CAMPO ELCTRICO

Ramrez Eliana., Jimnez Yaneth Lucia, Jorge Aguirre, Lucia Arteaga.Politcnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, Medelln ColombiaFacultad de Ciencias bsicas, Humanas y SocialesAbril de 2013

ResumenAl iniciar la prctica, con ayuda del profesor nos disponemos a observar cmo se distribuyen las semillas en una cubeta con ayuda de la mquina wimshurst, luego se procede a realizar los procedimientos de la prctica: Medir la diferencia de potencial dentro de la cubeta entre dos puntos cualesquiera pero cercanos entre ellos, idear un mtodo para localizar por donde pasa una lnea de campo elctrico, Colocar en la cubeta dos puntas a manera de electrodos y medir a lo largo de la recta que las une la magnitud del campo elctrico generado por ellas, observar la interseccin de dos lneas de campo elctrico y dos equipotenciales y compararlas con las lneas que salen o entran a un conductor.

Campo elctrico.Es toda regin del espacio que rodea una carga elctrica esttica, tal que al acercar otra carga elctrica positiva de prueba, se manifiesta una fuerza de atraccin o de repulsin.El campo elctrico se manifiesta alrededor del espacio volumtrico de una carga electrosttica como un campo de fuerzas conservativas, el cual se puede detectar mediante la ubicacin de una carga positiva de prueba en esta regin. El campo elctrico es una cantidad vectorial y por lo tanto tiene magnitud, direccin.

Caractersticas:El Campo Elctrico es una Regin del espacio perturbada por cargas en reposo.Un Campo Elctrico tiene como caractersticas principales la direccin, el sentido y la intensidad.

Propiedades de las cargas elctricas Carga puntual: cuerpo electrizado sin dimensiones.

Existen 2 clases de cargas en la naturaleza:Positivas: carga adquirida por el vidrio frotado. De esta carga son portadores los protones.Negativas: es la carga que adquiere el mbar, y de ella son portadores los electrones. Las cargas de mismo signo se repelen y las de signo contrario se atraen.

CONSULTA PREVIA

Que es y cuales son las caractersticas de un campo vectorial conservativo?Para los intereses de la Fsica, los Campos Vectoriales se clasifican en dos grupos: -CAMPOS VECTORIALES CONSERVATIVOS .CAMPOS VECTORIALES NO CONSERVATIVOSLos de ms inters en la Fsica son los primeros. Por ello iniciamos definindolos: Los Campos Vectoriales Conservativos, son aqullos para los cuales la Integral de Lnea del Campo Vectorial vale cero para una trayectoria cerrada. Los Campos Vectoriales Conservativos, son aqullos para los cuales la Integral de Lnea del Campo Vectorial tiene el mismo valor para trayectorias que tienen los mismos puntos lmites.Una condicin suficiente para que la integral de lnea tenga las propiedades anteriores, es que el campo vectorial sea derivable de una Funcin Escalar Potencial, es decir, si F(x,y,z) es el CampoVectorial, existe una funcin escalar (x, y,z) que cumple la relacin: F(x,y,z)= (x,y,z)En la jerga de las Matemticas, se demuestra que el hecho de aseverar que Un Campo Vectorial es Conservativo, es equivalente a decir que ese campo es IRROTACIONAL, y un campo es Irrotacional cuando se cumple: F= 0

Que representan las lneas de campo elctrico?Las lneas de campo elctrico son lneas imaginarias que describen, si los hubiere, los cambios en direccin de las fuerzas al pasar de un punto a otro. Estas lneas sirven para conseguir una representacin grfica de un campo de fuerzas, adems indican la trayectoria que seguirn las partculas positivas si se les abandona libremente a la fluencia de las fuerzas del campo.

Defina el campo elctricoElcampo elctricoes uncampo fsicoque es representado mediante unmodeloque describe la interaccin entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturalezaelctrica.1se describe como uncampo vectorialen el cual unacarga elctricapuntual de valorsufre los efectos de unafuerzaelctricadada por la siguiente ecuacin:F = QeLos campos elctricos pueden tener su origen tanto encargas elctricascomo encampos magnticosvariables.

1. Objetivos Encontrar un mtodo para trazar lneas de campo elctrico.

Determinar las lneas de campo elctrico de una configuracin arbitraria de electrodos.

Hallar la forma funcional del campo elctrico con la posicin para una distribucin de electrodos.

