INTRODUCCIN

CAMPO ELECTRICO

Experiencia N2I. OBJETIVOS

Graficar las lneas equipotenciales en la vecindad de dos configuraciones de cargas (electrodos).

Calcular la diferencia de potencial entre dos puntos.

Calcular la intensidad media del campo elctrico.

Estudiar las caractersticas principales del campo elctrico.

II. MATERIALES

Fuente de voltaje de 6 V.C.D.

Juego de electrodos de cobre

Cubeta de vidrio, cucharadita de sal comn y agua

(A ras de la superficie)

Voltmetro

Electrodo mvil explorador

Alambres conectadores

III. FUNDAMENTO TERICOCampo Elctrico

Un cuerpo cargado elctricamente causa alrededor de l un campo electrosttico. Para determinar y medir dicho campo en un punto cualquiera es necesario introducir en dicho medio otro cuerpo cargado, que llamaremos carga de prueba Qo, y medir la fuerza F que acta sobre l. La carga de prueba Qo se considera lo suficientemente pequea de manera que la distorsin que su presencia causa en el campo de inters sea despreciable.

La fuerza que experimenta la carga Qo en reposo en el punto P en un campo elctrico es:

_ _ F = Qo.Ey el campo elctrico en dicho punto es:

_ _

E = F/Qo

La magnitud o intensidad de campo elctrico en P se toma como

_ _

E = ( E (= ( F ( / Qo

DIFERENCIA DE POTENCIAL ELCTRICO

La diferencia de potencial o tensin elctrica, entre dos puntos de un campo, se define como el trabajo efectuado por la unidad de cantidad de electricidad al ser transportada entre dichos puntos.

Si queremos transportar la carga q de B hasta A, la diferencia de potencial entre A y B ser:

VAB = VB VA = WAB / q+. . . (1)Donde:

VAB = Diferencia de potencial entre los puntos A y B.

WAB = Trabajo realizado por el agente externo.

q+ = Carga que se mueve entre el punto A y B.

En el sistema internacional, el trabajo se da en joule, la carga elctrica en coulomb y la diferencia de potencial en voltios.

Si el punto A es tomado muy lejos, la fuerza sobre la carga q+ en ese punto ser prcticamente cero, entonces la diferencia de potencial en el punto B es llamado potencial absoluto del punto B.

El potencial absoluto de un punto en un campo elctrico es el trabajo realizado para traer la carga q+ desde el infinito al punto en consideracin.

Es posible encontrar un gran nmero de puntos todos con el mismo potencial en un campo elctrico. La lnea o superficie que incluye todos estos puntos es llamada lnea o superficie equipotencial.

Sabemos que:

B _ _ B _ _ B

WAB = ( F. dl = -q+. ( E. dl = -q+. ( Edl.cos 180 = q+. Ed. . . (2)

A A

A

Combinando las ecuaciones (1) y (2) podemos obtener una relacin para la intensidad de campo elctrico, en funcin de la diferencia de potencial entre los puntos A y B y la distancia que los separa d:E = (VB VA) / d

Para poder visualizar la intensidad y direccin del campo elctrico se introduce el concepto de lneas de fuerza. Las lneas de fuerza son lneas imaginarias que son trazadas de tal manera que su direccin y sentido en cualquier punto, sern las del campo elctrico en dicho punto p. Estas lneas de fuerza deben dibujarse de tal forma que la densidad de ellas sea proporcional a la magnitud de E.

Dos puntos de un campo electrosttico tienen una diferencia de potencial V si se realiza trabajo para mover una carga de un lugar a otro, este trabajo realizado es independiente de la trayectoria o recorrido escogido entre los dos puntos A y B.

Consideremos el campo elctrico E debido a la carga +Q una carga +q en cualquier parte del punto soportara una fuerza F = +qE.

Por eso es necesario realizar un trabajo (para mover la carga +q del punto A al punto B que estn a diferentes distancias de la carga +Q).

Lneas de Fuerza Elctricas

Las lneas de fuerza elctricas indican la direccin y el sentido en que se movera una carga de prueba positiva si se situara en un campo elctrico.

El diagrama de la izquierda muestra las lneas de fuerza de dos cargas positivas. Una carga de prueba positiva sera repelida por ambas.

El diagrama de la derecha muestra las lneas de fuerza de dos cargas de signo opuesto. Una carga de prueba positiva sera atrada por la carga negativa y repelida por la positiva.

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALEn esta parte del laboratorio seguimos exactamente lo pedido en la gua puesto que contbamos con todos los instrumentos necesarios para implementar totalmente el laboratorio.

El procedimiento fue el siguiente:1. Arme el circuito del esquema. El voltmetro mide la diferencia de potencial entre un punto del electrodo y el punto que se encuentra en la punta de prueba.

2. Ubique en forma definitiva los electrodos sobre el fondo de la cubeta de vidrio, antes de echar la solucin electroltica, preparada previamente en un recipiente comn.

