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Simulador de electrostática

Unidad

Enunciado

Fuentes

Incógnita

Si el enunciado da condiciones (equilibrio, campo nulo, un potencial…), marca qué fuentes son desconocidas y se despejan todas a la vez.

Símbolos

Fija las dimensiones de cada símbolo para escribir bien las potencias de a en los resultados.

Vista z = Prueba
carga positivanegativalínea de campoequipotencialcampo E en el puntodipolocarga de pruebaArrastra cargas y puntos (Mayús = sin ajuste). Ctrl + rueda para zoom. En 3D, arrastra para girar.

Preguntas

Qué es este simulador de electrostática

Es un simulador de electrostática gratis y en español para resolver los problemas de la asignatura paso a paso. Colocas las fuentes (cargas puntuales, hilos, planos y esferas cargadas), eliges un punto y el simulador calcula el campo eléctrico, el potencial, la fuerza sobre una carga de prueba y la energía, con el desarrollo completo en forma simbólica o con números y unidades del SI.

Qué puedes calcular

  • El campo eléctrico E en cualquier punto, sumando la contribución de cada fuente (principio de superposición).
  • El potencial V y la diferencia de potencial entre dos puntos.
  • La fuerza sobre una carga, con la ley de Coulomb, y la energía potencial de un sistema de cargas.
  • Las incógnitas de un enunciado con condiciones: la carga que deja el campo nulo en un punto, la que deja una carga en equilibrio o la que da un potencial pedido.

E = k q / r²,   V = k q / r,   F = q E,   k = 1 / (4π ε₀)

Cómo se usa

Empieza por un ejercicio de ejemplo o crea uno nuevo, arrastra las cargas por el lienzo y mira las líneas de campo, las superficies equipotenciales, los vectores o el mapa de color del potencial en el plano o en 3D. Guarda tus problemas en «Mis ejercicios», exporta la solución y ponte a prueba con el modo práctica.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se calcula el campo eléctrico de varias cargas puntuales?

Con el principio de superposición: el campo en un punto es la suma vectorial del campo de cada carga, E = Σ k·qᵢ/rᵢ² en la dirección que une la carga con el punto, con k = 8,99·10⁹ N·m²/C². Por ejemplo, una carga de 2 nC a 3 cm crea E = 8,99·10⁹ · 2·10⁻⁹ / 0,03² ≈ 2,0·10⁴ N/C.

¿Cómo se usa la ley de Gauss para hallar el campo?

Se elige una superficie gaussiana con la simetría del problema (esfera, cilindro o caja) y se aplica ∮E·dS = Q_int/ε₀. Fuera de una esfera cargada con Q, E = Q/(4πε₀r²); para un hilo infinito con densidad λ, E = λ/(2πε₀r); y para un plano infinito con densidad σ, E = σ/(2ε₀).

¿Cómo se calculan el potencial y la energía de un sistema de cargas?

El potencial es escalar y se suma con su signo, V = Σ k·qᵢ/rᵢ. La energía del sistema es la suma de todos los pares, U = Σ k·qᵢqⱼ/rᵢⱼ. Por ejemplo, dos cargas de 1 nC a 10 cm tienen U = 8,99·10⁹ · 10⁻¹⁸ / 0,1 ≈ 9,0·10⁻⁸ J.

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En la vida real

El Fuego de San Telmo →Por qué brillan las puntas de los mástiles en una tormenta: efecto punta y descarga corona. La jaula de Faraday →Por qué no pasa nada dentro de un coche alcanzado por un rayo y no hay cobertura en el ascensor. La línea de alta tensión y el suelo →El cable y el suelo forman un condensador: por qué se enciende un fluorescente debajo. El rayo →La nube y el suelo como un condensador gigante: energía, corriente y duración. La tensión de paso →Por qué es peligroso acercarse a un cable caído o a un árbol alcanzado por un rayo.

Herramientas relacionadas

Campos vectoriales →Gradiente y derivada direccional, divergencia y rotacional, potencial, trabajo por una curva y teorema de Green, viendo el campo. Magnetostática (Biot-Savart) →B de hilos, espiras, arcos, solenoides y toroides. Dieléctricos y condensadores →Planos, cilíndricos y esféricos con capas de dieléctrico: capacidad, energía, D, P y polarización. Cavidades resonantes →Cavidades rectangulares, cilíndricas y esféricas: frecuencia de resonancia de cada modo TE y TM, factor de calidad Q, ancho de banda y mapa del campo.

