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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

(Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA)FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA, MINERIA, METALÚRGICA, GEOGRÁFICA Y CIVIL

E.A.P Ingeniería MetalúrgicaTEMA

CAMPO ELECTRICO

• CURSO: Laboratorio de Física III

• PROFESOR: Ing.

• ALUMNOS: CÓDIGO:• Yance Conde, Juan Carlos 10160179• Rafaile Corales, Marcos 10160077 • Quispe Tinco,Ruben 10160179• Solis Martel, Javier 10160015• Sanches Bautista, Rolando 10460172

Ciudad Universitaria 9 de

setiembre del 2011

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INDICE

CAMPO ELECTRICO(OBJETIVO Y MATERIALES) PAGINA 3

FUNDAMENTOS TEORICOS PAGINA 5

PROCEDIMIENTO PAGINA 6

CUESTIONARIO PAGINA 8

SUGERENCIA Y CONCLUSIONES PAGINA 11

BIBLIOGRAFIA PAGINA 12

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CAMPO ELÈCTRICO

Experiencia Nº 1

I. OBJETIVOS

• Entender el concepto de campo eléctrico.• Aprender como calcular el campo eléctrico asociado con las cargas que

se distribuyen a través de un objeto.• Entender como las líneas de campo eléctrico pueden usarse para

describir la magnitud y dirección del campo eléctrico en una pequeñaregión del espacio.

• Desarrollar su capacidad de observación para dar explicación a loshechos observados en el laboratorio de física 3.

• Desarrollar el espíritu crítico en la interpretación de resultados sobre elcampo eléctrico

II. MATERIALES

• 1 Cubeta de vidrio

• 1 Fuente de voltaje de CD

• 1 Voltímetro

• 2 Electrodos de cobre

• 1 Punta de prueba

• 1 Cucharadita de sal

• 2 Papeles milimetrados

• 4 Cables de conexión

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MATERIALES

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III. FUNDAMENTOS TEORICOS

En la época anterior a Faraday,la fuerza entre dos partículas cargadas seinterpretaba como una interacción directa e instantánea entre ellas, ósea una

acción a distancia donde el espacio que separa las cargas no intervenía. Estemismo concepto se utilizaba para explicar las interacciones gravitatorias ymagnéticas. En la actualidad esas interacciones se aplican empleando elConcepto de campo.

Cada carga eléctrica modifica las características del espacio que le rodea,comunicándole ciertas propiedades que constituyen el campo eléctrico. elcampo eléctrico actúa como intermediario de la interacción entre las doscargas.

Intensidad del campo eléctrico:

Para determinar las propiedades del campo eléctrico se recurre a cargaspositivas (cargas de prueba) que por ser tan pequeñas no modifican nada.La intensidad del campo eléctrico es:

E= F/q0Un vector es un segmento que determina la posición de un punto con respectoa otro tomado como fijo. E es un vector que tiene la misma dirección y sentidoque el vector F. el modulo del vector E es independiente de la carga de la

prueba, ya que la fuerza F es proporcional a q0.para cada punto del campo la relación F/q sub cero es siempre la misma (estoes una propiedad del campo).el campo eléctrico es un campo vectorial, porqueasocia a cada punto del espacio un único vector E.

El campo eléctrico creado por la carga eléctrica es:E = F/q0 = k.q/ r 2si el campo eléctrico es creado por una distribución continuade cargas, o por varias cargas puntuales, el campo resultante es la sumavectorial de los campos eléctricos creados por cada una de las cargas.Entonces, como:

Fr = F1+ F2+...+FnEr= Fr /q0 = F1/ q0 + F2 / q0 +...+ Fn / q0 Er = E1 + E2 + E3 +...+ En

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Líneas de fuerza:

Faraday desarrollo un procedimiento geométrico que permite representar loscampos vectoriales. Eso se logra dibujando las líneas de campo o líneas defuerza.

• las líneas de fuerza son líneas imaginarias, que se dibujan en ladirección de la fuerza que actuaria sobre una carga positiva, colocadoen un punto.

• el vector del campo eléctrico en cada punto es tangente a la línea defuerza en el punto y su sentido coincide con el de las líneas de fuerza.

• cuando las líneas están muy juntas, el campo es más intenso

•

la línea de fuerza determina en cada punto la dirección de E, por lotanto, la de la fuerza F también.

• el campo eléctrico es creado por una esfera puntual cargadapositivamente queda representado por líneas rectas con dirección radialy que salen de la carga.

• si la carga de la esfera fuera negativa, las líneas de fuerza estaríandirigidas hacia la carga.

IV. PROCEDIMIENTO

Cabe notar que no existe instrumento alguno que permita medir la intensidaddel campo eléctrico en las vecindades de un sistema de conductores cargadoseléctricamente colocados en el espacio libre. Sin embargo si los conductoresestán en un líquido conductor, el campo el campo eléctrico establecerápequeñas corrientes en este medio, las que se pueden usar para tal fin.