3. Con el voltmetro mida la diferencia de potencial entre un punto del electrodo y el punto extremo inferior del electrodo de prueba.

4. En cada una de las dos hojas de papel milimetrado trace un sistema de coordenadas XY, ubicando el origen en la parte central de la hoja. Dibuje el contorno de cada electrodo en las posiciones que quedarn definitivamente en la cubeta.

5. Site una de las hojas de papel milimetrado debajo de la cubeta de vidrio. Esta servir para hacer las lecturas de los puntos de igual potencial que ir anotando en otro papel.

6. Eche la solucin electroltica en el recipiente fuente de vidrio.

7. Sin hacer contacto con los electrodos mida la diferencia de potencial entre ellos acercando el electrodo de prueba a cada uno de los otros dos casi por contacto y tomando notas de las lecturas del voltmetro.

(V electrodos = V electrodo anillo V electrodo placa

8. Seleccione un nmero de lneas equipotenciales por construir no menor de diez.

9. Entonces el salto potencial entre lnea y lnea ser, en el caso de seleccionar diez lneas por ejemplo:

(V = (V electrodos / 10;

Y en general:

(V = (V electrodos / N

Donde N es el nmero de lneas.

En el caso de tener un nmero incmodo, redondee por el exceso o por defecto a un valor cercano cmodo.

10. Desplace la punta de prueba en la cubeta y determine puntos para los cuales en la lectura del voltmetro permanece invariante. Anote lo observado y represente estos puntos en su hoja de papel milimetrado auxiliar.

Una los puntos de igual potencial mediante trazo continuo, habr usted determinado cada una de las superficies equipotenciales: V1, V2, V3, V4, V5,V6V. CUESTIONARIO1.- Determine la magnitud del campo elctrico entre las lneas equipotenciales.

El campo elctrico es uniforme? Por qu?

Para determinar la magnitud del campo elctrico entre las lneas equipotenciales, se utilizar una frmula que est en funcin de la diferencia de potencial entre dos puntos y la distancia que los separa. Esta frmula es: E = (VB VA) / d

Para los diferentes puntos se tiene:

E1=(4.8-4.2)/0.015= 40

E2 =(4.2-3.6)/0.015=40

E3=(3.6-3.1)/0.015=33.3

E4=(3.1-2.6)/0.015=33.3

E5=(2.6-2.2)/0.015=26.7

E6=(2.2-1.9)/0.015=202.- En su grfica dibuje algunas lneas equipotenciales para el sistema de electrodos que utiliz.

Ver Grfico en Papel Milimetrado.

3.- Cmo seran las lneas equipotenciales si los electrodos son de diferentes formas?

En lneas generales, tendra la misma lgica que el experimento, primero las lneas equipotenciales adoptan la forma del electrodo positivo y estas mismas se irn deformando hasta conseguir las formas del electrodo negativo segn teora.

4.- Porque nunca se cruzan las lneas de fuerza?

La lnea equipotencial es un conjunto de puntos cuyos potenciales siempre tienen el mismo valor.Consideramos 2 lneas equipotenciales distintas V1 y V2 tales que V1>V2 supongamos que se cruza en el punto P V1, se tiene que V1=V0, y de igual forma P V2, es decir V1=V0, lo que quiere decir que V1=V2, esto contradice la superposicin inicial de V1> V2, por lo tanto las lneas equipotenciales nunca se cruzan. 5.- Si Ud. imaginariamente coloca una carga de prueba en una corriente electroltica cul ser su camino de recorrido?

En la corriente electroltica, el campo elctrico tiene como direccin desde el electrodo de mayor potencial al electrodo de mayor potencial al electrodo de menor potencial, as que ese ser el camino que seguir la carga de prueba.

En el trabajo de experimentacin, realizado en el laboratorio, el camino que seguira seria desde el electrodo de forma triangular, hasta el electrodo de forma plana.

6.- Por que las lneas de fuerza deben formar un ngulo recto con las lneas equipotenciales cuando las cruzan?

Las lneas de fuerza son paralelas a las superficies cargadas. Sabemos que el vector intensidad de campo elctrico es paralelo al vector fuerza.

La fuerza y el campo elctrico se representan con vectores paralelos. Luego, como el campo es ortogonal a la superficie y paralelo a la fuerza, se deduce que la fuerza es tambin ortogonal a la superficie. Luego, como las lneas equipotenciales son paralelas a la superficie, la fuerza es ortogonal a ellas tambin.

7.- El trabajo realizado para transportar la unidad de carga de un electrodo a otro es:Si se considera el trabajo realizado para transportar una carga desde un punto hasta otro en lnea recta, bajo la accin de un campo elctrico generado por otra carga, ese trabajo depender de la fuerza ejercida. Esa fuerza, por la ley de Coulomb, ser el producto de las cargas dividido el cuadrado de la distancia. Y as el trabajo ser el resultado demultiplicar la fuerza por la distancia recorrida.

