ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

INSTITUTO DE CIENCIAS FÍSICAS

LABORATORIO DE FÍSICA C

CAMPO Y POTENCIAL ELÉCTRICO

Alumno:

Moreira Valdez Erick Jonathan

Profesora:

Ing. Francisca Flores Nicolalde

Paralelo:

22

Fecha de entrega del reporte:

Miércoles, 13 de junio del 2012

I Término 2012-2013

Página 1

1.-RESUMEN:En este reporte se encuentran registrados las observaciones y análisis de la práctica sobre campo y potencial eléctrico, realizada el 6 de junio de 2012, cuyos objetivos fueron:

1. Demostrar que en el interior de un conductor el campo eléctrico es nulo.

2. Observar para diferentes distribuciones de carga las correspondientes líneas de campo eléctrico.

3. Determinar para diferentes distribuciones de carga las correspondientes superficies equipotenciales.

4. Verificar que las superficies equipotenciales son perpendiculares a las líneas de campo eléctrico.

Antes de iniciar la práctica, los estudiantes rendimos una prueba sobre los tópicos de la misma.

Inmediatamente después, junto a nuestra profesora, revisamos los conceptos de campo y potencial eléctrico, superficies equipotenciales, líneas de campo, etc.

Luego se procedió a realizar cada uno de los experimentos, descritos en secciones posteriores del reporte.

Los experimentos en los que se demostró que el campo es nulo en el interior de un conductor y el de observación de las líneas de campo eléctrico, fueron realizados bajo la supervisión de la profesora, por toda la clase, solamente el de superficies equipotenciales se realizaron en grupos de 4.

2.- INTRODUCCIÓN.Un campo eléctrico es aquel que existe en el espacio a causa de cualquier carga o grupo de cargas. Decimos, entonces que la fuerza sobre otro objeto cargado se debe al campo eléctrico presente en el lugar.

Para averiguar experimentalmente si hay un campo eléctrico en un punto específico, colocamos un pequeño cuerpo cargado, al que llamamos carga de prueba, en el punto.

Si la carga de prueba experimenta una fuerza eléctrica, entonces en ese punto existe un campo eléctrico. La fuerza es una cantidad vectorial, por lo que el campo eléctrico también es una cantidad vectorial.)

En unidades del SI, en las cuales la unidad de fuerza es 1 N y la unidad de carga es 1 C, la unidad para la magnitud del campo eléctrico es 1 newton por coulomb (1 N/C).

Página 2

Para representar gráficamente a los campos eléctricos se utilizan las líneas de campo eléctrico, la dirección de estas líneas indica la dirección de la fuerza sobre una carga de pruebe positiva en ese lugar, además también representan una posible trayectoria de una carga de prueba que se coloque en algún punto cerca de ese campo.

Dentro de un conductor el campo eléctrico es cero y por lo tanto no hay líneas de campo en su interior pero en su superficie son perpendiculares a la misma.

Se conoce que la fuerza electrostática es conservativa, y por lo tanto la podemos asociar a una energía potencial a todo sistema en el que una partícula cargada este situada en un campo eléctrico y reciba la acción de una fuerza electrostática.

Así, el potencial eléctrico de un punto cualquiera en el espacio se define como la energía potencial eléctrica por unidad de carga.

La diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos se define como el trabajo necesario para que una fuerza externa mueva una carga eléctrica de 1 C entre los puntos, la diferencia de potencial se mide en voltios (1V=1J/C).

Antes de ejecutar la práctica se necesitará saber que en una línea o superficie equipotencial, todos los puntos de la línea o superficie están al mismo potencial o dicho de otra forma, la diferencia de potencial en esos dos puntos es cero.

3.- EQUIPOS Y MATERIALES.

1. Demostración de que en el interior de un conductor el campo eléctrico es nulo

En nuestro primer experimento se utilizaron los siguientes materiales:

a) Generador Van de Graff

Para esta demostración se utilizará al generador de la siguiente forma: Primero se lo encenderá y al acumular gran cantidad de carga podrá ser detectado por un electroscopio que se situará cerca de él , luego se lo descarga.

