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• Iz Remy

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CAMPO ELECTRICO OBJETIVOS Objetivos generales. 

Visualizar las líneas del campo eléctrico generado por un dipolo.

Objetivos específicos



Investigar cómo son las líneas de fuerza para las siguientes configuraciones de carga: a).-Una carga puntual b).-Dos cargas puntuales de igual signo c).-Dos cargas puntuales de signo contrario

FUNDAMENTO TEÓRICO El campo eléctrico (Región del espacio en la que interactua la fuerza eléctrica) es un campo físico que se representa, mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. Se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor sufre los efectos de una fuerza eléctrica dada por la siguiente ecuación:

En los modelos relativistas actuales, el campo eléctrico se incorpora, junto con el campo magnético, en campo tensorialcuadridimensional, denominado campo electromagnético Fμν. Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas eléctricas como en campos magnéticos variables. Las primeras descripciones de los fenómenos eléctricos, como la ley de Coulomb, solo tenían en cuenta las cargas eléctricas, pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que también se tiene en cuenta la variación del campo magnético. Esta definición general indica que el campo no es directamente medible, sino que lo que es observable es su efecto sobre alguna carga colocada en su seno. La idea de campo eléctrico fue propuesta por Faraday al demostrar el principio de inducción electromagnética en el año 1832. La presencia de carga eléctrica en una región del espacio modifica las características de dicho espacio dando lugar a un campo eléctrico. Así pues, podemos considerar un campo eléctrico como

una región del espacio cuyas propiedades han sido modificadas por la presencia de una carga eléctrica, de tal modo que al introducir en dicho campo eléctrico una nueva carga eléctrica, ésta experimentará una fuerza.

El campo eléctrico se representa matemáticamente mediante el vector campo eléctrico, definido como el cociente entre la fuerza eléctrica que experimenta una carga testigo y el valor de esa carga testigo (una carga testigo positiva). La definición más intuitiva del campo eléctrico se la puede dar mediante la ley de Coulomb. Esta ley, una vez generalizada, permite expresar el campo entre distribuciones de carga en reposo relativo. Sin embargo, para cargas en movimiento se requiere una definición más formal y completa, se requiere el uso de cuadrivectores y el principio de mínima acción. A continuación se describen ambas. Debe tenerse presente de todas maneras que desde el punto de vista relativista, la definición de campo eléctrico es relativa y no absoluta, ya que observadores en movimiento relativo entre sí medirán campos eléctricos o "partes eléctricas" del campo electromagnético diferentes, por lo que el campo eléctrico medido dependerá del sistema de referencia escogido.

Líneas de campo Un campo eléctrico estático puede ser representado geométricamente con líneas tales que en cada punto el campo vectorial sea tangente a dichas líneas, a estas líneas se las conoce como "líneas de campo". Matemáticamente las líneas de campo son las curvas integrales del campo vectorial. Las líneas de campo se utilizan para crear una representación gráfica del campo, y pueden ser tantas como sea necesario visualizar. Las líneas de campo son líneas perpendiculares a la superficie del cuerpo, de manera que su tangente geométrica en un punto coincide con la dirección del campo en ese punto. Esto es una consecuencia directa de la ley de Gauss, es decir encontramos que la mayor variación direccional en el campo se dirige perpendicularmente a la carga. Al unir los puntos en los que el campo eléctrico es de igual magnitud, se obtiene lo que se conoce como superficies equipotenciales, son aquellas donde el potencial tiene el mismo valor numérico. En el caso estático al ser el campo eléctrico un campo irrotacional las líneas de campo nunca serán cerradas (cosa que sí puede suceder en el caso dinámico, donde el rotacional del campo eléctrico es igual a la variación temporal del campo magnético cambiada de signo, por tanto una línea de campo eléctrico cerrado requiere un campo magnético variable, cosa imposible en el caso estático). En el caso dinámico pueden definirse igualmente las líneas solo que el patrón de líneas variará de un instante a otro del tiempo, es decir, las líneas de campo al igual que las cargas serán móviles.