Guía de uso del simulador

versión

1 · Visión general

El simulador resuelve problemas de electrostática: montas las fuentes (cargas, hilos, planos, esferas…), añades las preguntas y obtienes el resultado exacto con su desarrollo y el dibujo del campo.

Pantalla completa del simulador con cinco zonas numeradas
La pantalla tiene cinco zonas.
  1. 1Barra lateral: tus problemas, los importados y los ejercicios de ejemplo.
  2. 2Barra superior: título, modo simbólico o numérico, modo práctica, deshacer, exportar y guardar.
  3. 3Enunciado del problema, que puedes escribir o pegar.
  4. 4Montaje: fuentes, incógnitas y símbolos.
  5. 5Lienzo y preguntas: el dibujo del campo y, debajo, cada pregunta con su resultado.

Todo se recalcula al momento: cambia un valor, una posición o arrastra una carga en el lienzo y el resultado se actualiza solo.

Los condensadores con dieléctricos (capacidad, campos E, D y P, cargas de polarización y asociaciones) tienen su propia herramienta: Condensadores.

2 · Elegir un problema

Barra lateral con las secciones Mis problemas y ejercicios de ejemplo
  • Ejercicios de ejemplo trae 12 ejercicios ya montados y resueltos. Haz clic en uno para abrirlo.
  • Mis problemas son los que creas o guardas tú. Importados son los que abres desde un archivo.
  • El buscador (Ctrl+K) busca en el título, el enunciado, la carpeta y las etiquetas. Escribe #examen para filtrar por etiqueta.
  • El botón ⋯ de cada problema abre sus opciones: renombrar, mover a una carpeta, duplicar, guardar en archivo o eliminar.
  • Las carpetas se pliegan y despliegan con un clic. El icono de arriba a la derecha oculta la barra para tener más espacio.

Los ejercicios precargados son de ejemplo: puedes tocarlos, pero para conservar los cambios pulsa Guardar en Mis problemas en el aviso verde de arriba.

3 · Ver la solución

Cada pregunta muestra su resultado exacto en la forma del libro: un coeficiente por los símbolos, partido por π ε₀ aⁿ.

Pregunta resuelta con el desarrollo paso a paso desplegado
Resultado de una pregunta con el desarrollo desplegado.
  • Pulsa Ver desarrollo paso a paso para seguir cada paso: la contribución de cada fuente, la suma y la simplificación.
  • Si el problema tiene incógnitas (por ejemplo, una carga desconocida), el valor despejado aparece en el panel Incógnita, con su propio desarrollo.
  • Las preguntas de dipolo indican además si el equilibrio es estable o inestable, y el trabajo para girarlo.
  • Si falta un dato o algo no cuadra, sale un aviso en rojo debajo del enunciado que dice qué revisar.

4 · El dibujo del campo

Lienzo con mapa de color del potencial y cargas de prueba
Mapa de color del potencial, líneas de campo y cargas de prueba moviéndose.
  • Vista: elige el plano XY, XZ o YZ y a qué altura se corta (z =), o la vista 3D, que se gira arrastrando.
  • Activa o quita las líneas de campo, las equipotenciales, los vectores y el mapa de color de V o de |E|.
  • Cargas de prueba: pulsa +q o −q y haz clic en el lienzo; la carga se mueve siguiendo la fuerza del campo. Quitar las borra.
  • Arrastra las cargas y los puntos para moverlos (con Mayús no se ajustan a la rejilla). Haz zoom con los botones −/+ o con Ctrl+rueda, y Encuadrar vuelve a centrarlo todo.
Vista 3D del montaje
La vista 3D, útil para fuentes que no están en el mismo plano.

La pregunta E(z), V(z) dibuja cómo cambian el campo y el potencial a lo largo de una recta. Pasa el ratón por la gráfica para leer los valores.

