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Campo y potencial electrico

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  • 1. Escuela Superior Politécnica del Litoral Laboratorio de Física C Campo y Potencial EléctricoAlumno: Richard Villón BaronaProfesor: Msc. Francisca Flores N.Fecha De Entrega: 13 de Junio de 2012Paralelo: 22 I Término
  • 2. ResumenEn la práctica del laboratorio del 6 de junio del 2012. Se demostró que en el interior de unconductor el campo eléctrico es nulo, midiendo la carga del generador Van de Graff, acercandoelectroscopio y después colocándolo en una jaula de metal, para observar que no se cargaba y locual nos indicaba que nuestra hipótesis estaba confirmada.Se observó para diferentes distribuciones de carga las correspondientes líneas de campoeléctrico, con la ayuda de un retroproyector, aceite y carcoma, los cuales jugaron un papelfundamental para una mejor apreciación e identificación de las líneas.También se pudo determinar para diferentes distribuciones de carga las correspondientessuperficies equipotenciales y se verificó que las superficies equipotenciales son perpendicularesa las líneas de campo eléctrico mediante la demostración experimental y siguiendo la definiciónestablecida en la parte teórica.Esta práctica fue una práctica netamente cualitativa, excepto solo la demostración de lassuperficies equipotenciales. Los resultados fueron los esperados no hubo ninguna divergenciacon la parte teórica estudiada.IntroducciónCampo eléctricoSe define como aquella región en el espacio en la que cualquier carga situada en un punto dedicha región experimenta una acción o fuerza eléctrica.El campo eléctrico tiene su origen en cargas eléctricas (cargas puntuales, distribucionescontinuas de carga o todas ellas al mismo tiempo). Las cargas que dan lugar a un campo eléctricodado suelen recibir el nombre de cargas de fuente.El concepto de campo fue introducido, por primera vez por Faraday para describir lasinteracciones eléctricas. En la actualidad, desempeña un papel fundamental en la física: todas lasinteracciones conocidas se describen en términos del concepto de campo.Matemáticamente se describe un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valorq sufre los efectos de una fuerza eléctrica dada por la siguiente ecuación: ⃗ ⃗⃗
  • 3. Líneas de campo eléctricoFaraday introdujo el concepto de líneas de campo eléctrico o líneas de fuerza como ayuda paravisualizar la estructura del campo eléctrico asociado a una distribución de cargas.Una LÍNEA DE CAMPO ELÉCTRICO se define como una línea imaginaria dibujada de talmanera que su dirección y sentido en cualquier punto es la dirección y sentido del campoeléctrico en dicho punto. Por tanto, las líneas de campo eléctrico son tangentes en cada punto alcampo eléctrico en dicho punto.Propiedades: las líneas de campo dan información no solo sobre la dirección y sentido del campoeléctrico, sino también acerca de su magnitud. Las propiedades fundamentales de las líneas decampo, que además pueden considerarse como las reglas básicas para trazar las líneas de campoasociadas a un cierto sistema de cargas: 1. Entre más líneas de campos, mas intenso es el campo eléctrico. 2. En cualquier punto, la dirección del campo eléctrico es tangente a las líneas de campo. 3. Las líneas de campo eléctrico empiezan de positivo a negativo. 4. El número de líneas es proporcional que salen o entran a una carga es proporcional a la magnitud de una carga. 5. Las líneas de campo nunca pueden cruzarse en el espacio.Potencial eléctricoSi una carga eléctrica q situada en un punto de un campo eléctrico se duplica, triplica oaumenta n veces, la energía potencial eléctrica aumentará en la misma cantidad, respectivamente;sin embargo, es más frecuente considerar, en dicho punto, el potencial eléctrico (V), quecorresponde a la energía potencial eléctrica por unidad de carga ya que este valor será elmismo, independiente de la cantidad de cargas, o incluso si no hay cargas (es una propiedad delespacio). Por lo tanto: El potencial eléctrico es una cantidad escalar, cuya unidad de medida es elvolt (V).Diferencia de potencial eléctricoEntre dos puntos cualesquiera se define como el trabajo necesario para que una fuerza externamueva una carga en voltios (1V = 1J/C). ∫ ⃗