Dividiendo ese trabajo por la carga que transportamos, se obtiene el llamado potencial elctrico en el punto en el que estamos.

Ese potencial se mide enjulios/culombios, unidad conocida como voltio.El trabajo realizado para transportar la unidad de carga entre dos puntos dentro de un campo elctrico es igual a la diferencia de potencial entre esos dos puntos.El potencial es una magnitud escalar (no vectorial), es decir, tiene un mdulo (intensidad) pero no tiene direccin.No debe confundirse el potencial elctrico en un punto con la energa potencial de una carga puesta en ese punto.8.- Siendo E = (VB VA) / d; el error absoluto es:Error absoluto: Se obtiene de la suma de los errores del instrumento y el aleatorio.

EA = Ei + Ea ; Ei = 0

En este caso no vamos a considerar el error de lectura mnima pues se obtuvo el campo elctrico por mtodo indirecto. Por lo tanto:

EA = EaEa = ;

d(m)VaVbE=(Va-Vb)/d

0.1556132.26

0.0332130.30

0.0172.5229.41

0.01632.531.25

0.0294334.48

0.035433.35

0.02956533.39

Tenemos:

Vm =

Ea = EA = 0 + 1.532

EA = 1.532

9.- El error relativo de la medida de E es:Error relativo: Es la razn del error absoluto y el valor promedio de la medida.

En porcentaje ser:

10.- Que semejanza y diferencia existe entre un campo elctrico y un campo gravitatorio

Semejanzas:

Ambos son campos centrales y conservativos; por tanto, llevan asociados una funcin potencial.

Los campos creados en un punto por una masa o por una carga puntual disminuyen con el cuadrado de la distancia entre la masa o carga que lo crea y el punto.

Diferencias:CAMPO ELECTRICOCAMPO GRAVITATORIO

1. Estn creados por cargas elctricas y su intensidad en un punto es la fuerza que ejercera sobre la carga unidad positiva situada en l.

1. Est creado por una masa y su intensidad en un punto es la fuerza que ejercera sobre una masa unidad situada en l.

2. Cuando la carga elctrica que lo crea es una carga puntual, el campo dirigido radialmente hacia el infinito si la carga es positiva o hacia ella si la carga es negativa.

2. Cuando la masa que lo crea es una masa puntual, el campo va dirigido radialmente hacia ella.

3. El campo que crea una carga depende del medio donde est inmersa.

3. El campo que crea una masa no depende del medio donde sta se encuentra.

4. El signo del potencial asociado depende del signo de la carga elctrica que lo origina4. El potencial asociado es siempre negativo.

5. En los campos elctricos, las cargas elctricas constituyen la fuente del campo. Una vez conocido este se puede determinar fuerza sobre un objeto electrizado. Las cargas elctricas mviles tambin pueden establecer campos magnticos, pero, solo se consideraran campos elctricos creados por cargas en reposo.

5. En el campo gravitatorio, una distribucin de masa como la de la tierra establece un campo g(x,y,z,) en el espacio circundante. Si desea luego evaluar la fuerza gravitatoria que experimenta un objeto de masa m ubicado en el punto (x,y,z), tal fuerza sera mg(x,y,z). Una masa distinta experimentara una fuerza diferente. Por tanto, si tiene un caso en que hay una distribucin de masa que origina que una fuerza de gravedad acte sobre una masa m. Al estudiar esta interaccin, es sumamente til considerar la distribucin de masa en el interior de la Tierra como una fuente que es estable un campo gravitacional, que luego interacta con el objeto aplicndole una fuerza mg(x,y,z).

11.- Si el potencial elctrico es constante a travs de una determinada regin del espacio. Que puede decirse acerca del campo elctrico en la misma? ExpliqueSe ha establecido que la intensidad de campo elctrico E nos sirve de caracterstica vectorial (FUERZA) de un campo elctrico, y tambin sabemos que el Potencial elctrico es una caracterstica escalar (ENERGETICA) asociada a cada punto de una regin donde se establece el campo elctrico.

Ahora segn el caso preguntado si es que el potencial elctrico es constante a travs de una determinada regin del espacio. Que puede decirse acerca del campo elctrico en la misma?

Si esto ocurre, entonces no necesariamente el campo elctrico puede ser tambin constante, ya que el potencial es una magnitud escalar y el campo es un vector, es decir una magnitud vectorial, pudiendo tener este campo infinitas direcciones.VI. SUGERENCIAS Y CONCLUCIONES Se aprendi a graficar las lneas equipotenciales en la vecindad de dos configuraciones de cargas (electrodos).

Se lo logr aprender a calcular la diferencia de potencial entre dos puntos.

Se pudo aprender a calcular la intensidad media del campo elctrico.

Se pudo obtener caractersticas principales del campo elctrico.

Se logr entender el concepto y las caractersticas principales del campo elctrico.