Gráficas de E y V a lo largo de una recta

5 · Crear y editar un problema

  1. Pulsa Nuevo problema en la barra lateral (o duplica un ejercicio desde su menú ⋯).
  2. Escribe el título arriba y pega el enunciado si quieres tenerlo a mano.
  3. Añade las fuentes con los botones verdes (+ Carga, + Hilo, + Plano, + Anillo, + Disco, + Conductor…). El botón queda marcado: haz clic en el lienzo para colocar la fuente donde quieras, o pulsa otra vez el botón para ponerla en su sitio por defecto.
  4. Rellena cada tarjeta: el valor es un coeficiente por un símbolo (por ejemplo -1 × q0) y las posiciones van en unidades de a. Se admiten 5/2, 2*sqrt(3), √7 y pi.
  5. Añade las preguntas con los botones de su panel: campo E, potencial, VB − VA, fuerza, trabajo, dipolo, energía, flujo de Gauss o perfil E(z), V(z). También se colocan con un clic en el lienzo.
Panel de fuentes con los botones para añadir y una tarjeta de carga
Botones para añadir fuentes y la tarjeta de una carga puntual.

Incógnitas

Si el enunciado da una condición (equilibrio, campo nulo, un potencial conocido…), marca en Incógnita qué fuentes tienen valor desconocido y añade las condiciones. Hacen falta tantas ecuaciones como incógnitas; E = 0 cuenta como tres.

Símbolos y unidades

  • En Símbolos indica qué es cada símbolo (carga, densidad lineal, superficial, de volumen o momento dipolar) para que las potencias de a salgan bien.
  • Con el selector Simbólico / Numérico SI eliges entre resultados con símbolos o con números: en modo SI escribe los valores en unidades SI y las longitudes en metros.
  • ↶ y ↷ deshacen y rehacen cualquier cambio (Ctrl+Z, Ctrl+Mayús+Z).

6 · Modo práctica

Marca Modo práctica en la barra superior para entrenar: las soluciones se ocultan y cada pregunta te pide tu respuesta.

Pregunta en modo práctica con una respuesta comprobada como correcta
Una respuesta comprobada.
  1. Escribe el resultado con q, lambda, sigma, rho, a, eps0, pi y sqrt(…), por ejemplo q/(4*pi*eps0*a^2). El orden de los factores da igual. En modo SI escribe el número, como 8.99e9.
  2. Pulsa Comprobar (o Intro): verás ✓ si es correcto o ✗ si no, con un comentario.
  3. Mostrar solución enseña el resultado y el desarrollo de esa pregunta cuando quieras.

7 · Guardar, compartir y exportar

  • Mis problemas se guardan solos en este navegador. Debajo del título puedes ponerles carpeta y etiquetas para ordenarlos.
  • Guardar archivo (Ctrl+S) descarga el problema abierto como .emsim.json; Guardar todos mis problemas, al pie de la barra lateral, los descarga todos en un solo archivo.
  • Para pasarlos a otro ordenador o compartirlos, abre ese archivo allí con Abrir archivo… (Ctrl+O) o arrástralo sobre la página. Aparecerán en Importados.
  • Exportar solución genera la solución completa, con enunciado, resultados y desarrollo: como página para imprimir (.html; ábrela y usa Imprimir → Guardar como PDF) o como texto Markdown (.md).
Menú Exportar solución abierto con sus dos opciones
El menú de exportación.

Lo que guarda el navegador solo está en ese navegador. Si borras los datos de navegación o cambias de dispositivo, usa los archivos .emsim.json como copia.

8 · Atajos de teclado

F1 o ?Abrir esta guía
Ctrl+ZDeshacer
Ctrl+Mayús+Z o Ctrl+YRehacer
Ctrl+SGuardar el problema en un archivo
Ctrl+OAbrir un archivo
Ctrl+KBuscar problemas
EscCancelar la colocación en el lienzo, cerrar menús o esta guía
Mayús al arrastrarMover sin ajustar a la rejilla
Ctrl+ruedaZoom en el lienzo

En Mac, usa Cmd en lugar de Ctrl.

9 · Novedades

Estás usando la versión . Cada cambio publicado sube el número: el primero cuando hay algo nuevo y el segundo cuando es solo un arreglo.