  • 4. Superficies EquipotencialesLos puntos que están a un mismo potencial, definen lo que se llama superficies equipotenciales,las que pueden tener distintas formas. Para una carga puntual, las superficies equipotenciales sonesferas concéntricas en cuyo centro está la carga. Una partícula eléctrica que se mueve en unamisma superficie equipotencial, no experimenta cambios de energía potencial. Las líneas decampo son perpendiculares a ellas.Equipos y materiales  Generador de Van de Graaff  Jaula metálica  Electroscopio  Retroproyector  Cubeta de acrílico  Juego de piezas metálicas  Aceite de ricino y granitos de madera  Cables de conexiónDemostración de que en el interior de un conductor el campo eléctrico es nulo.Para demostrarlo, la profesora encendió el generador de Van de Graaff, y luego acercó unelectroscopio a dicho generador; luego de esto encerró al electroscopio en una jaula metálica y lovolvió a acercar hacia el generador de Van de Graaff y se observó.Líneas de campos eléctricosPara realizar las observaciones de las líneas de campo se colocó sobre un retroproyector unacubeta de acrílico, la cual contenía aceite y carcoma. Luego se ajustaron dos o más piezasmetálicas con los conectores que se disponían alrededor de la cubeta, todo este sistemaconectado y aterrizado por el Van de Graaff; esto provocó una alineación de los granitos demadera para dar la forma a las llamadas líneas de campo eléctrico.Realizaron 3 configuraciones. La primera consto de dos anillos colocados lo mas concéntricoposible para que se pudiesen observar, la segunda de una punta y anillo con una abertura y latercera y ultima consto de 3 piezas distintas un anillo, un punto y T (metálica).
  • 5. Superficies equipotencialesPara determinar las superficies equipotenciales, realizamos conexiones usando la cubeta deacrílico y la fuente. Todas las conexiones deben tuvieron que ser correctas para que no exista uncorto o el voltímetro no marque en sentido contrario, la diferencia de potencial.Una vez realizadas las conexiones, se comenzó a buscar el lugar en donde el voltaje que eramedido por el voltímetro, era el mismo. Lo que se bosquejó fue unas líneas circulares.Gráficos. Fig. #1 Electroscopio Aquí se observa el electroscopio cargado por el Van de Graaff y notamos que es una gran carga positiva. Fig. #2 Electroscopio dentro de la jaula Aquí se pudo notar que el electroscopio dentro de la jaula no sufreaumento de carga electrostática y vemos que jaula cumple con locometido. Fig. #3 Configuración 1 Este es el primer sistema de anillos para poder observar las líneas de campo eléctrico
  • 6. Fig. #4 Configuración 1 ProyectadaAquí se analizo hacia donde eran dirigidos las líneas decampo y que eran radiales por anillos. Fig. #5 Segunda configuración Esta consta de una punta en el centro del anillo y dicho anillo con una abertura.Fig. #6 Segunda configuración proyectadaAquí podemos notar que la acumulación de carcoma selocalizo en la punto del conductor ya que no es unasuperficie uniforme y las líneas de campo del campo delanillo son radiales. Fig. #7 Tercera configuración Consto de 3 piezas conectadas tal que se generaran líneas de distinto tipo.
  • 7. Fig. #8 Tercera configuración Proyectada Se puede observar la barrita en forma T que esta cargada con el mismo signo que el puntito porque existe una desviación entre ambos objetosFig. #9 Retroproyector y Generador Van de GraaffSe observa el sistema utilizado; para observar las proyeccionesanteriores. Fig. #10 Sistema para evidenciar las superficies equipotenciales a b Todo este sistema consta de la fuente, el voltímetro y la cubeta de acrílico, se observa en: a) se muestra que en el interior de un conductor es una superficie equipotencial; b) se observa que las líneas de campo depende de la forma de objeto.
