1r ciclo Desviación de un rayo de tormenta eléctrica y superficie equipotencial

[kuvala]

Hola Buenas :

Expongo dos cuestiones:

1º.- En una tormenta en el hemisferio norte, un rayo cae verticalmente, de modo que la corriente se dirige desde la nube al suelo. El rayo se desvía a:
Respuesta correcta: Hacia el este.

No entiendo por qué se dirige hacia el este, porque si estamos en el hemisferio norte, el rayo se debería dirigir a zonas de menor potencial, es decir, hacia el sur, ¿no?

2º.- En los puntos de una superficie equipotencial eléctrica:
Respuesta correcta: El campo eléctrico es perpendicular a la superficie.

Yo me decanté más por la opción "El campo eléctrico es constante en módulo", pero al parecer no está bien. ¿Por qué?

Muchas Gracias

Un Saludo

[hennin]

Re: Desviación de un rayo de tormenta eléctrica y superficie equipotencial

Recuerda que el campo eléctrico es un vector. En las superficies equipotenciales el Potencial Eléctrico (V) toma el mismo valor. Estas superficies son perpendiculares a las líneas de campo, y por tanto, lo serán también al vector campo eléctrico.
Por tanto, ante el enunciado podrías decir que:
a) El potencial eléctrico toma el mismo valor o que b) El vector campo eléctrico es perpendicular a dicha superficie.

[hennin]

Re: Desviación de un rayo de tormenta eléctrica y superficie equipotencial

Esta imagen alomejor te aclara la idea. http://www.google.es/imgres?imgurl=h...w=1366&bih=667

[hennin]

Re: Desviación de un rayo de tormenta eléctrica y superficie equipotencial

Por cierto, tu afirmación de que el módulo del campo eléctrico es constante es falso. Te pongo un ejemplo: sean dos cargas puntuales de +1 C y -1 C situadas en (0,1) y (0,-1). Una superficie equipotencial será el propio eje de abscisas (x) pues el potencial en todo punto es cero (al sumar V1 + V2 dará cero). Ahora, en un punto (0,3) y en otro (0,5); obtendrás dos vectores campo eléctrico de mismo sentido y dirección pero de módulos diferentes. Esto se debe a que una magnitud es escalar y otra vectorial.
Espero haberte ayudado

[aLFRe]

Re: Desviación de un rayo de tormenta eléctrica y superficie equipotencial

Hola Buenas :

Hola.

Expongo dos cuestiones:

Vamos con ellas.

1º.- En una tormenta en el hemisferio norte, un rayo cae verticalmente, de modo que la corriente se dirige desde la nube al suelo. El rayo se desvía a:
Respuesta correcta: Hacia el este.

Ese efecto yo no lo he visto nunca descrito.

En una tormenta se produce una polarización de la nube ( en realidad de sus componentes ).
En la parte inferior de ésta, la próxima a la superficie de La Tierra se acumula carga negativa
y en la parte superior, carga positiva.

Esta distribución de carga da lugar a que la superficie de La Tierra próxima a la nube
presente carga positiva. Parte de este fenómeno sirva para "cargar por inducción"
y está descrito en muchos textos.

Entre la zona con acumulación de carga negativa - parte inferior de la nube -
y la zona cargada por inducción en La Tierra se establece un campo eléctrico.
En general no pasaría nada porque el aire que los separa es un medio aislante
pero durante la tormenta el mismo mecanismo antes descrito lo ioniza
y lo convierte en una especie de "plasma" y entonces se produce una descarga primera y varias posteriores.

La trayectoria de un rayo en lo que se refiere a movimiento de portadores de carga
a diferencia de lo que te dice el enunciado no es una línea recta por las características que ha adquirido el aire.
Pero en todo caso consistiría en un movimiento de electrones de la parte inferior de la nube a La Tierra
y por tanto a una corriente - ya sabes que el sentido de la corriente consiste en movimiento de carga positiva -
de la Tierra a la parte inferior de la nube.

Dicho esto - puede ser que yo esté equivocado - si lo olvidamos y consideramos sólo lo que dice el problema
y pensamos que :
a. la corriente va de la nube al suelo
sería por tanto un grupo de particulas con masa y carga positiva que caen desde la nube hacia La Tierra
b. el aire es un medio óhmico,
se moverían con una velocidad v en una referencia no inercial - La Tierra es un sistema de referencia giratorio -

y por tanto experimentarían una fuerza de inercia, la de Coriolis :
$\vec{F}_c= - 2 m \vec{\omega}\times \vec{v}_{rot}$
Mira a ver si esto y las suposiciones te permiten deducir la respuesta.

