EL CAMPO ELECTRICO I.
OBJETIVOS.
- Entender la definición de campo eléctrico, así como también sus características principales - Obtener experimentalmente las superficies equipotenciales - Medir el campo eléctrico en el punto medio de la región entre las dos placas paralelas haciendo uso de las líneas equipotenciales
II.
EXPERIMENTO:
A. MODELO FISICO El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la 1 interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. eléctrica. Matemáticamente 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:
F
q E
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 nec esario 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,
LINEAS EQUIPOTENCIALES:
Las líneas equipotenciales son la representación del potencial eléctrico, dichas líneas son interceptadas por las de campo formando ángulos rectos. Las líneas equipotenciales no tienen ninguna dirección definida. Una carga de prueba situada sobre una línea equipotencial no tiende a seguirla, sino a avanzar hacia o tras de menor potencial. Al contrario que las líneas de campo eléctrico, las líneas equipotenciales son siempre continuas.
Potencial eléctrico y diferencia de potencial:
El potencial eléctrico en un punto es el trabajo necesario que debe realizar una fuerza para mover una carga de prueba Q desde un punto de referencia hasta dicho punto, esto entre dicha carga. Matemáticamente se expresa por:
V
W
q
Las cargas positivas dan lugar a elevaciones de potencial, mientras quelas cargas negativas, a depresiones. La diferencia de potencial hace referencia al trabajo que se debe realizar para mover una carga Q de un punto A a un punto B, dividido entre dicha carga. Matemáticamente se expresa así:
V B V A
B. DISEÑO:
W AB q0
C. MATERIALES: 1 Cubeta de vidrio: esta cubeta nos sirvió para contener a la solución electrolítica y asi efectuar las mediciones correspondientes.
1 Fuente de voltaje de C.C: La fuente es un elemento activo que es capaz de generar una diferencia de potencial entre sus bornes o proporcionar una corriente eléctrica.
1 Voltimetro: Un voltímetro GANZ HDV-2 339938 es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.Para eléctrico.Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo; esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida.
2 Hojas de papel milimetrado: Nos ayudo como guía para medir la diferencia de potencial y ver cuales eran las líneas equipotenciales.
1 juego de electrodos: Estos electrodos fueron colocados en la cubeta de vidrio en la que se encontraba la solución electrolítica.
1 punta de prueba: Esta punta de prueba fue usada para medir la diferencia de potencial en varios puntos del experimento
Solución electrolítica: esta solución es conductora de corriente.
4 Cables: Estos cables nos sirvieron para hacer las respectivas conexiones para el circuito.
D. VARIABLES INDEPENDIENTES: El voltaje de la fuente de alimentación debe considerarse 1.5 V. ¿Por qué no se debe recomendar mayores voltajes? La razón por la cual utilizamos 1.5 V e s para no correr ningún peligro a la hora de tomar las medimas en los puntos indicados, además de eso es porque el r ango de trabajo del voltímetro que usamos era de 60mV – 6V, asi que para no causar daños al voltímetro trabajamos con ese voltaje.
E. VARIABLES INDEPENDIENTES: Las variable independiente en este experimento fue la diferencia de potencial y el instrumento que nos brindo el resultado fue el voltímetro.