  • 8. Análisis de Datos y resultados.Actividad #1Demostración de que en el interior de un conductor el campo eléctrico es cero.Como se puede observar en la fig#1 el electroscopio es cargado por el generador Van de Graaffen él se movía su aguja interna mientras estaba descubierto y cuando lo encerramos en la jaulade acero la aguja no realizaba dicho movimiento esto se debe a que jaula por ser conductoracumula su carga en el exterior. Este resultado fue es el deseable ya que un conductor toda lacarga se distribuye en la superficie por definición.Actividad #2Líneas de campo eléctrico.Después de armar cada configuración se observó que:En la primera configuración (fig. # 4 ) se observa como las líneas de campo eran radiales paralos anillos y para el anillo cargado positivamente se apreció como salían las líneas, todo esto sepudo apreciar por el movimiento de la carcoma dentro del recipiente.En la segunda configuración (fig. # 6) se analiza como las cargas se distribuyen en las superficiescon puntas, de acuerdo a la acumulación de los granitos de madera se pudo garantizar que lacarga se acumula mas en dichas puntas.En la tercera configuración (fig. #8) como se puede observar nos centramos en analizar elpequeño puntito de acero y la varilla en forma de “T” ya que las dos siendo cargadaspositivamente generan un campo eléctrico radial en el pequeño punto y lineal saliendo de lavarilla; también se nota que en la pieza en forma de T se acumula mayor cantidad de carcoma enlas puntas por lo mencionado anteriormente.Actividad #3Superficies EquipotencialesYa armado el sistema de conexiones con el recipiente de acrílico, para realizar el análisiscogemos el cable de polo positivo conectado al voltímetro y una superficie imaginaria pararecorrerla y darnos cuenta que la medición del voltímetro no varia cuando vamos siguiendo esta.Al realizar este experimento podemos ver también que las superficies equipotenciales soncirculares, si la carga que genera el campo eléctrico es radial y también que las líneas de camposiempre son perpendiculares a las superficies equipotenciales.Con el siguiente análisis matemático podemos garantizarlo: ∫ ⃗⃗⃗ =0
  • 9. ∫ ⃗ ⃗⃗⃗ por ser vectores y esto es un producto escalar ∫ ⃗ ⃗⃗⃗ ( ) la única forma que sea cero es que =90Por este análisis se asegura que las líneas de campo son perpendiculares a las superficiesequipotenciales.ConclusionesEn Base a la práctica de campo y potencial eléctrico se llegan a las siguientes conclusiones:  Que en el interior de un conductor el campo eléctrico es cero o nulo porque las carga siempre se distribuye en la superficie.  Las líneas de campo eléctrico salen de cargas positivas y entran en cargas negativas; pueden ser radiales o longitudinales.  Las líneas de campo nunca cruzan entre sí. (fig. #8)  La distribución de cargas se acumulan más en las puntas. (fig. #6)  Las superficies equipotenciales son perpendiculares a las líneas de campo eléctrico.Referencias bibliográficas  Guía de Laboratorio de Física C. ICF - ESPOL. Revisión III  Serway, R, Física, vol. II. Páginas 658, 657 Edit. McGraw-HiH, 5ta Ed.  http://fq-experimentos.blogspot.com/2008/06/electroscopio.html  http://www.etitudela.com/Electrotecnia/principiosdelaelectricidad/cargaycampoelectricos/cont enidos/01d56993080930f36.html  http://bacterio.uc3m.es/docencia/profesores/daniel/pfisicos/ficheros/celec01.pdf.  http://www.cecyt7.ipn.mx/recursos/polilibros/Fisica%203/173- _superficie_equipotencial.html

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