INFORME-N°3 Lineas de fuerza

Física III LINEAS DE FUERZA

ELECTROSTÁTICA Informe Nro: 03

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c 2017 Jhon Huarcaya Copyright  UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL En cuanto a un formato, los informes varían desde un punto de vista que indican los asuntos tratados a formatos más complejos incluyendo diagramas, gráficos, imágenes, tablas de contenido, extractos,









Contents

1 INTRODUCCIÓN

................................................ 5

1.1 MARCO TEORICO 1.2 OBJETIVOS

5 7

1.3 1.4

CONTEXTO FÍSICO MATERIALES MATERIALES Y EQUIPOS

7 8

2

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.1 EXPERIMENTOS

9

2.1.1 2.1.2 2.1.3

EXPERIMENTO 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 EXPERIMENTO 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 EXPERIMENTO 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3

DISCUSIONES Y CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.1 CONCLUSIONES

15

3.2 DISCUSIONES

15

3.3 RECOMENDACIONES

16









4

5 BIBLIOGRAFÍA 5.1 Referencias 5.2 páginas web

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 21 21









1. INTRODUCCIÓN 1.1 MARCO TEORICO Una línea de fuerza o línea de flujo, normalmente en el contexto del electromagnetismo, es la curva cuya tangente proporciona la dirección del campo en ese punto. Como resultado, también es perpendicular perpendicular a las líneas equipotenciales equipotenciales en la dirección convencional convencional de mayor a menor potencial. potencial. Suponen una forma útil de esquematizar gráficamente un campo, aunque son imaginarias y no tienen

presencia física 1 .

Dado que el campo eléctrico es una magnitud vectorial que en cada punto del espacio tiene un módulo, dirección y sentido determinados en función de la distribución de cargas que lo crean - las fuentes del campo eléctrico - resulta de gran utilidad el efectuar una representación gráfica del campo dibujando en cada punto del espacio un vector cuya longitud sea proporcional al módulo del campo eléctrico en ese punto. Como el

espacio está constituido por infinitos puntos, esta representación representación sería irrealizable. Por lo tanto, a fin de obtener esta representación gráfica se traza un conjunto de líneas que sean tangentes en cada punto al vector campo, y que por lo tanto representan la dirección de la fuerza que experiment experimentaría aría una carga positiva positiva si se situara situara en ese punto. A este conjunto de líneas se les denomina líneas de fuerza (Roederer, (Roederer, Juan G. Electricidad y

magnetismo PAG 235). El concepto de líneas de campo (o líneas de fuerza) fue introducido introducido por Michael Faraday Faraday (17911867). Son líneas imaginarias imaginarias que ayudan a visualiza visualizarr cómo va variando la dirección del campo eléctrico eléctrico al pasar de un punto a otro del espacio. Indican Indican las trayectori trayectorias as que seguiría seguiría la unidad de carga positiva si se la abandona libremente, por lo que las líneas de campo salen de las cargas









Chapter 1. INTRODUCCIÓN

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terminan en el infinito o en las cargas negativas. El número de líneas que salen de una carga positiva

o entran en una carga negativa negativa es proporcional proporcional a dicha carga. La densidad de líneas de campo en un punto es proporcional al valor del campo eléctrico en dicho

punto. Las líneas de campo no pueden cortarse. De lo contrario en el punto de corte existirían dos vectores vectores

campo eléctrico distintos. distintos.

Figure 1.1: Dirección de las lineas de fuerza • Simetría. Por cada punto sobre la línea de unión de las dos cargas existe un punto equivalente debajo de este. Por tanto, el patrón puede ser simétrico cerca de la línea de unión de las dos

cargas. • Campo cerca a la carga. Muy cerca de la carga eléctrica, predomina el campo debido a la carga: Entonces, las líneas son radiales y de simetría esférica. • Campo lejos de la carga. El patrón de líneas de campo para puntos alejados del sistema de cargas podría ser semejante al de una carga puntual. Así, las líneas podrían ser radialmente hacia afuera, al menos que Q 0. • Punto nulo. Este es un punto en el cual, es decir decir no podrán pasar líneas líneas a través de dicho dicho =

punto. LA JAULA DE FARADAY. La jaula de Faraday consiste en un recinto que es de un material que puede contener cargos muebles, electricidad. El recinto también se podría hacer de una malla que es similar a dicho material.

