ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

INSTITUTO DE CIENCIAS FÍSICASLABORATORIO DE FISICA C

Práctica N°2:

Campo y Potencial Eléctrico

Nombre:

Ronny Jesús Alcívar Llamuca

Profesor:

Ing. José Ortega Medina

Fecha de entrega del informe:

Jueves, 14 de junio de 2012

Paralelo:

23

Año Lectivo

2012 – 2013

1.RESUMEN

El objetivo de este informe es dar a conocer los resultados obtenidos cualitativamente en la práctica los cuales permiten aclarar los conocimientos teóricos adquiridos sobre Campo y Potencial Eléctrico. Se demostró algunos principios físicos como que, el campo eléctrico dentro de un conductor es nulo, las líneas de campo eléctrico y superficies equipotenciales.

Se utilizaron varios equipos y materiales, entre los más relevantes tenemos: el generador de Van de Graff, el electroscopio, el retroproyector, un generador de voltaje, etc. Con estos equipos y otros materiales se procedió a realizar los respectivos procedimientos mencionados en la guía, con lo cual se pudo observar y comprobar que:

- Con la ayuda del generador de Van de Graff, electroscopio y la jaula metálica, el campo eléctrico es cero dentro de un conductor, la jaula metálica actuó como un conductor y dentro de esta las líneas de campo eléctrico se cancelan entre sí.

- Con la ayuda del y el retroproyector las líneas de campo eléctrico a través de unos granitos de madera.

- Mediante los medidores de voltaje (voltímetro) comprobamos la uniformidad del voltaje sobre una superficie y como las líneas de campo eléctrico son perpendiculares a la superficie, las cuales salen de las cargas positivas y llegan a las negativas.

2.OBJETIVOS

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

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

c) Determinar para diferentes carga las correspondientes superficies equipotenciales.

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

3.MARCO TEÓRICO

CAMPO ELÉCTRICO

El campo eléctrico es la zona del espacio donde cargas eléctricas ejercen su influencia. Es decir que cada carga eléctrica con su presencia modifica las propiedades del espacio que la rodea.

Intensidad de campo eléctrico

Se llama intensidad de campo eléctrico E en un punto al valor de la fuerza resultante de origen eléctrico que actúa sobre una carga puntual dividido el valor de la carga (carga exploradora, elemental o testigo) colocada en dicho punto.

Matemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor que sufre los efectos de una fuerza eléctrica dada por la siguiente ecuación:

LÍNEAS DE CAMPO

Un campo eléctrico estático puede ser representado geométricamente con líneas vectoriales en dirección de la variación del campo, a estas líneas se las conoce como "líneas de campo".

Las líneas vectoriales se utilizan para crear una representación gráfica del campo, y pueden ser tantas como sea necesario visualizar.

Las líneas de campo son líneas perpendiculares a la superficie del cuerpo, de manera que su tangente geométrica en un punto coincide con la dirección del campo en ese punto.

POTENCIAL ELÉCTRICO

Cuando una partícula con carga se desplaza en un campo eléctrico, el campo ejerce una fuerza que puede realizar un trabajo sobre la

Líneas de campo eléctrico correspondientes a cargas iguales y opuestas, respectivamente.

Energía potencial eléctrica de un sistema de dos cargas q y qo separadas la distancia r.

partícula. Este trabajo lo podemos expresar siempre en términos de la energía potencial eléctrica.

U=kq ∙qo

r

El potencial eléctrico de un punto cualquiera en el espacio se define como la energía potencial eléctrica por unidad de carga. El potencial eléctrico tiene la misma relación con el campo eléctrico que la que tiene la energía potencial con la fuerza.

En términos técnicos pero a la vez sencillos la definición de diferencia de potencial eléctrico ΔV es igual al trabajo realizado por la fuerza eléctrica cuando una unidad de carga se desplaza de a a b. La diferencia de potencial eléctrico V entre dos puntos donde existe un campo eléctrico E uniforme es:

V=−Ed[V ]

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).

Superficies equipotenciales creadas por una carga puntual positiva (a) y otra negativa (b).

Las líneas de campo eléctrico son, en cada punto, perpendiculares a las superficies equipotenciales y se dirigen hacia donde el potencial disminuye; el trabajo para desplazar una carga entre dos puntos de una misma superficie equipotencial es nulo; dos superficies equipotenciales no se pueden cortar.

4.PROCEDIMIENTO

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

Se enciende el generador de Van de Graaff y se acerca al electroscopio como se muestra en la figura 1ª, observe lo que ocurre con la aguja del electroscopio y regístrelo en su informe. Luego se encierro al electroscopio dentro de una jaula metálica como se indico en la 1b, observe lo que ocurre con la aguja del electroscopio y regístrelo en su informe.