2. Materiales y procedimiento

2.1. Materiales.

Cubeta electrosttica Electrodos Fuente de voltaje c.c Trozos de metal y aislantes Multmetro digital Comps de plstico

2.2. Procedimiento experimental

ACTIVIDAD 1Introduzca dos electrodos con los que trabajo en la prctica anterior, mida la diferencia de potencial dentro de la cubeta entre dos puntos cualesquiera pero cercanos entre ellos. Manteniendo una punta fija aleje la otra en diferentes direcciones. Que observa en el multmetro?, interprete.Repita el mismo ejercicio pero ahora a una distancia fija entre las puntas del multmetro, es decir, mida alrededor de un crculo con una punta en el centro, Que observa en el multmetro?, interprete.

Teniendo en cuenta las direcciones donde el multmetro alcanz los valores mximos y mnimos y basndose en el funcionamiento del voltmetro en qu direccin van las lneas de campo en esa configuracin de electrodos?

ACTIVIDAD 2Teniendo en cuenta las direcciones donde el multmetro alcanzo los valores mximos y mnimos, idee un mtodo para localizar por donde pasa una lnea de campo elctrico. Y utilizando todo el instrumental del que dispone trace lneas de campo elctrico para una configuracin de electrodos. Discuta con su grupo de trabajo la distribucin de lneas de campo, interprete y reporte.

Introduzca ahora un cilindro hueco conductor en la configuracin anterior y trace las lneas de campo en su cercana y en su interior, comprelas con las distribucin de lneas sin conductor, Qu cree que le hace un conductor a un campo elctrico?, cmo explica los valores registrados al interior del cilindro?

ACTIVIDAD 3Coloque en la cubeta dos puntas a manera de electrodos y mida a lo largo de la recta que las une la magnitud del campo elctrico generado por ellas, grafique sta magnitud en funcin de la distancia. Interprete la grfica y comprela con una curva terica.

ACTIVIDAD 4Para una configuracin diferente a la del punto anterior trace dos lneas de campo elctrico y dos equipotenciales. Qu relacin encuentra entre ellas?, observe su interseccin y comprela con las lneas que salen o entran a un conductor, discuta con su grupo de trabajo que tan vlido es tratar a un conductor como una equipotencial.Mida el campo elctrico que atraviesa cada una de los cuatro lados que forman las lneas de campo y las equipotenciales, porqu sobre una lnea de campo es cero? Cunto es el flujo neto en la caja?,Cunta carga hay encerrada en ella? Discuta con su grupo de trabajo estos resultados y relacinelos con la ley de Gauss.

3. Resultados.

ACTIVIDAD 1 Teniendo el multmetro en 20v DC, manteniendo una punta fija (cable negro) y alejando la otra (cable rojo) en otras direcciones se observa que los valores en el voltmetro van pasando de valores mximos positivos, cero, valores mximos negativos, va cambiando, adems de esto se observa que cuando se est alineando el valor se acerca a cero. Las lneas en un campo elctrico estn trazadas de modo que son, tangentes a la direccin del campo y su sentido positivo se considera que partiendo de las cargas positivas termina en las negativas.

Para asegurar el radio fijo( la distancia entre una punta y la otra), utilizamos un Comps.

Fig. 1- Comps En el multmetro se observan valores como 0,053; -0,17; 0,47. Se observa un mximo y un mnimo completamente opuestos.

Las lneas de campo van hacia donde el voltaje empieza a disminuir.

Lneas de campo elctrico

Cable NegroCable Rojo

Fig.2-lineas de campo elctrico producidas por los cables conductores.

ACTIVIDAD 2Un material conductor tiene cargas libres (Electrones u iones) que se mueven en presencia de un campo elctrico externo. La corriente inducida por el campo externo lleva a las cargas libres hasta la superficie, separndose hasta alcanzar una situacin de equilibrio electrosttico en la que no hay movimiento neto de cargas.

La separacin de las cargas libres en la superficie del conductor es tal que se induce un campo elctrico superficial que compensa y anula el campo elctrico externo. En el interior de un conductor en equilibrio electrosttico el campo elctrico es nulo (no hay carga elctrica neta), por consiguiente, el potencial elctrico es constante.