Este tipo de recinto tiene la capacidad para bloquear los campos externos, de electricidad estática. Una jaula de Faraday es una caja metálica que protege de los campos eléctricos estáticos. Debe su nombre al físico Michael faraday, que construyó una en 1836. Se emplean para proteger de descargas eléctricas, ya que en su interior el campo eléctrico es nulo. El funcionamiento de la jaula de Farday se basa en las propiedades de un conductor en equilibrio electrostático. Cuando la caja metálica se











1.2 OBJETIVOS

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es cero, uno de los lados de la caja (en el que se acumulan los electrones) se queda con un exceso de carga negativa, mientras que el otro lado queda con un defecto de electrones (carga positiva). Este desplazamiento de las cargas hace que en el interior de la caja se cree un campo eléctrico (representado en rojo en la siguiente animación) de sentido contrario al campo externo, representado en azul.Como en el interior de la caja no hay campo, ninguna carga puede atravesarla; por ello se emplea para proteger dispositivos de cargas eléctricas. El fenómeno se denomina apantallamiento eléctrico2 . Muchos dispositivos que empleamos en nuestra vida cotidiana están provistos de una jaula de Faraday: los microondas, escáneres, cables, etc. Otros dispositivos, sin estar provistos de una jaula de Faraday actúan como tal: los ascensores, ascensores, los coches, los aviones, etc. Por esta razón se recomienda permanecer en el interior del coche durante una tormenta eléctrica: su carrocería metálica

actúa como una jaula de Faraday (Francis Weaston sears, "Fundamentos de física: Electricidad y magnetismo" Pag. 109) .

1.2 OBJETIVOS • Medir las líneas equipotenciales para luego calcular el campo eléctrico en tres configuraciones

espaciales. Comparar los campos obtenidos con aquellos calculados por la ley de Gauss. • Observar experimentalmente experimentalmente las líneas de fuerza del campo eléctrico en los plumeros, en la

jaula de faraday y en diferentes configuraciones configuraciones geométricas geométricas

1.3 CONTEXTO FÍSICO Una carga eléctrica puntual q (carga de prueba) sufre, en presencia de otra carga q1 (carga fuente), una fuerza electrostát electrostática. ica. Si eliminamos eliminamos la carga carga de prueba, prueba, podemos podemos pensar que el espacio que rodea a la carga fuente ha sufrido algún tipo de perturbación, ya que una carga de prueba situada en

ese espacio sufrirá una fuerza. La perturbación que crea en torno a ella la carga fuente se representa mediante un vector denominado campo eléctrico. La dirección y sentido del vector campo eléctrico en un punto vienen dados por la dirección y sentido sentido de la fuerza que experimentaría experimentaría una carga positiva positiva colocada colocada en ese punto: si la carga fuente es positiva, el campo eléctrico generado será un vector dirigido hacia afuera (a) y si es negativa, el campo estará dirigido hacia la carga (MEINERS, H. W, EPPENSTEIN.









Chapter 1. INTRODUCCIÓN

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Figure 1.2: lineas de campo eléctrico

1.4 MATERIALES Y EQUIPOS Lista de materiales y equipos utilizados en el laboratorio de FÍsica III 5 . 1. Tres plumeros electróstaticos 2. Jaula de Faraday 3. aceite 4. Infusión de té o manzanilla 5. Figuras geométricas conductoras 6. Máquina de Wimshurt 7. Cables conductores 8. Papel aluminio 9. Celular móvil









2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

2.1 EXPERIMENTOS 2.1.1 EXPERIMENTO 1 Con un cable conecte el primer plumero al electrodo de la máquina de winschurts, energice, luego descargue la máquina de winschurts, que sucede con el plumero .ahora conecte el otro plumero al otro electrodo, electrodo, energice, que sucede, explique explique el comportamiento comportamiento .descargue .descargue la maquina de winschurts, que sucede con los plumeros, porqué ? .Ahora conecte los plumeros a un mismo electrodo de la maquina maquina de winschurts, que sucede, explique que interpretación realizas a los hilos de los plumeros

cargados.









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Chapter 2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Figure 2.2: Plumeros eléctrostáticos eléctrostáticos de la misma carga se repelen









2.1 EXPERIMENTOS

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Figure 2.4: Tres plumeros plumeros eléctrostáticos eléctrostáticos se observa que una es de carga diferente diferente R OBSERVACIONES

Los hilos del plumero se levantan, porque está cargada positivamente. Por lo tanto genera un

campo eléctrico saliente

R EXPLICACIÓN

El campo eléctrico existe cuando existe una carga y representa el vínculo entre ésta y otra carga carga al momento momento de determina determinarr la interacción interacción entre ambas y las fuerzas ejercidas. ejercidas. Tiene Tiene carácter vectorial (campo vectorial) y se representa por medio de líneas de campo. Si la carga es positiva, positiva, el campo campo eléctrico eléctrico es radial radial y saliente saliente a dicha dicha carga. Si es negati negativa va es radial radial y

entrante.

Si el hilo tuviese una masa ideal las lineas serian rectas para todos lados en diferentes direc-

ciones.

2.1.2 EXPERIMENTO 2 Disponga de la jaula d faraday sobre la mesa aislada, dentro de la jaula de faraday ponga un plumero, pon en contacto el electrodo que tiene la jaula con el plumero, luego conecte el electrodo de la jaula con un electrodo de la maquina de winschurts, haga un esquema y interprete lo observado.











