PREINFORME

L4. EFECTOS DE LA FUERZA EN UN CAMPO ELÉCTRICO

INTRODUCCIÓN

En esta práctica se definirá una cantidad llamada campo eléctrico, la cual se puede usar para determinar la fuerza F sobre un cuerpo cargado. La fuerza es dada por la siguiente relación:

F=QE

Donde Q representa la carga total y E el campo eléctrico.

En la primera parte e medirá la fuerza entre las placas cargadas de un condensador de placas, esta medición se realiza en función de la distancia d entre placas y la tensión V para una superficie A de placas.

En la segunda parte se estudiara el principio de la carga imagen, con este objetivo se mide la fuerza de atracción sobre una esfera cargada situada delante de una placa metálica. La fuerza corresponde a la fuerza de una carga igual situada a una distancia 2d al otro lado de la placa. Primero se mide la fuerza sobre una carga Q en función de una distancia d, esto se repite con media carga.

OBJETIVOS

Generales

Medir la fuerza F entre las placas cargadas en función de la tensión V y la distancia d.

Determinar la permitividad del espacio libre. Medir la fuerza F entre las placas cargadas en una relación constante entre

la tensión V y la distancia d. Medir la fuerza F entre una esfera cargada y una placa de metal a tierra

como una función de la distancia d entre el centro de la esfera y la placa de metal.

Medir la fuerza F entre una esfera cargada y una placa de metal a tierra como una función de la carga Q de la esfera.

Específicos

Verificar las siguientes proporcionalidades: F a 1/d2, F a V2, F a d y F a Q2

Resumen teórico

Un campo eléctrico se genera por dos cargas de igual magnitud y diferente carga las cuales se encuentran en un condensador al cual se le aplica una tensión V. el

campo ejerce una fuerza en las cargas, entre más se penetra en la placa, el campo más se atenúa. En la superficie de las placas la intensidad del campo es E, pero dentro de el es 0. Solo la mitad de la intensidad del campo actúa en las cargas, por tanto las placas se atraen entre si con la fuerza.

F=−12QE

La fuerza, la tensión y la distancia son cantidades medibles por tanto se puede determinar la permitividad del espacio libre el cual es el principio de la balanza de tensión de Kirchhoff.

F=−12ε0 A(Vd )

2

Esta ecuación se usa para medir la fuerza entre las placas cargadas de un condensador y la fuerza entre una esfera cargada y una placa de metal, esta medición se hace en función de la distancia d entre las placas y la tensión V para determinada superficie A.

Temas de consulta

Fuerza eléctrica

Entre dos o más cargas aparece una fuerza denominada fuerza eléctrica cuyo módulo depende del valor de las cargas y de la distancia que las separa, mientras que su signo depende del signo de cada carga. Las cargas del mismo signo se repelen entre sí, mientras que las de distinto signo se atraen.

La fuerza entre dos cargas se calcula como:

q1, q2 = Valor de las cargas 1 y 2

d = Distancia de separación entre las cargasFe = Fuerza eléctrica

La fuerza es una magnitud vectorial, por lo tanto además de determinar el módulo se deben determinar dirección y sentido.

Campo eléctrico

El campo eléctrico se define como la fuerza eléctrica por unidad de carga. La dirección del campo se toma como la dirección de la fuerza que ejercería sobre una carga positiva de prueba. El campo eléctrico está dirigido radialmente hacia fuera de una carga positiva y radialmente hacia el interior de una carga puntual negativa.

El campo eléctrico de una carga puntual se puede obtener de la ley de Coulomb:

Carga eléctrica

La carga eléctrica es una propiedad de la materia que permite cuantificar la pérdida o ganancia de electrones.La carga eléctrica q puede clasificarse como carga eléctrica positiva (protones) y carga eléctrica negativa (electrones). Los fenómenos eléctricos se atribuyen a la separación de las cargas eléctricas del átomo y su movimiento. Por esta razón el concepto de carga eléctrica es la base para definir los fenómenos eléctricos.

Potencial eléctrico

El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva q desde la referencia hasta ese punto, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica. 

Energía potencial eléctrica

La energía potencial se puede definir como la capacidad para realizar trabajo que surge de la posición o configuración. En el caso eléctrico, una carga ejercerá una fuerza sobre cualquier otra carga y la energía potencial potencial surge del

conjunto de cargas. Por ejemplo, si fijamos en cualquier punto del espacio una carga positiva Q, cualquier otra carga positiva que se traiga a su cercanía, experimentará una fuerza de repulsión y por lo tanto tendrá energía potencial. La energía potencial de una carga de prueba Q en las inmediaciones de esta fuente de carga será:

U= kQqr

En electricidad, normalmente es más conveniente usar la energía potencial eléctrica por unidad de carga, llamado expresamente potencial eléctrico o voltaje.

Líneas de campo

Recurso grafico que permite representar las características de un campo eléctrico producido o asociado a un sistema de cargas.

Superficies equipotenciales

Las superficies equipotenciales son aquellas en las que el potencial toma un valor constante. Por ejemplo, las superficies equipotenciales creadas por cargas puntuales son esferas concéntricas centradas en la carga, como se deduce de la definición de potencial (r = cte).

Resumen procedimiento

1. Medición de la fuerza entre las placas cargadas de un condensador de placas, con el siguiente montaje

a) La fuerza F como función de la tensión Vb) La fuerza F en relación constante con la tensión V y la distancia d

entre las placas.

2. Medición de la fuerza entre una esfera cargada y una placa de metal

a. La fuerza F como una función de la distancia d.b. La fuerza F como función de la carga Q