Saludos.

[kuvala]

Re: Desviación de un rayo de tormenta eléctrica y superficie equipotencial

Una superficie equipotencial será el propio eje de abscisas (x) pues el potencial en todo punto es cero (al sumar V1 + V2 dará cero).

Si si, llevas razón. Si consideramos que hay dos cargas, el módulo del campo eléctrico no es el mismo. Yo es que había considerado en el enunciado del ejercicio que había una superficie equipotencial creada por una sola carga nada más.
Por cierto, no entiendo muy bien lo que dices de que en el eje de abscisas el potencial en todo punto es cero. Yo creo que será cero solo en determinados puntos no?

y por tanto experimentarían una fuerza de inercia, la de Coriolis :
$\vec{F}_c= - 2 m \vec{\omega}\times \vec{v}_{rot}$

Pues qué gran razonamiento. Yo no había pensado siquiera en eso. Aún así, creo que la explicación tiene que ver más por diferencia de potenciales y campos magnéticos, más que por la fuerza de Coriollis o algo así, porque el examen fue estríctamente de electromagnetismo, por lo que la mecánica no aparecía realmente para aplicar los conceptos.

De todas formas, muchas gracias a los dos.

Un Saludo

[hennin]

Re: Desviación de un rayo de tormenta eléctrica y superficie equipotencial

"Si si, llevas razón. Si consideramos que hay dos cargas, el módulo del campo eléctrico no es el mismo. Yo es que había considerado en el enunciado del ejercicio que había una superficie equipotencial creada por una sola carga nada más.
Por cierto, no entiendo muy bien lo que dices de que en el eje de abscisas el potencial en todo punto es cero. Yo creo que será cero solo en determinados puntos no?"

kuvala, cuando hallas V1 y V2 en todo punto del eje de abscisas, ambos tendrán el mismo valor pero de signo contrario; al sumarlos dará cero:

V1+V2=KQ/r +K-Q/r = 0

[polonio]

Re: Desviación de un rayo de tormenta eléctrica y superficie equipotencial

1º La corriente eléctrica es carga en movimiento. En un rayo, inicialmente, esta velocidad es radial hacia el centro de la Tierra (estemos en el hemisferio que estemos: la diferencia de potencial es de las nubes al suelo, no de norte a sur ni nada por el estilo): en esféricas, dirección $-\vec{u}_r$. En la Tierra existe un campo magnético muy hermoso que va de sur a norte "rodeando" la Tierra: en esféricas, dirección $-\vec{u}_\theta$. Tenemos la fuerza magnética sobre las cargas en movimiento: $\vec{F}=q\vec{v}\times\vec{B}$ o, para corrientes, $\vec{F}=\int I\dd \vec{l}\times\vec{B}$. Si haces el producto vectorial verás que la fuerza que desvía el rayo aparece en dirección $+\vec{u}_\phi$: al este.

2º El campo eléctrico es menos el gradiente del potencial. Y sabemos que el gradiente de un campo escalar (del potencial) el perpendicular a las superficies equipotenciales. Esto, además, es fácil verlo: en todos los puntos de la superficie el potencial vale lo mismo y el campo va de mayor a menor potencial, luego no puede tener componente tangente a esta superficie (no hay valores mayores ni menores del potencial en la dirección de la superficie), para ir a un punto de menor o mayor potencial tiene que ir normal (perpendicular).

[nature]

Re: Desviación de un rayo de tormenta eléctrica y superficie equipotencial

Bueno solo para aclarar un detalle, aunque ya con la explicación de polonio esta resuelto el asunto.

Por cierto, no entiendo muy bien lo que dices de que en el eje de abscisas el potencial en todo punto es cero. Yo creo que será cero solo en determinados puntos no?

A lo que se refiere el compañero hennin es al tipico caso del dipolo electrico, si buscas una imagen en cualquier libro o internet del tema verás que existe una superficie equipontencial (V=0) entre ambas cargas, el llamado bisector perpendicular al eje del dipolo.

[natanael]

Re: Desviación de un rayo de tormenta eléctrica y superficie equipotencial

Es decir, que cuando cae un rayo son iones positivos los que se desplazan desde las nubes a la tierra?

[aLFRe]

Re: Desviación de un rayo de tormenta eléctrica y superficie equipotencial

Es decir, que cuando cae un rayo son iones positivos los que se desplazan desde las nubes a la tierra?

