Ninguna corriente de conducción atraviesa el espacio aislante de aire o dieléctrico. En cambio, la corriente de carga fluye por los cables externos de la batería hasta que el voltaje entre las placas iguala al voltaje de la batería.
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