II. Líneas de campo eléctrico.

Se coloca sobre el retroproyector una cubeta de acrílico, dentro de la cual se vierta aceite de ricino hasta cubrir los electrodos, dejando caer sobre esta capa de aceite las esferitas de plástico. Luego se disponen dos conectores alrededor de la cubeta, en donde se ajustan dos piezas metálicas, las cuales van a recibir cargas eléctricas de diferente signo, como se muestra en la figura 2. Esto producirá un alineamiento de las esferas de plástico, que formará las llamadas líneas de campo eléctrico. Observe las diferentes configuraciones (se recomienda hacer por lo menos cuatro) que se forma y regístrelas en su informe.

III. Superficies equipotenciales.

Arme el equipo como se muestra en la figura 3.

En la hoja de informes de esta práctica, trazar las superficies equipotenciales para cada distribución de carga.

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Observando el patrón de superficies equipotenciales, trazar las correspondientes líneas de campo eléctrico y señalar la región donde el campo eléctrico es más intenso.

5.RESULTADOS

Observaciones y datos

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

i. Observación del electroscopio cuando se acerca al generador de Van de Graff.

Cuando el electroscopio es acercado al generador de Van de Graff, la aguja del electroscopio se movía, y esta, apuntaba en dirección del generador, mientras alejábamos el electroscopio del generador la aguja del mismo, tendía a volver a su posición inicial.

ii. Observación del electroscopio cubierto con la jaula metálica cuando se acerca al generador de Van de Graff.

El electroscopio al ser cubierto por la jaula metálica, se podía observar que la aguja del electroscopio no se movía de su posición inicial, a pesar del campo producido por el generador, lo que nos indicó que la carga reside en el exterior (jaula) mas no en el interior (electroscopio), demostrando que la carga de un conductor reside en su superficie exterior y por lo tanto el campo eléctrico en el interior de la jaula es cero.

b) Líneas de campo eléctrico

Dibuje las configuraciones de las líneas de campo que observó durante la demostración

c) Superficies equipotenciales

Trace las superficies equipotenciales y líneas de campo eléctrico de las diferentes configuraciones que utilizo durante la práctica.

6.ANALISIS

a) ¿Por qué la aguja del electroscopio se levanta al acercarse al generador de Van de Graff?

Debido a que existe un ordenamiento de cargas debido al proceso de inducción que ocurre en el electroscopio por la carga presente por medio del Generador de Van de Graff, haciendo que las agujas queden del mismo signo por lo que provoca la repulsión entre ellas.

b) ¿Por qué la aguja del electroscopio dentro de la jaula metálica no se levanta al acercarse al generador de Van de Graff?

Debido a que la jaula metálica funciona como un conductor eléctrico, afirmando que en el interior del conductor eléctrico la carga es igual a cero. Entonces como no existe carga dentro al electroscopio no se le induce carga, donde si se van a producir las líneas de campo serán en la superficie de la jaula donde también se produce la distribución de carga.

c) ¿Por qué las líneas de campo eléctrico son perpendiculares a las superficies equipotenciales?

ΔV =0

I=0

ΔV =∫Ε . ds

0=∫ Ε . ds

Por lo tanto: E es perpendicular a ds

7.CONCLUSIÓN

Una vez culminada la práctica, observamos y analizamos los datos cualitativos encontrados al realizar los experimentos, se puede concluir que, el campo eléctrico dentro de un conductor es cero, la misma reside en toda la superficie del conductor. También se observó una representación de líneas de campo eléctrico, las cuales van de la carga positiva a la carga negativa, obteniendo así los resultados esperados.

Se determinaron las superficies equipotenciales para diferentes distribuciones de carga en donde se mostró que el voltaje era igual por toda la línea de la superficie equipotencial y además que el campo eléctrico es perpendicular a la superficie debido a que si no seguíamos una trayectoria especifica el voltaje variaba, logrando con esto los resultados esperados en nuestra práctica y comprendiendo totalmente los objetivos que se plantearon al empezar.

8.BIBLIOGRAFÍA

- Guía de Laboratorio de Física C.

- http://www.its.caltech.edu/~phys1/ .

- http://www.cco.caltech.edu/~phys1/java/phys1/EField/ EField.html (Graficador de líneas de campo y superficies equipotenciales).

- http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/ fisica/electro/potencial.html

- http://fq-experimentos.blogspot.com/2008/06/ electroscopio.html

- http://www.etitudela.com/Electrotecnia/ principiosdelaelectricidad/cargaycampoelectricos/contenidos/01d56993080930f36.html