Intensidad de campo eléctrico. La región del espacio situada en las proximidades de un cuerpo cargado posee unas propiedades especiales. Si se coloca en cualquier punto de dicha región una carga eléctrica de prueba, se observa que se encuentra sometida a la acción de una fuerza. Este hecho se expresa diciendo que el cuerpo cargado ha creado un campo eléctrico. La intensidad de campo eléctrico en un punto se define como la fuerza que actúa sobre la unidad de carga situada en él. Si E es la intensidad de campo, sobre una carga Q actuará una fuerza.

Superficie equipotencial

Una superficie equipotencial es el lugar geométrico de los puntos de un campo escalar en los cuales el "potencial de campo" o valor numérico de la función que representa el campo, es constante. Las superficies equipotenciales pueden calcularse empleando la ecuación de Poisson. El caso más sencillo puede ser el de un campo gravitatorio en el que hay una masa puntual: las superficies equipotenciales son esferasconcéntricas alrededor de dicho punto. El trabajo realizado por esa masa siendo el potencial constante, será pues, por definición, cero. Cuando el campo potencial se restringe a un plano, la intersección de las superficies equipotenciales con dicho plano se llaman líneas equipotenciales.

Potencial eléctrico El potencial eléctrico o potencial electrostático en un punto, es el trabajo que debe realizar un campo electrostático para mover una carga positiva desde dicho punto hasta el punto de referencia, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga positiva unitaria qdesde el punto de referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica a velocidad constante. Matemáticamente se expresa por:

El potencial eléctrico sólo se puede definir unívocamente para un campo estático producido por cargas que ocupan una región finita del espacio. Para cargas en movimiento debe recurrirse a los potenciales de Liénard-Wiechert para representar un campo electromagnético que además incorpore el efecto de retardo, ya que las perturbaciones del campo eléctrico no se pueden propagar más rápido que la velocidad de la luz.

Si se considera que las cargas están fuera de dicho campo, la carga no cuenta con energía y el potencial eléctrico equivale al trabajo necesario para llevar la carga desde el exterior del campo hasta el punto considerado. La unidad del Sistema Internacional es el voltio (V). Todos los puntos de un campo eléctrico que tienen el mismo potencial forman una superficie equipotencial. Una forma alternativa de ver al potencial eléctrico es que a diferencia de la energía potencial eléctrica o electrostática, él caracteriza sólo una región del espacio sin tomar en cuenta la carga que se coloca ahí.

MATERIALES PARA EL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Teflón Globo Bola de plastofor Soporte universal Papeles picados

Raqueta eléctrica Aluminio Cables de cobre Aceite Semillas de te

PROCEDIMIENTO AL REALIZAR Ejemplo 1 Con el rascaespalda frotamos en lana o alguna otra superficie y después lo acercamos a la pelota de plastofor y se puede notar que la pelota de plastofor se siente atraída.

Ejemplo 2 frotamos el globo en lana o alguna otra superficie y luego lo acercamos a los papeles picados y vimos como se atraían e incluso como levantaba los papelitos

Ejemplo 3

Cortamos dos pedazos de teflón y cuando se pone la mano en medio de las dos cintas estas se atraen y cuando se saca la mano estas se repelen

Ejemplo 4 Con alambres de cobre hacemos chocar en la raqueta eléctrica y después colocamos en un platillo aluminio que sacamos de una pila, aceite y las semillas de té; se coloca el cable ahí y se puede notar como se movían las semillitas de té

CÁLCULOS A REALIZAR

Ejercicio 1 Dos cargas de -40 staC y 50 staC se encuentran separados por una distancia de 40 cm ¿Cuál es el campo eléctrico en el punto medio? Datos: q1= -40 staC q2= 50 staC

40 cm

d= 40 cm

Ejercicio 2 ¿Cuál es el campo electrico a una distancia de 25 cm de una carga de 4mC?

CUESTIONARIO 1. ¿A qué se llama viento eléctrico en el generador de Van De Graaff? Cuando los conductores metálicos terminan en punta se acumula mucha carga en ellas, la densidad de carga es muy alta y en las proximidades se crea un intenso campo que ioniza el aire. Las puntas cargadas positivamente producen viento eléctrico positivo. Las puntas cargadas negativamente producen viento eléctrico negativo

2. Mencionar los cuidados y la seguridad que se deben tener en el manipuleo de los instrumentos y equipos de laboratorio de física III Hay que tener mucho cuidado en los objetos de medición, debido que si manipulamos mal el objeto podría hacer variar nuestro resultado y habría mayor margen de error.

