UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA
LINEAS DE CAMPO ELECTRICO
PABLO OMAR FUQUEN
POR: ANDRES FELIPE BAHAMON MONJE 2010297360 JUAN DAVID CHARRY 201029
NEIVA-HUILA ENERO 2012
OBJETIVOS 1. Establecer las líneas del campo eléctrico entre diferentes bornes conductores MATERIALES 1. Fuente de alto voltaje (7000 voltios) 2. Conectores: 3. Semillas secas de pasto de forma alar gada 4. Proyecto de acetato 5. Cubeta de aceite transparente 6. Aceite de ricino
1.
Que es un circuito eléctrico?
Un circuito es una red eléctrica (interconexión de dos o más componentes,como resistencias, inductores, condensadores, fuentes, int erruptores y semiconductores) que contiene al menos una trayectoria cerrada. Los circuitos que contienen solo fuentes, componentes lineales (resistores, condensadores, inductores), y elementos de distribución lineales (líneas de transmisión o cables) pueden analizarse por métodos algebraicos para determinar su comportamiento en corriente directa o en corriente alterna. Un circuito que tiene componentes electrónicos es denominado un circuito electrónico. Estas redes son generalmente no lineales y requieren diseños y herramientas de análisis mucho más complejos. - Partes: Componente: Un dispositivo con dos o más terminales en el que puede fluir interiormente una carga. En la figura 1 se ven 9 componentes entre resistores y fuentes. Nodo: Punto de un circuito donde concurren varios conductores distintos. A, B, D, E son nodos. Nótese que C no es considerado como un nodo puesto que es el mismo nodo A al no existir entre ellos diferencia de potencial o tener tensión 0 (VA - VC = 0). Rama: Conjunto de todos los elementos de un circuito comprendidos entre dos nodos consecutivos. En la figura 1 se hallan siete ramales: AB por la fuente, AB por R1, AD, AE, BD, BE y DE. Obviamente, por un ramal sólo puede circular una corriente. Malla: Un grupo de ramas que están unidas en una red y que a su vez forman un lazo. Fuente: Componente que se encarga de transformar algún tipo de energía en energía eléctrica. En el circuito de la figura 1 hay tres fuentes, una de intensidad, I, y dos de tensión, E1 y E2. Conductor: Comúnmente llamado cable; es un hilo de resistencia despreciable (idealmente cero) que une los elementos para formar el circuito.
2. Que es un voltaje? El voltaje, o mejor dicho la diferencia de potencial, es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos, la que nos provee la energía necesaria para establecer una corriente eléctrica, no podes sacar el voltaje de la batería solamente sabiendo las cargas (supongo que así le llamas a la resistencia del circuito) necesitas saber algún dato más, como la corriente que está circulando, o la potencia que se está disipando
3. En que unidades se mide el voltaje? -
La unidad del voltaje es el VOLT o VOLTIO, llamada así en honor a Alessandro Volta descubridor de la pila voltaica.
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La unidad de resistencia eléctrica es el OHM, llamada así en honor a George Simón Ohm quien descubrió al estar experimentando con los materiales conductores quien determino que relación entre el voltaje y la corriente era constante llamando a esta constante resistencia.
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La unidad de intensidad de corriente es el AMPERE ( A ) en honor a el matemático Jean Marie Ampere, quien se le considera uno de los descubridores del electromagnetismo.
4. Que es el campo eléctrico? Partiendo de la ley de Coulomb que expresa que la fuerza entre dos cargas en reposo relativo depende del cuadrado de la distancia, matemáticamente es igual a:1
Donde: es la permisividad eléctrica del vacío tiene que ver con el sistema internacional, son las cargas que interactúan, es la distancia entre ambas cargas, , es el vector de posición relativa de la carga 2 respecto a la carga 1. y es el unitario en la dirección . Nótese que en la fórmula se está usando , esta es la permisividad en el vacío. Para calcular la interacción en otro medio es necesario cambiar la permisividad de dicho medio. ( ) La ley anterior presuponía que la posición de una partícula en un instante dado, hace que su campo eléctrico afecte en el mismo instante
a cualquier otra carga. Ese tipo de interacciones en las que el efecto sobre el resto de partículas parece desentender sólo de la posición de la partícula causante sin importar la distancia entre las partículas se denomina en física acción a distancia. Si bien la noción de acción a distancia fue aceptada inicialmente por el propio Newton, experimentos más cuidados a lo largo del siglo XIX llevaron a desechar dicha noción como no-realista. En ese contexto se pensó que el campo eléctrico no sólo era un artificio matemático sino un ente físico que se propaga a una velocidad finita (la velocidad de la luz) hasta afectar a otras partículas. Esa idea conllevaba modificar la ley de Coulomb de acuerdo con los requerimientos de la teoría de la relatividad y dotar de entidad física al campo eléctrico.1 Así, el campo eléctrico es una distorsión electromagnética que sufre el espacio debido a la presencia de una carga. Considerando esto se puede obtener una expresión del campo eléctrico cuando este sólo depende de la distancia entre las cargas:
5. En que unidades se mide el campo eléctrico? Ley de Coulomb: El valor de la fuerza con que se atraen o se repelen dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de dichas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
o bien Valor de k : Culombio: cantidad de carga eléctrica que fluye a través de la sección de un conductor durante un sg cuando la corriente es de un amperio.