1. Arma el equipo del esquema. El voltímetro mide la diferencia depotencial entre un punto que se encuentra en la punta de prueba.

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2. Ubique en forma definitiva los electrodos sobre el fondo de la cubeta devidrio, antes de echar la solución electrolítica, preparada anteriormente en unrecipiente común.

3. Con el voltímetro mida la diferencia de potencial entre un punto del electrodoy el punto extremo inferior del electrodo de prueba.

4. En cada una de las dos hojas de papel milimetrado trace un sistema decoordenadas XY, ubicando el origen en la parte central de la hoja, dibuje elcontorno de cada electrodo en las posiciones que quedan definitivamente en lacubeta.

5. Situe una de las hojas de papel milimetrado debajo de la cubeta de vidrio.Esta servirá para hacer las lecturas de los puntos de igual potencial que iraanotando en el otro papel.

6. Eche la solución electrolítica en el recipiente fuente de vidrio.

7. Sin hacer contacto con los electrodos mida la diferencia de potencial entreellos acercando el electrodo de prueba a cada uno de los otros dos casi por contacto y tomando nota de las lecturas del voltímetro.

∆V (electrodos)=V (electrodos anillo)-V (electrodo placa)

Velectrodo placa= 2.3VVelectrodo anillo= 0.0V∆Velectrodos= Velectrodo placa – Velectrodo anillo

∆Velectrodos= 2.3 - 0.0 = 2.3 V

8. Seleccione un número de líneas equipotenciales por construir, no menor dediez.En nuestro caso hicimos 5 líneas equipotenciales.

9. Entonces el salto de potencial entre línea y línea será, en el caso deseleccionar 10 líneas por ejemplo:

∆V= ∆V(electrodos) , y en general será10

∆V=∆V(electrodos) N: Numero de líneasN

∆V= (∆electrodo)/N

N: número de líneas equipotenciales. Para nuestro caso ser:

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∆V= (∆electrodo)/5

∆V= (∆electrodo placa-∆electrodo anillo)/5

∆V=(2.3-0.0)/5=0.46v

En el caso de tener un número incomodo, redondee por exceso o por eldefecto a un valor cercano cómodo.

10. Desplace la punta de prueba en la cubeta y determine puntos para loscuales la lectura del voltímetro permanece. Anotar lo observado y representarloen una hoja de papel milimetrado auxiliar.

11. Una los puntos de igual potencial mediante un trazo continuo, habremosdeterminado cada uno de las superficies V1, V2,…Vi,… Vn.

• ∆V entre 2.03 y 1.84D=2.26cmE= ∆V/D=(2.03-1.84)/=0.084v/cm=8.4v/cm

• ∆V entre 1.84 y 1.56D=4.7cmE= ∆V/D= (1.84 –1.56)/4.7=0.059v/cm=5.9v/cm

• ∆V entre 1.56 y 1.41

D=2.66cmE= ∆V/D=(1.56-1.41)/2.66=0.056v/cm=5.6v/cm

• ∆V entre 1.41 y 1.25D=3.00cmE= ∆V/D=(1.41-1.25)/3.00=0.053v/cm=5.3v/cm

• ∆V entre el electrodo y la primera línea equipotencial (2.03v)D=2.26cm

E=∆V/D=(2.3-2.03)/2.26=0.119v/cm=11.9v/cm

• ∆V entre el electrodo y la primera línea equipotencial (2.03v)D=1.82cmE=∆V/D=(1.25-0)/1.82=0.687v/cm=68.7v/cm

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V. CUESTIONARIO

1. Determinar la magnitud del campo eléctrico entre las líneasequipotenciales. ¿El campo eléctrico es uniforme? ¿Porque?

Elcampo eléctrico es uniforme cuando es constante en módulo dirección ysentido .Porque Cuando esto es así, las líneas de campo son rectas paralelasy las superficies equipotenciales son superficies paralelas entre sí yperpendiculares a las líneas de campo.

2. En su grafica, dibuje algunas líneas equipotenciales para elsistema de electrodos que utilizo.

Las líneas equipotenciales fueron graficadas en el papel milimetrado.

3. ¿Como serian las líneas equipotenciales si los electrodosson de diferente forma?

Si el electrodo fuera de la forma de una placa circular por ejemplo entonces laslíneas equipotenciales son elipsoides de revolución achatados. Imagínenos silanzamos una piedra al agua, en ella se formarán pequeñas ondas alrededor del punto donde cayó la piedra, de igual manera se formaránLas líneas equipotenciales del electrodo semicircular. Las líneasequipotenciales a las placas serán paralelas a esta.

