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INTRODUCCION El campo eléctrico es la región del espacio donde se ponen de manifiesto los fenómenos eléctricos. Se representa con la letra E y es de naturaleza vectorial. La región del espacio situado en las proximidades de un cuerpo cargado posee unas propiedades especiales. Si se coloca una carga eléctrica e prueba en cualquier punto de dicha región, se observa que la carga se somete a la acción de una fuerza; este hecho se expresa diciendo que el cuerpo cargado ha creado un campo eléctrico. En esta oportunidad se estudiara mas a fondo los campos eléctricos detallando, profundizando, analizando y comprobando sus diferentes propiedades y características, empleando conceptos básicos tales como cargas eléctricas, potencial eléctrico, líneas de campo, líneas equipotenciales, entre otras.

OBJETIVOS Objetivo Principal  Estudio y análisis teórico-práctico del campo y el potencial eléctrico. Objetivos Secundarios:  Representación gráfica de campos eléctricos mediante líneas de fuerzas y superficies equipotenciales.  Analizar por medio de experimentos cuando es que se presenta un campo eléctrico.  Determinar con exactitud que es un potencial electrostático.  Llegar a representar de forma grafica las líneas de campo.  Conocer la importancia que tiene las líneas equipotenciales.  Aprender a manejar los aparatos medidores que utilizaremos en la práctica.

MARCO TEORICO



Ley de Coulomb:

“La magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas”. Fe =K e

q1 q2 r

2

Cuando q y q son del mismo signo la fuerza se llama de repulsión y cuando tienen signos opuestos se llaman de atracción. K es la constante de proporcionalidad entre las fuerzas y las cargas. Esta ley describe solo la interacción de cargas puntuales (según lo formulado), pero se ha demostrado que cuando dos cargas ejercen una fuerza simultanea a una tercera carga, la fuerza total que actúa sobre esa carga es la suma vectorial de la fuerza que ejerce individualmente cada una sobre ella, esta propiedad se conoce como “Principio de superposición de Fuerzas”. 

Campo Eléctrico : Cuando en una región del espacio existe una carga eléctrica, las propiedades físicas del espacio se modifican de tal manera que otra carga colocada en el espacio modificado por la primera, experimentará una fuerza eléctrica; el cambio debido a la presencia de cargas eléctricas se describe mediante el campo eléctrico. Es un vector. Entonces, existe campo eléctrico, cuando una carga eléctrica en cualquier región experimenta una fuerza de origen eléctrico. E=

F0 q0

Donde E y F tienen la misma dirección  Superposición de campos: Como es un vector, el E debido a varias cargas se obtiene sumando vectorialmente los campos eléctricos debido a cada una de las cargas en ese punto. ET =E1 + E2 + E3 +…+ En Sus unidades son el N/c (newton por coulomb.)

TRABAJO Si un agente externo mueve una carga dentro de un campo eléctrico, el trabajo puede ser positivo, negativo o nulo. Es positivo cuando la dirección del desplazamiento coincide con la de la F externa, negativo si las direcciones son opuestas y es nula cuando la dirección del desplazamiento y la F externa son perpendiculares. 

Potencial Eléctrico:

Es el trabajo necesario para trasladar la unidad de carga positiva desde el infinito hasta el punto en cuestión en contra de las fuerzas eléctricas del campo. Es una cantidad escalar.

V =V B−V A =

W AB =−∫ E .dl q

Sus unidades los voltios (v) 1v= 1joule/1coulomb (J/c) Hay superficies en las que el potencial eléctrico V es igual en todos sus puntos, este tipo se llama equipotencial, siempre las líneas de campo son perpendiculares a este tipo de superficies. 

ENERGIA ELECTROSTÁTICA:

Se tienen dos cargas q1 y q2 separadas un distancia r, si se aumenta su separación aparece una fuerza externa que debe hacer un trabajo, la energía representada por este trabajo se puede considerar como energía potencial eléctrica y queda almacenada.

U=K e

q1 q2 r 12

PROCEDIMIENTO

1. Arme el circuito indicado, utilice inicialmente electrodos planos. Mantenga la fuente apagada. 2. Llene de agua acidulada la bandeja, hasta 5 o 6 mm. 3. Manteniendo los electrodos separados a una distancia de 10 cm. Coloque el terminal fijo del voltímetro dentro del espacio comprendido por los electrodos y a una distancia de 2 cm. De uno cualquiera de ellos. 4. Marque en una hoja milimetrada, las posiciones tanto del termina fijo, como del terminal móvil, mantenga constante la diferencia de potencial seleccionada. Para suministrar carga a las placas conductoras conecte la fuente seleccione 2 o 3 V e introduzca en el liquido el terminal móvil (sonda) y busque la posición para la cual el voltímetro indique una determinada diferencia de potencial. 5. Tome como punto de referencia (V=0) uno de los electrodos y fije al mismo una de las puntas exploradoras. Con la otra punta, seleccione un punto cualquiera entre los electrodos y anote sus V1 coordenadas X, Y y el potencial indicado por el voltímetro. 6. Una ves finalizada la toma de datos experimentales para las equipotenciales, mida los potenciales de 3 puntos muy cercanos entre si, ubicados sobre el eje de simetría de los electrodos. 7. Una entre si los puntos, correspondientes a cada posición del terminal fijo, para los cuales encontró la misma diferencia de potencial. 8. Desconecte la fuente y proceda a cambiar los electrodos planos por electrodos puntuales. 9. Repita el numeral 8 realizando la misma experiencia para diferentes combinaciones de electrodos.