6. Que es corriente eléctrica? La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán. El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.
7. Que son líneas equipotenciales? 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.
8. Que es el dipolo eléctrico? Un dipolo eléctrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud cercanas entre sí. Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieléctricos. A diferencia de lo que ocurre en los materiales conductores, en los aislantes los electrones no son libres. Al aplicar un campo eléctrico a un dieléctrico aislante éste se polariza dando lugar a que los dipolos eléctricos se reorienten en la dirección del campo disminuyendo la intensidad de éste. Es el caso de la molécula de agua, aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa, mientras que los núcleos de hidrógeno quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva. Por eso en la práctica, la molécula de agua se comporta como un dipolo. Así se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces o puentes de hidrógeno. La carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes. Aunque son uniones débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras cuatro moléculas unidas por puentes de hidrógeno permite que se forme en el agua (líquida o sólida) una estructura de tipo reticular, responsable en gran parte de su comportamiento anómalo y de la peculiaridad de sus propiedades fisicoquímicas.
PROCEDIMIENTO 1. Montaje:
2. Dispérselas semillas en forma homogénea en el aceite. 3. Coloque dos pares de bornes, por ejemplo el circulas y lineal. 4. Prenda la fuente de poder y suba el voltaje lentamente hasta que las semillas se alineen siguiendo las líneas del campo eléctrico. NO ACERQUE LA MANO A LOS BORNES PUES CORRE EL RIESGO DE RECIBIR UNA DESCARGA ELECTRICA DE ALTO VOLTAJE Haga una copia de la proyección en la pared de los bornes y de cómo salen las líneas hasta llegar al otro borne. Observar que las líneas salen perpendicularmente a la superficie del borne. 5. Apague la fuente. 6. Cambie los bornes, prenda con cuidado la fuente y dibuje la nueva distribución de líneas. Observe que las líneas equipotenciales son perpendiculares a las líneas del campo para un pareja de bornes de forma igual. 7. Repita el proceso para todas las parejas de bornes.
IMÁGENES EXPERIMENTALES Carga puntual Por medio del uso de aceite, semillas de grama y empleando un pequeño electrodo cilíndrico que se carga con el generador de Wimshurt, se obtienen las líneas de campo para una carga puntual.
Cargas puntuales con igual signo
Por medio del uso de aceite, semillas de grama y empleando dos electrodos cilíndricos que se cargan de igual signo con el generador de Wimshurt, se obtienen las líneas de campo para dos cargas eléctricas puntuales del mismo signo.
Lámina finita Por medio del uso de aceite, semillas de grama y empleando una láminas metálicas finita que se carga con el generador de Wimshurt, se obtienen las líneas de campo eléctrico correspondientes.
Láminas finitas con igual signo
Por medio del uso de aceite, semillas de grama y empleando dos láminas metálicas finitas que se cargan de igual signo con el generador de Wimshurt, se obtienen las líneas de campo eléctrico para láminas finitas paralelas del mismo signo. Se pueden observar los efectos de bordes.
Configuración cilíndrica
Por medio del uso de aceite, semillas de grama y empleando un recipiente metálico cilíndrico que se carga con el generador de Wimshurt, se obtienen las líneas de campo eléctrico correspondientes.
BIBLIOGRAFIA 1. Griffiths, David J. (1999). Introduction to Electrodynamics . PrenticeHall,Inc.. 2. Landau, Lev (1980). The Classical Theory of Fields . ButterworthHeinemann. 0750627689. 3. http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_el%C3%A9ctrico. 4. http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/electro/c ampo_electr.html