12


Figure 2.5: Jaula de Faraday crea un campo eléctrico a su alrededor









2.1 EXPERIMENTOS

2.1.3 EXPERIMENTO 3 Observe y trace las lineas de fuerza.

Figure 2.7: Campo eléctrico donde las las cargas se atraen y forman lineas de campo R OBSERVACIONES

Se puede observar que las particulas se atraen por lo tanto podemos decir que ambas esferas

13










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tienen la misma carga y las lineas de fuerza formaran una especie linea que no se chocan y

formararan un arco a los lados opuestos 2 ..

Figure 2.9: Experimento 3 Campo Campo eléctrico donde donde las las cargas forman forman lineas de fuerza









3. DISCUSIONES Y CONCLUSIONES

3.1 CONCLUSIONES • La dirección de un campo es radial en el espacio y perpendicular perpendicular al espacio. • Se demuestra que el campo es saliente en un cuerpo positivo positivo entrante en un cuerpo negativo • Un campo eléctrico estático puede ser representado geométricamente con líneas tales que en









Chapter 3. DISCUSIONES Y CONCLUSIONES

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estamos rodeados con toda la tecnología que sale día a día

3.3 RECOMENDACIONES En el contexto del electromagnetismo, se suele suponer que las líneas de fuerza tienen existencia

física, e incluso que son discretas y por tanto, al menos en principio, contables. Esto deriva probablemente de una mala comprensión del experimento en el que se esparcen limaduras de hierro sobre una hoja de papel que está colocada encima de un imán, formando líneas discretas. discretas. La razón por la que forman líneas discretas discretas no es que se estén alineando alineando con líneas líneas magnéticas discretas pre-existentes, sino que las líneas de las limaduras sólo pueden tener la anchura de una partícula de hierro, y en cuanto se forma una línea, esta repele a las otras. Por tanto, el número

de líneas que se ven y la proximidad entre ellas depende del tamaño de las partículas de hierro. Cuando se rota un imán magnético alrededor de su eje de simetría, la gente se pregunta si las líneas de fuerza rotan o no con el imán. La pregunta no tiene sentido, ya que el flujo magnético no está formado por líneas discretas. discretas. Es equivalente equivalente a preguntar sobre un disco de un color uniforme si el color (es decir, la propiedad, no la capa) rota con el disco. Esta equivocación es la que da lugar a

la famosa paradoja de Faraday. Otra confusión surge cuando se piensa en lo que le ocurre a una carga eléctrica que se deja en el seno de un campo eléctrico. eléctrico. ¿Se moverá moverá siguiendo una trayectoria trayectoria coincidente coincidente con la línea de fuerza sobre la que se dejó? Para responder responder correctamente, correctamente, debe recordarse que sobre la carga actúa una fuerza proporcional al campo. Si se trata de un campo uniforme, las líneas que lo representan son paralelas y equidistantes, por lo que la fuerza tendrá la dirección de éstas, invariable al ser el campo uniforme. Lo mismo ocurre si el campo no es uniforme (por ejemplo, el creado por una carga











4. CUESTIONARIO









Chapter 4. CUESTIONARIO

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para el que sí existen leyes de transformación físicamente esperables. Campo electrostático 2 Las cargas eléctricas no precisan de ningún medio material para influir entre ellas y por ello las fuerzas eléctricas son consideradas fuerzas de acción a distancia. En virtud de ello se recurre al concepto de campo electrostático para facilitar la descripción, en términos físicos, de la

influencia que una o más cargas ejercen sobre el espacio que las rodea 3 .

R

¿Qué semejanza y diferencia existe entre un campo eléctrico eléctrico y un campo campo gravitatorio?









4.2 OBSERVACIONES DE LOS DATOS TOMADOS EN LABORATORIO

19

• Las fuerzas del campo gravitatorio son siempre de atracción, mientras que las del campo

eléctrico pueden ser tanto de atracción como de repulsión. R

Una persona persona genera genera campo a su alrededor el cuerpo humano también genera su propio campo llamado, el campo biomagnético humano. Este tiene varios varios metros de circunferen circunferencia cia y se vería con la forma forma de un ocho. El cuerpo humano es un gran campo electromagnético electromagnético en su totalidad. Es un cuerpo de energía, y la visión que tenemos de él como de una estructura de carne y hueso es sólo la representación que hace nuestro cerebro de las señales que recibe nuestro aparato perceptual. La forma, el color, el olor y el sabor de nuestro cuerpo, son sólo representaciones virtuales de nuestro cerebro de estas señales, del mismo modo que nuestro televisor recibe señales radioeléctricas que

transforma en imágenes y sonidos.









Chapter 4. CUESTIONARIO

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exigencia exigenciass en términos términos de la calidad y un mayor cuidado cuidado del medioambiente. medioambiente. Para lograr esta implementación es necesaria la planificación del espacio físico y de la infraestructura, que incluye revisión de la normativa actual y de guías nacionales e internacionales para garantizar un uso adecuado del espacio acorde con el equipamiento para el mayor aprendizaje del CURSO DE FISICA III. asi mismo necesitamos practicas

adorde a la carrera de Ingenieria Civil.









5. BIBLIOGRAFÍA

INFORME-N°3 Lineas de fuerza

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