F. PROCEDIMIENTO: mediciones directas e indirectas.a) DIRECTAS: estos son los cálculos obtenidos directamente de la experiencia mostrados en la siguiente tabla:
0.9 V
0.825 V
0.8 V
0.7 V
0.725 V
0.75 V
0.7 V
(-3;3) (-3;2) (-3;1) (-3;0) (-3;-1) (-3;-2) (-3;-3)
(-2;3) (-2;2) (-2;1) (-2;0) (-2;-1) (-2;-2) (-2;-3)
(-1;3) (-1;2) (-1;1) (-1;0) (-1;-1) (-1;-2) (-1;-3)
(0;3) (0;2) (0;1) (0;0) (0;-1) (0;-2) (0;-3)
(1;3) (1;2) (1;1) (1;0) (1;-1) (1;-2) (1;-3)
(2;3) (2;2) (2;1) (2;0) (2;-1) (2;-2) (2;-3)
(3;3) (3;2) (3;1) (3;0) (3;-1) (3;-2) (3;-3)
b) INDIRECTOS: estos son los datos que nos piden hallar en el trabajo. Se pide hallar la intensidad del campo eléctrico para c ada línea equipotencial para esto utilizaremos la siguiente:
E
V
d
Donde: E: intensidad de potencial de cualquier línea equipotencial. V: potencial. d: distancia entre cargas. Para la primera línea equipotencial:
0.9
E
E
7
0.12
0.12
Para la segunda línea:
0.9 7
Como los potenciales son iguales en todas las líneas se tie ne que la intensidad de campo eléctrico será homogénea será:
E
0.1 0.12v / m
c) CUESTIONARIO:
1.- ¿se puede medir directamente el campo c ampo eléctrico? Realmente no es posible medir directamente la intensidad de un campo eléctrico, ya que el concepto campo es un concepto teórico. Lo que sí podemos medir es la influencia que e se campo crea sobre una carga eléctrica (carga de muestra). A esta influencia le llamamos fuerza eléctrica, y a partir de su valor, y del valor de la carga eléctrica que hemos utilizado como muestra, podemos obtener una medida de la intensidad de campo.
2. Demostrar analíticamente que las líneas de fuerza y las superficies equipotenciales son perpendiculares entre sí. Las superficies no se cortan, o lo que es lo mismo, no pueden pertenecer nada más a que una superficie equipotencial. El trabajo para trasladar una carga entre dos puntos de una superficie equipotencial es nulo. Una característica importante de las superficies equipotenciales es que son perpendiculares a las líneas de fuerza del campo eléctrico en todo punto, lo cual resulta de las propiedades del operador gradiente. Al igual que en el caso de las líneas de fuerza , el cálculo y visualización de las superficies equipotenciales es en general un proceso muy complicado, salvo en el caso simple de una única carga puntual
3. Calcular el trabajo realizado en llevar llevar una unidad electrostática de carga y habiendo habiendo 1 V de un electrodo a otro: El trabajo realizado por la fuerza eléctr ica para desplazar una partícula entre un elec trodo a otro es:
1 Culombio = unidad de carga c arga electrostatica VA - VB = 1V
W
1C * (1v) 1 joule
4.- ¿En qué dirección debe moverse una carga respecto a un campo eléctrico de modo que el potencial no varié?, ¿Por qué? Una partícula se debe mover de maner a perpendicular a un campo eléctrico para que el potencial no varie, esto implica que dicho potencial es constante.
5. Si el potencial eléctrico es constante a través de una determinada región del espacio, ¿El campo eléctrico será también constante en esta misma región?. Explicar. Si en el espacio hay puntos de distintos potenciales, los campos eléctricos se dirigen siempre del mayor al menor potencial, y siempre por el camino más corto posible. Por tanto tanto la respuesta es que no hay campo eléctrico. Si el potencial es constante, su derivada es cero y el campo es nulo. Por otra parte, el campo eléctrico va de mayor a menor potencial. Si todos los puntos están al mismo potencial, no hay campo eléctrico entre ellos
6. Si una carga se traslada una pequeña distancia en la dirección de un campo eléctrico, ¿Aumenta o disminuye el potencial eléctrico? Explicar detalladamente algunos casos.
Si una carga eléctrica se abandona libremente en medio de un campo eléctrico pueden pasar dos cosas: 1) Si es positiva, experimentará una fuerza e n el sentido del campo. 2) Si es negativa, experimentará una fuerza en el sentido opuesto al campo. Pero en ambos casos su energía potencial disminuirá. ¿Por qué? Porque el campo eléctrico es conservativo, lo que significa dos cosas. Primero que la energía se conserva, no desaparece, sólo sufre transformaciones. Y segundo que la energía tampoco aparece de la nada. Si las cargas se mueven por si solas hacia uno u otro lado, como hemos dicho antes, ¿de dónde sale esa energ ía que las permite moverse? Pues de que e stán transformando parte de su energía potencial en energía cinética. Conclusión: si se mueven por si solas, aunque lo hagan en sentidos contrarios según sean positivas o negativas, perderán energía potencial.