Es la hipótesis del problema puede ser correcta o no.

Hasta donde yo lo conozco, la forma en que se explica es la que yo he dado :
electrones que viajan desde la nube ( la parte más próxima a la superficie de la Tierra de ésta ) hasta La Tierra.
Quedan por explicar otras cosas... si me entero de algo ya lo pongo por aquí.

Saludos.

[natanael]

Re: Desviación de un rayo de tormenta eléctrica y superficie equipotencial

Sólo pregunto, porque hasta donde tengo entendido son electrones los que se desplazan, es decir siempre hay unos cuántos electrones libres entre el cielo y la tierra, y si la diferencia de potencial es lo suficientemente alta (entre el cielo y la tierra) como para dotar a esos electrones de suficiente enegía cinética como para chocar con otras moleculas y desprender otros iones, entonces se formará una reacción encadena que formara un corriente de particulas cargadas negativamente, y por $\dst \vec{F}=-q\vec{v}\times\vec{B}$ la dirección debería ser hacia el oeste.

Ahora, me imagino que si el problema dice así (que se mueven hacia el este), debe ser porque se ha visto que los rayos tengan esa tendencia en la realidad, entonces la razón de que se muevan hacia el este debe ser más complicada aún, y como el rayo cae muy rápidamente hacia la tierra dudo mucho que coriolis sea el efecto observado, ya que la velocidad de giro de la tierra comparada con la velocidad que cea el rayo debe ser insignificante, me imagino que la tierra tendría que girar consideramente rápido como para notar el efecto por coriolis.

[polonio]

Re: Desviación de un rayo de tormenta eléctrica y superficie equipotencial

Pues cuando se produce un rayo se separan cargas positivas y negativas de moléculas del aire. La positivas van hacia abajo (de mayor a menor potencial) y las negativas hacia arriba. Así que se desvian hacia el este.

[natanael]

Re: Desviación de un rayo de tormenta eléctrica y superficie equipotencial

Sencillamente no entiendo porque dices eso, por ejemplo vete este video, mi respuesta anterior no es mas que el video en forma escrita:

Además, por ejemplo en el siguiente dibujo (que no está muy bien escalado, pero hice todo lo posible ), que magnitud, dirección o sentidos de las cantidades representadas en el mismo estaría mal como para considerar que esa fuerza no apunta hacia el oeste?

B: Campo magnético
E: Campo eléctrico
N: Norte
S: Sur
F: Fuerza

El circulo con el punto es flecha que sale y con el aspa es flecha que entra.




Toda la evidencia indica que son los electrones que se mueven hacia la tierra con cierta velocidad que apunta, en promedio, hacia el centro de la tierra y que por $\dst \vec{F}=-q\vec{v}\times\vec{B}$ la fuerza sale apuntando hacia el oeste, inclusive si lo quieres considerar como una corriente de huecos (que no es el caso, ya que los electrones no fluyen a travéz de la red cristalina de un semiconductor) entoces la dirección y sentido de la velocidad de los mismos es, de la tierra hacia las nubes y que por $\dst \vec{F}=q\vec{v}\times\vec{B}$ sigue apuntando hacia el oeste.

Si en realidad ese rayo se desvia hacia el este, dudo mucho que sea por el campo magnético de la tierra.

[kuvala]

Re: Desviación de un rayo de tormenta eléctrica y superficie equipotencial

Toda la evidencia indica que son los electrones que se mueven hacia la tierra con cierta velocidad que apunta, en promedio, hacia el centro de la tierra y que por $\dst \vec{F}=-q\vec{v}\times\vec{B}$ la fuerza sale apuntando hacia el oeste, inclusive si lo quieres considerar como una corriente de huecos (que no es el caso, ya que los electrones no fluyen a travéz de la red cristalina de un semiconductor) entoces la dirección y sentido de la velocidad de los mismos es, de la tierra hacia las nubes y que por $\dst \vec{F}=q\vec{v}\times\vec{B}$ sigue apuntando hacia el oeste.

Si en realidad ese rayo se desvia hacia el este, dudo mucho que sea por el campo magnético de la tierra.

Es que creo que las líneas de campo magnético van desde el polo norte hacia el polo sur, no como está en el dibujo. Por lo tanto, a través de $\dst \vec{F}=q\vec{v}\times\vec{B}$ se comprueba que va hacia el este (considerando que las cargas que descienden son negativas).

EDITO: no no, me he equivocado yo. El norte magnético se encuentra en el sur geográfico... xD