Después se lo vuelve a encender, pero esta vez el electroscopio estará dentro de la Jaula de Faraday.

b) Jaula de Faraday

Es una simple jaula metálica con unas aberturas que cumplen con la finalidad de permitir que se pueda observar en su interior, en nuestro experimento fue

Página 3

utilizado para verificar que la aguja del electroscopio no se moviera mientras estuviera dentro de la jaula, que se comporta como un conductor.

c) Electroscopio

Instrumento cuya función en el experimento es el de indicar, la presencia o no de una carga cercana al instrumento, primero se lo acercó al generador y se observó lo que sucedía con la aguja, luego se lo aisló con la Jaula de Faraday y se verificó nuevamente que sucedía esta vez con la aguja

2. Líneas de campo eléctrico y superficies equipotenciales.A. Retroproyector

El retroproyector es un equipo que concretamente nos permitió proyectar sobre el pizarrón lo que sucedía cuando se encendía el generador Van de Graff con la carcoma colocada sobre un lente del retroproyector para así tener una comprobación visual de cómo deberían estar orientadas las líneas de campo.

En la sección Gráficos se encuentran detalladas las imágenes que fueron proyectadas.

B. Cubeta de acrílico

Es una cubeta de plástico que cuenta con unas ranuras para realizar conexiones, fue utilizado en el experimento de superficies equipotenciales para poder tomar corriente de un generador.

C. Aceite y carcoma

El aceite por su naturaleza permitía que la carcoma (trozos de madera), pueda reordenarse en la dirección de las líneas de campo eléctrico.

D. Placas metálicas

Se utilizaron de diversa geometría para facilitar el entendimiento de ciertas propiedades de las líneas de campo eléctrico, además de propiedades sobre los conductores, en el experimento de superficies equipotenciales se usaron para verificar experimentalmente que el potencial disminuye conforme más nos alejamos de la fuente de campo.

4.- GRÁFICOS.

.

Página 4

Gráfico 3.- Se muestra el electroscopio dentro de una jaula (conductor) y se observa que la aguja no se mueve. A diferencia del gráfico anterior.

Gráfico 4.- Un voltímetro que alcanza a medir hasta diez voltios, aquí se muestra mientras está leyendo el voltaje en nuestro experimento.

Gráfico 5.- A la izq. Se puede observar la vista superior del retroproyector en donde se ubicaron dos placas

Página 5

Gráfico 5.- A la izq. Se puede observar la vista superior del retroproyector en donde se ubicaron dos placas

Gráfico 6.- A la izquierda se muestra la vista superior de la configuración se cargas, se destaca que está compuesto exteriormente por una figura circular abierta y en su interior una figura en forma de hoja. A la derecha en cambio se muestran las líneas de campo eléctrico que es más intenso en la punta de la hoja y en las aberturas de la forma circular.

Gráfico 7.- En la izquierda la vista superior de la configuración de cargas , a la derecha la proyección , mientras recibíamos las explicaciones se puede observar que las líneas de campo apuntan de forma radial y salen de las superficies cargadas

Página 6

Gráfico 8.- Se muestra la cubeta de acrílico y las conexiones realizadas para el experimento de las superficies equipotenciales, para esta distribución de carga las superficies eran líneas perpendiculares a la placa.

Gráfico 9.- Se observan las mismas conexiones que en el gráfico anterior, solo que para una configuración de cargas diferentes, en este caso las superficies equipotenciales son circunferencias concéntricas, se constató que dentro de la circunferencia más pequeña el voltaje es constante

Gráfica 10.- Se muestra el momento que se verificaba con un cable de conexión que el voltímetro marca cero en el interior del conductor más pequeño lo que significa que el potencial es constante

Página 7

5.- ANÁLISIS DE DATOS Y RESULTADOS

En esta sección se describirán los resultados de cada uno de los experimentos.

