Ejercicio Simulation 1 · Física II URV 2024

Tema: Electrostatics: Coulomb, electric field, Gauss's law and potential · Del examen Exámenes de Física II: Teoría y Laboratorio (Mayo 2024) (2024)

Enunciado

Simulation 1. Electric field and potential of a +1 μC charge

In the electrostatic field simulation, clear the workspace and place a single point charge q=+1 μCq = +1\,\mu\text{C} at the origin (0,0)(0, 0). Activate the display of electric field vectors and equipotential lines.

a.

Record the potential VV, field magnitude EE, components Ex,EyE_x, E_y, and angle α\alpha measured at position (100 m,100 m)(100\text{ m}, 100\text{ m}).

V

N/C

N/C

N/C

°

b.

Record the same quantities at position (100 m,−100 m)(100\text{ m}, -100\text{ m}).

V

N/C

N/C

N/C

°

c.

Verify these experimental simulation values against theoretical calculations applying the formulas for a point charge:

E⃗=14πε0qr2u^r,V=14πε0qr\vec{E} = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \frac{q}{r^2}\hat{u}_r, \quad V = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \frac{q}{r}

Enunciado: Ejercicio Simulation 1 · Física II URV 2024

Solución

Según los criterios oficiales de corrección

a. Potential V at (100 m, 100 m)

Solución: 63.63 V

a. Field magnitude E at (100 m, 100 m)

Solución: 0.45 N/C

a. Ex at (100 m, 100 m)

Solución: 0.32 N/C

a. Ey at (100 m, 100 m)

Solución: 0.32 N/C

a. Angle alpha at (100 m, 100 m)

Solución: 45°

b. Potential V at (100 m, -100 m)

Solución: 63.63 V

b. Field magnitude E at (100 m, -100 m)

Solución: 0.45 N/C

b. Ex at (100 m, -100 m)

Solución: 0.32 N/C

b. Ey at (100 m, -100 m)

Solución: -0.32 N/C

b. Angle alpha at (100 m, -100 m)

Solución: -45°

c. Verify these experimental simulation values against theoretical calculations applying the formulas for a point charge

Solución: Distance r=1002≈141.42 mr = 100\sqrt{2} \approx 141.42\text{ m}. Theoretical values: V=63.57 VV = 63.57\text{ V}, E=0.4495 N/CE = 0.4495\text{ N/C}, Ex=0.318 N/CE_x = 0.318\text{ N/C}, Ey=±0.318 N/CE_y = \pm 0.318\text{ N/C}.

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