Fig.3

Fig.4

En la segunda parte unimos con una punta de medicin los terminales los cuales van a tener una polaridad positivos y negativos; el conector negativo del multmetro se conecta al negativo de la fuente y el conector positivo hace de explorador y empezamos la toma de medidas en diferentes puntos cerca de los electrodos colocndolos de tal manera que una de las puntas de medicin queden fijas y con la otra giramos levemente y observamos el multmetro el mayor registro de potencial, anotamos este resultado y posteriormente fijamos nuestro extremo fijo donde encontramos el mayor registro de potencial, anotamos este resultado ;posteriormente giramos lentamente hasta encontrar el mayor registro de potencial, este procedimiento lo seguimos hasta determinar todas las lneas de campo elctrico, debemos recordar que la diferencia de potencial que hay de un punto a otro se conoce como el gradiente del potencial elctrico. Todo esto es con el fin de graficar todas las lneas y encontrar el comportamiento del campo elctrico el cual es perpendicular a estas lneas y los valores registrados al interior del cilindro el potencial es el mismo en todos los puntos tiene el mismo radio.

ACTIVIDAD 3

distancia(m) voltaje (v)

0,2222,98

0,2042,44

0,1852,04

0,1621,77

0,141,53

0,1171,23

0,090,98

0,070,74

0,0490,49

0,0230,18

En la grfica se observa que a medida que va aumentando la distancia tambin aumenta el voltaje.

ACTIVIDAD 4

-0.63v0.60v

Las lneas de campo se ven perpendiculares a las lneas equipotenciales que va desde la carga puntual positiva y llega a la carga puntual negativa, una caracterstica de estas dos lneas al interceptarse es que forman un ngulo de 90 grados. Tambin se puede decir que las lneas de campo elctrico nunca se cruzan entre si y que las que entran son iguales a las que salen. Las lneas equipotenciales y de campo varan su magnitud y direccin de acuerdo a la forma del cuerpo cargado a la distribucin de carga. El campo elctrico dentro del cuadro formado por las lneas es igual a cero, o sea q no hay carga elctrica encerrada ya que las cargas puntuales no estn dentro de esta parte analizada, aunque no necesariamente cuando no hay campo elctrico significa que no hayan cargas elctricas, puede ser que su sumatoria sea cercana o igual a 0.

Esto se puede relacionar con la ley de Gauss teniendo en cuenta el principio o formula de que . Deduciendo de esta que es necesaria una carga interior dentro de la parte analizada para poder tener un campo elctrico.

Observe la manera como se distribuyen las semillas en la cubeta cuando se utiliza la mquina de Wimshurst y analice porque se alinean con las lneas de campo y no con las equipotenciales. Observe que le pasa a las semillas dentro del conductor. Relacinelas con la actividad 2. Al realizarse el montaje anteriormente mencionado se pudo observar el comportamiento del campo elctrico dependiendo de la posicin y la geometra de las fuentes de carga. Teniendo en cuenta que la dielectricidad es una de las propiedades de las semillas y el aceite no es un mal conductor, se pudo observar el comportamiento del campo elctrico, analizando el comportamiento de las semillas, las cuales se orientan de tal forma que singuen las lneas de campo y basados en que el electrodo positivo atrae a los iones negativos y el electrodo negativo a los iones positivos.

4. Conclusiones.

El vector del campo elctrico E es la tangente a la lneas del campo elctrico en cada punto. E es ms grande cuando las lneas de campo estn prximas entre si y es pequeo cuando estn apartadas. Para una carga puntual positiva, las lneas estn radialmente hacia afuera y para una carga puntual negativa, las lneas estn radialmente hacia adentro. Las lneas de campo salen del objeto cargado positivamente al cargado negativamente, adems de que en ningn momento se cruzan entre ellas mismas. Las lneas equipotenciales son ortogonales al campo en un punto especfico. Se puede apreciar a su vez que el potencial elctrico varia inversamente proporcional a la distancia, de manera que la diferencia de potencial se mantendr a lo largo del campo elctrico (este cambia solo en relacin con la distancia respecto a la carga), por lo tanto de un punto cualquiera a otro habr la misma diferencia de potencial. Basados en la ley de Gauss, se puede decir que para poder obtener un campo elctrico es necesario que las cargas puntuales estn dentro del espacio a analizar, ya que lo ms probable es que su campo sea igual a 0,aunque esto necesariamente no indique que no hay cargas elctricas.

5. REFERENCIA Sears F., Zemansky M., Young H. y Freedman R. Fsica Universitaria con Fsica Moderna. Volumen I. Editorial Pearson-Addison Wesley (2005).

Serway R. y Jewett J. Fsica. Volumen II. Editorial Thomson (2005).

http://phet.colorado.edu/sims/charges-and-fields/charges-and-fields_es.html

http://phet.colorado.edu/sims/electric-hockey/electric-hockey_es.jnlp

Fecha de la consulta: 17 /Abril 2013