EQUIPO, INSTRUMENTOS Y MATERIALES Bandeja para el campo eléctrico, agua acidulada, fuente de alimentación de corriente continua de 12 V, voltímetro, papel milimetrado, electrodos de distintas configuraciones.

ANALISIS E INTERPRETACION DE DATOS 1 En hojas por separado y para cada pareja de electrodos utilizados, grafique la familia de líneas para las cuales

obtuvo deflexiones resultados.

nulas.

Analice

e

interprete

los

R: Las líneas de deflexión nula se caracterizan por que adoptan una forma similar al del electrodo que se encuentra presente mas cerca del terminal fijo. Otra característica importante es que en las líneas de deflexión nula, la diferencia de potencial es cero.

2 Grafique en base a las superficies equipotenciales las líneas de fuerza. Analice e interprete estos resultados. R: Las líneas de campo eléctrico parten del electrodo cargado positivamente (+) llegando al electrodo cargado negativamente (-). Las líneas de campo toman la forma del electrodo, tanto del que parten como del electrodo al cual llegan. Una de las principales características que se pueden tener es que las líneas de campo eléctrico son perpendiculares a las líneas equipotenciales. 3 Compare los resultados obtenidos con los resultados teóricos. R: La teoría nos dice que las líneas de campo deben ser perpendiculares a las líneas equipotenciales y también nos afirma que dichas líneas toman la forma de los electrodos, tanto de salida como de legada. Experimentalmente encontramos que las líneas de campo eléctrico se asemejan de gran manera alas líneas de campo eléctrico teórico, por que, primero, son perpendiculares a las líneas equipotenciales y segundo toman las formas de los electrodos usados. 4 Responda las siguientes preguntas: 

¿Son superficies equipotenciales los electrodos?

R: Si, por que al tomar la medida de potencial en cada electrodo por separado, este debe ser el mismo, debido a que las cargas parten de un electrodo y llegan a otro teniendo que acomodarse a una nueva geometría. 

¿existe alguna diferencia de potencial perpendicular a la superficie del agua?

sobre

el

eje,

R: No, debido a que se esta trabajando en el plano el cual tiene componente X y Y, además el eje perpendicular a la superficie del

agua seria un eje Z, el cual no tiene contacto con e montaje realizado, por lo tanto no habría flujo de carga, entonces el voltímetro no realiza ninguna lectura. 

¿existe diferencia de potencial dentro y fuera de las superficies cerradas de la figura?

R: Experimentalmente se encontró que si existe una diferencia de potencial dentro y fuera de las superficies cerradas de las figuras por que se tomaron valores dentro y fuera de estas y además marcando un potencial. 

Compruebe que las líneas de campo eléctrico correspondan al gradiente del voltaje (ubicar un punto cualquiera en la figura con electrodos planos y mida las diferencias de potencial en varias direcciones para una distancia d, observar en que dirección es mayor)

R: De acuerdo a los datos obtenidos en el montaje de los electrodos planos, se observa que el voltaje aumenta de derecha (-) a izquierda (+); entonces las líneas de campo van en el sentido en que la diferencia de voltaje disminuye. Sabemos que estas líneas de campo van del electrodo positivo al negativo y a medida que se avanza sobre la línea de campo se disminuye el voltaje lo cual nos explica el por que aumenta de derecha a izquierda. Con respecto a una línea equipotencial, el gradiente es el vector perpendicular a la línea equipotencial y obligatoriamente forma un ángulo recto (90°).

INFORME DE LABORATORIO

FISICA II - ELECTROMAGNETISMO

L1. CAMPOS ELECTRICOS

Presentado por: María Fernanda Calderón - 2070640 Manuel Julián Barrera Amorocho – 2072196 Oscar Julián Sepúlveda Ruiz – 2070617 Presentado a: Prof. Hugo Moreno Bayona

Universidad Industria de Santander Escuela de Física 2008

BIBLIOGRAFIA



Serway Raymond A. Segunda edición, 1994. págs. 725, 733.



http://www.sapiensman.com/electrotecnia/problemas19.ht m



Sears, Zemansky, física volumen II, Ed Aguilar.

CONCLUSIONES    

Las líneas de deflexión nula adoptan una forma similar al electrodo que se encuentra mas cerca del terminal fijo. Las líneas de deflexión nula no poseen diferencia de potencial. Las líneas de campo eléctrico parten de un electrodo positivo a uno negativo. Las líneas de campo eléctrico toman la forma de los electrodos que se encuentran en contacto.

  

Las líneas equipotenciales son perpendiculares a las líneas de campo eléctrico. Los electrodos son superficies equipotenciales. Dentro y fuera de las superficies cerradas de la figura existe una diferencia de potencial.