Demostración de que en el interior de un conductor el campo eléctrico es nulo

Luego de que acercáramos al electroscopio al generador se vio como la aguja sentía su carga, a diferencia de cuando la ponemos dentro de un conductor, que es representado por la jaula, esto significa que dentro de esa jaula no es posible que exista carga pues de otro modo el electroscopio estaría obligado a mover su aguja, como no hay carga, entonces no hay campo eléctrico.

De esta forma verificamos experimentalmente que dentro de un conductor el campo eléctrico no existe.

Líneas de campo eléctrico

Primero se verificó con una configuración como la del gráfico 7 aquí se puede observar que la carcoma se distribuye uniformemente dentro de la circunferencia los que nos muestra que dentro de ese conductor si hay carga puesto que en su interior tiene una carga.

Lo que nos lleva a concluir que en un conductor la carga se distribuye en su superficie, si y solo si está aislado.

De igual manera afuera del conductor se observa redistribución de la carcoma de manera radial.

Luego la profesora pidió que algún estudiante eligiera la siguiente configuración con la que se trabajaría y se armó la que se observa en la gráfica 6, en la cual hay un conductor esférico con una abertura y dentro de el una figura metálica cargada en forma de hoja, se observa que la carcoma se inclina hacia la punta de la hoja y las aberturas del conductor esférico, lo que garantiza que en esos lugares es más intenso el campo.

Además se verifica que las líneas de campo se dirigen radialmente hacia las figuras, también es posible concluir que estaban cargados con signo opuesto, ya que las líneas no se curvan como se verá que sí sucede en la siguiente configuración.

Página 8

Nuevamente se pidió que voluntariamente un estudiante ordene las cargas, el resultado es visible en la figura 5, aquí tenemos un círculo muy pequeño y un línea metálica.

De manera intencional se ubicó en ambas cargas el mismo signo, el resultado es visible, las líneas de campo descritas por la carcoma se curvan en la región más cercana a ambos.

Como en este caso las figuras no tenían una curvatura pronunciada se observa que la distribución sobre su superficie es uniforme.

Superficies equipotenciales

Para este experimento nosotros, bajo la supervisión de la profesora, armamos las conexiones que se muestran en los gráficos 8-9-10.

La intención aquí era la de encontrar distintas superficies equipotenciales para distintas configuraciones de carga.

Primero se armó la configuración visible en el gráfico 9, aquí con la ayuda del voltímetro se comprobó que las superficies equipotenciales eran circunferencias concéntricas.

Lo que era de esperarse puesto que las superficies equipotenciales deben ser perpendiculares a las líneas de campo eléctrico.

Además notamos que si tocábamos la superficie cargada el voltímetro señalaba que el voltaje era constante.

En la configuración del gráfico 8, en cambio se observa que las superficies equipotenciales eran líneas que salían de una de las placas y llegaban a la otra dentro del primer conductor por lo que se concluye que las líneas de campo eléctrico son rectas.

En cambio cerca del conductor esférico se observó el mismo comportamiento que en el experimento anterior.

Para ambas configuraciones de cargas se verificó que el potencial eléctrico disminuye conforme nos alejamos de la carga.

6.- CONCLUSIONES.

Luego de haber analizado los resultados cualitativamente, se pueden extraer las siguientes conclusiones.

Página 9

Para todo conductor, sin importarnos su forma, mientras esté aislado la carga neta siempre reside en su superficie exterior.

Las líneas de campo eléctrico nunca se pueden cruzar y mientras más estén presentes, más intenso es el campo eléctrico.

En la superficie de un conductor el potencial es constante, es decir la superficie es una superficie equipotencial.

Las líneas de campo siempre son ortogonales a las superficies equipotenciales.

Una de las ventajas de tener una conexión a tierra, es que estamos seguros que el potencial en ese lugar es cero.

7.-REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Guía de Laboratorio de Física C, ESPOL-ICF. Física de Resnick – Halliday 3º Edición

Página 10