7.- la dirección y sentido de la fuerza que actúa sobre una carga positiva en un campo eléctrico es, por definición, la dirección dirección y sentido de la línea del campo que que pasa por la posición de la carga. ¿Debe tener la misma dirección y sentido sentido la aceleración y la velocidad de de la carga? Igual, debido a que la ley de Coulomb se basa solo en dos tipos de fuerza una de atracción y la otra de repulsión, además cuando se empezó a estudiar las c argas eléctricas se aceptó por convención que la carga eléctrica positiva era la que se producía al frotar un v idrio con un paño de seda en donde el vidrio quedaba cargada positivamente y el paño negativamente.
8. Si el convenio c onvenio de signos cambiarse de modo que la carga electrónica fuese positiva y la del protón negativa, ¿Debería escribirse la ley de Coulomb igual o diferente? Explicar.
Igual, debido a que la ley de Coulomb se basa solo en dos tipos de fuerza una de atracción y la otra de repulsión, además cuando se empezó a estudiar las cargas eléctricas se aceptó por convención que la carga eléctrica positiva era la que se producía al frotar un vidrio con un paño de seda en donde el vidrio quedaba cargada positivamente y el paño negativamente.
9. Si la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales variase proporcionalmente a 1/r2, ¿podría usarse el mismo sistema de líneas de fuerza para indicar el valor del campo c ampo eléctrico? ¿Por qué? Si se podría usar el mismo sistema ya que el número de líneas de fuerza por unidad de superficie 2 disminuye en forma inversamente proporcional a r al igual que disminuye el campo eléctrico.
10.- Si q es negativo, el potencial en un punto P determinado es negativo. ¿Cómo puede interpretarse el potencial negativo en función del trabajo realizado por una fuerza aplicada al llevar una carga positiva desde el infinito hasta dicho punto? Bueno como sabemos una carga negativa determina un campo e léctrico positivo ahora si deseamos llevar una carga positiva desde el infinito infinito hasta una negativa no sería necesario realizar un trabajo ya que estas cargas al ser de cargas opuestas se atraen y por eso si es que realizamos trabajo sería positivo.
11. Establecer semejanzas y diferencias entre las propiedades de la carga eléctrica y la masa gravitatoria.
Carga eléctrica
Masa gravitatoria
- La fuerza eléctrica, esta se cumple para cargas puntuales - Existen fuerzas de atracción - Un cuerpo para poder atraer o repeler a otro cuerpo es necesario que este se encuentre cargado ya sea positivamente o negativamente.
- Existen solo fuerzas de atracción. - La fuerza gravitatoria se cumple para cualquier tipo de cuerpo que posea masa así sea de pequeñas o grandes dimensiones. - Un cuerpo por el simple hecho de tener masa puede atraer a otro cuerpo que también posea masa.
III.
CONCLUSIONES
- Podemos verificar las propiedades de las líneas de campo que estas salen de cargas positivas y luego a las negativas, y que además nunca se cruzan - Podemos decir que las líneas equipotenciales son son perpendiculares a las líneas de campo, que la dirección del campo es tangente a la línea de campo. - Las líneas equipotenciales y las líneas de campo varían su magnitud y dirección de acuerdo a la forma del cuerpo cargado a la distribución de c arga.
IV.
BIBLIOGRAFIA:
1) http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/electrico/cElectrico.html
2) http://www.cecyt7.ipn.mx/recursos/polilibros/Fisica%203/141 _definicion_de_campo_electrico.html _definicion_de_campo_el ectrico.html 3) http://www.slideshare.net/ernestoyanezrivera/campo-elctrico-7511214 4) http://www.solociencia.com/fisica/carga-electrica-como-define-campo-electrico.htm