3. ¿A qué se denomina diferencia de potencial y cuáles son sus unidades? La diferencia de potencial (ddp) es el impulso que necesita una carga eléctrica para que puedafluir por el conductor de un circuito eléctrico, esta corriente cesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico. Si la energía (E) que el generador cede al circuito durante su funcionamiento es directamente proporcional a su dpp (V) y a lacarga, q (C), que pone en movimiento. Su unidad en el S.I. es el voltio V:

4. ¿Un campo eléctrico es un campo conservativo? Si calculas el trabajo por unidad de carga realizado por el campo electrico, a lo largo de una curva cerrada, este vale 0, y de ahi es facil deducir, por tanto, que el trabajo entre 2 puntos del espacio A y B no depende del camino seguido, y es igual a la diferencia entre lo que vale el potencial en A y lo que vale en B, y esa diferencia es igual al incremento de energia cinetica de la carga dentro de ese campo electrico. 5. ¿Cuál es la función del aceite en la practica de líneas de fuerza? Explique Son experimentos de electrostática por lo tanto se deben realizar sin que se verifique pasaje de corriente. Para ello se debe usar un medio muy aislante, que permita la presencia del campo eléctrico en su interior, sin producir el pasaje de corriente eléctrica. Algunos aceites son ideales para conservar el campo eléctrico en las condiciones que te indiqué, en especial el aceite de ricino que es el mas usado. 6. Indicar los tipos de errores cometidos en la realización de la practica Los errores que podríamos tener en esta práctica seria con la raqueta como se vio en la parte practica, que el cable estaba mal asegurado, otro error podría ser los cables y el modo de conexión ya que hay que ser muy cuidadosos 7. ¿Las líneas de campo eléctrico nunca se cruzan? Las lineas de campo no pueden cruzarse ya que si lo hicieran esto significaria que en el lugar de cruce habrian dos direcciones para la fuerza sobre una carga colocada ahí, lo cual seria unresultado no razonable desde el punto de vista de la física. 8. Indicar los campos eléctricos generados por la naturaleza Podría ser el sol, tormentas eléctricas, campo magnético terrestre 9. ¿Qué son las líneas equipotenciales? Las líneas equipotenciales son como las líneas de contorno de un mapa que tuviera trazada las líneas de igual altitud. En esta caso la "altitud" es el potencial eléctrico o voltaje. Las líneas equipotenciales son siempre perpendiculares al campo eléctrico. En tres dimensiones esas líneas forman superficies equipotenciales. El movimiento a lo largo de una superficie

equipotencial, no realiza trabajo, porque ese movimiento es siempre perpendicular al campo eléctrico.

EJERCICIOS 1. Calcular la intensidad de un campo eléctrico, si al colocar una carga de prueba igual a 48 mc, actúa con una fuerza de 1.6 N

2. Encontrar la carga eléctrica fuente de helio, sabiendo que el vapor de la intensidad del campo eléctrico producido por él es de 2.88x109 N/C, en un punto situado en el aire a 1 atm

3. En un punto P del espacio existe un campo eléctrico de 5x104N/C si una carga positiva de 1.5 mc se coloca en el puno P. ¿Cuál será el valor de la fuerza eléctrica que actúa sobre ella?

4. Hallar la intensidad de campo eléctrico en el aire generado en el aire generado por una fuente Q= 5x102C a una distancia de 30 cm.

INFORME FOTOGÁFICO

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES   

Se demostró que en el interior de un conductor el campo eléctrico es nulo ya que la carga se queda distribuida en su superficie. Por lo tanto el potencial es constante Las líneas de campo eléctrico son perpendiculares a la superficie del conductor y que en los picos hay mas líneas de campo eléctrico debido a que ahí se concentra más carga. También demostramos que las líneas o superficies equipotenciales son perpendiculares a las líneas de campo eléctrico en todos sus puntos.

RECOMENDACIONES Para tener una mayor exactitud en los datos, se deben tomar en cuenta otros factores que influyen en el sistema como el clima.