-
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE CIENCIA
DEPARTAMENTO DE FISICA
1lfm
EXPERIENCIA N 2
CAMPO Y POTENCIAL ELECTRICO OBJETIVOS. 1. Obtener la relacin
funcional del potencial elctrico generado por electrodos planos
parale-
los. 2. Determinar las funciones campo elctrico para electrodos
planos paralelos. 3. Obtener experimentalmente las lneas
equipotenciales formadas entre electrodos planos
paralelos. INTRODUCCIN. Todo cuerpo cargado elctricamente
modifica las propiedades fsicas del espacio que le rodea. A cada
punto del espacio, se asocia una propiedad vectorial llamada Campo
Elctrico; es decir, el campo elctrico es una caracterstica del
espacio debido a la presencia de cargas elctri-cas.
El campo elctrico en un punto del espacio depende,
esencialmente, de la distribucin es-pacial de las cargas elctricas
y de la distancia de stas al punto donde se desea conocer el
cam-po.
El vector campo elctrico E
r en un punto dado del espacio se define en trminos de la
fuerza elctrica Fr
que la distribucin de cargas ejerce sobre una carga de prueba
positiva q0 colo-cada en ese punto. Operacionalmente:
0q 0 0
FE limq
=rr
Su direccin y sentido corresponde con la de la fuerza Fr
, puesto que asumimos que la fuerza F
r acta sobre una carga de prueba positiva.
Una descripcin grfica y cualitativa del campo elctrico puede
darse en trminos de las l-
neas de campo, que se definen como aquellas curvas para las
cuales el vector campo elctrico es tangente a ella en todos sus
puntos. Estas lneas de campo estn dirigidas radialmente hacia
afuera, prolongndose al infinito, para una carga puntual positiva;
y estn dirigidas radialmente hacia la carga si sta es negativa.
Para trazar las lneas de campo es conveniente considerar
que:
a) Son lneas que no pueden cruzarse entre s. b) Deben partir de
cargas positivas y terminar en las cargas negativas, o bien en el
infinito en el
caso de cargas aisladas. c) El nmero de lneas de campo que se
originan en una carga positiva(o negativa) es proporcio-
nal a la magnitud de la carga. d) La densidad de lneas en una
regin del espacio es proporcional a la intensidad del campo
elctrico existente all.
-
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE CIENCIA
DEPARTAMENTO DE FISICA
2lfm
Q+ Q-
I II III
El campo elctrico E(r)r r y el potencial elctrico (o voltaje)
V(r)r generado por un sistema de
cargas elctricas no son independientes entre s. Conocida la
funcin potencial en una cierta regin del espacio, se puede
determinar el campo elctrico aplicando el gradiente de la funcin
potencial. Esto es:
)r(VE
rr = con kzjyixr ++=r , si se utilizan coordenadas cartesianas.
es un operador vectorial, denomi-nado operador gradiente, que en
coordenadas cartesianas se define como:
kz
jy
ix
)))+
+=
Tericamente, un sistema de cargas que consiste en dos pla-nos
infinitos paralelos, con carga de igual valor y signos contrarios,
distribuida uniformemente, da como resultado (aplicando el teorema
de Gauss) un campo elctrico nulo y un potencial constante en la
re-gin I y III, mientras que en la regin II (zona interelectrdica)
se ob-tienen las siguientes funciones:
CxxV
ixE
0
0
+=
=
)(
)(r
Se deduce, entonces, que las lneas de campo son rectas paralelas
entre s y perpendiculares a las placas, en tanto que las
superficies (lneas) equipotenciales son planos (rectas) paralelos a
las placas cargadas. MATERIALES. 9 Cubeta con agua. 9 Fuente
continua 9 Voltmetro CC. 9 Electrodos planos 9 Sonda de
voltaje.
-
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE CIENCIA
DEPARTAMENTO DE FISICA
3lfm
MONTAJE. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. 1. Coloque un papel
milimetrado, marcado con ejes coordenados convenientes, debajo de
la
cubeta. 2. Ubique en la cubeta un par de electrodos planos, en
forma paralela, separados una dis-
tancia d. Si L es el largo del electrodo, considere
experimentalmente los casos en que: a) dL. Discuta las razones de
estas opciones.
3. Haga coincidir el eje Y con uno de los electrodos, de modo
que el eje X queda perpendicu-lar al electrodo. Conecte los
electrodos a la fuente continua.
4. Con la sonda conectada al voltmetro, mida los voltajes a lo
largo de la recta AB de la figu-
ra, desde B hacia A, y complete la tabla:
5. Use el programa win-ga para tabular y graficar sus datos.
Aplique un proceso de ajuste de curva para obtener la re-lacin
funcional respectiva, V = V(x).
6. Repita el punto (4) para una recta perpendicular a los
elec-trodos, pero por el borde CD (ver figura).
7. Mida voltajes a lo largo de una recta paralela a los
electrodos (eje Y) y complete la tabla:
Aplique el proceso de ajuste de curva y obtenga la relacin
funcional V = V(y). 8. A partir de las relaciones anteriormente
encontradas, determine las componentes Ex y Ey
del vector campo elctrico.
X(cm) V(volt)
Y(cm) V(volt)
B
+ -
A
C D
+ -
Fuente continua
Tester
Cubeta