4. ¿Porque nunca se cruzan las líneas equipotenciales?

Las líneas equipotenciales nunca se cruzan Porque las líneas sonperpendiculares a las superficies equipotenciales.Es como si en un mapa de relieve de un terreno, dibujáramos las líneas dealtura y perpendicularmente a las mismas, las de pendiente máxima (queserían como las líneas de campo). Éstas no podrían cruzarse, pues significaríaque estaríamos en un plano inclinado hacia dos direcciones distintas a la vez,lo cual es absurdo.

Sólo pueden unirse en los máximos y mínimos (picos y valles), y que serían lospuntos iníciales o finales. En un imán esto significa que sólo se unirían en elorigen de las líneas de campo (el propio imán).

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5. si Ud. imaginariamente coloca una carga de prueba en unacorriente electrolítica. ¿Cuál será su camino de recorrido?

Las corrientes electrolít icas se mueven a lo largo de las líneas defue rza o líneas decampo, ya que estas líneas representan la trayectoria quesiguen las partículas (en este caso, sal ionizada) que se encuentran cargadaspositivamente y que están disueltas en el agua.

6. ¿Por que las líneas de fuerza deben formar un ángulo rectocon las líneas equipotenciales cuando las cruzan?

Las superficies equipotenciales forman un ángulo recto con las líneas defuerza; de otra forma el campo eléctrico tendría componentes sobre lasuperficie equipotencial y por ende realizaría trabajo sobre unapartícula de prueba. Es obvio que esto no es posible por definición.

Entonces, sobre una superficie equipotencial el trabajo realizado es nulo.

7. El trabajo realizado para transportar la unidad de carga de unelectrodo a otro es:

Si se considera el trabajo realizado para transportar una carga desde un puntohasta otro en línea recta, bajo la acción de un campo eléctrico generado por otra carga, ese trabajo dependerá de la fuerza ejercida. Esa fuerza, por la leyde Coulomb, será el producto de las cargas dividido el cuadrado de la

distancia. Y así el trabajo será el resultado demultipl icar la fuerzapor la distancia recorrida.

Dividiendo ese trabajo por la carga que transportamos, se obtiene elllamado “ p o te nc i a l e l é c t r i c o ” e n e l p un to e n e l q uees ta mo s . Es e po te nc ia l se m i de en julios/culombios, unidadconocida como “voltio”. El trabajo realizado para transportar la unidad de cargaentre dos puntos dentro de un campo eléctrico es igual a la diferencia depotencial entre esos dos puntos. El potencial es una magnitud escalar (novectorial), es decir, tiene un módulo (intensidad) pero no tiene dirección. Nodebe confundirse el potencial eléctrico en un punto con la energía potencial de

una carga puesta en ese punto.

W= (2.03-0)x1.6x10-19=3.296x10-19J

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8. siendo E=(VB-VA)/D, el error absoluto de ‘E’ es:

Error del instrumento de medición:

Entonces: ES=0.001

Calculando el error aleatorio:

Para nuestros datos tenemos:

0.229

El error absoluto será:

9. El error relativo de `E` es:

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10. Que semejanza existe entre un campo eléctrico y un campogravitatorio.

Semejanzas:

Ambos campos son campos conservativos, es decir el trabajo realizado paradesplazar una partícu la entre 2 p untos no depende de su t rayector iasino de su punto inicial y su punto final. Ambos campos son camposcentral es, e s deci r l a ener gía potencial solo depende de la distanciaa un punto fijo (fuente del campo).

Diferencias:

L as f ue r za s d e l c a mp o g r av i ta to r i o s on s i em pr e d ea t r a c c i ó n , m i e n t r a s q u e l a s d e l campo eléctrico pueden ser tanto

de atracción como de repulsión. E l c a m p o e l é c t r i c o e s p r o d u c i d op o r t o d o c u e r p o c a r g a d o , s i n e m b a r g o e l c a m p o gravitatorioes provocado por cualquier cuerpo con masa. Las líneas de fuerza delcampo gravitatorio siempre son entrantes, mientras que las líneasde fuerza del campo gravitatorio son entrantes y salientes (fuentes y sumideros

11. Si el potencial eléctrico es constante atreves de unadeterminada región del espacio. ¿Qué puede decirse acerca delcampo eléctrico en la misma?, Explique.

Se ha establecido que la intensidad de campo eléctrico nos sirve decaracterística vectorial (fuerza) de un campo eléctrico. Y también sabemosQue el potencial eléctrico es una característica escalar (energética) asociada

a cada punto de una región donde se establece el campo eléctrico. Ahorasegún el caso preguntado si es que si el potencial eléctrico es constante através de una determinada región del espacio. ¿qué puede decirse acerca delcampo eléctrico en la misma? si el potencial eléctrico es constante, entonces nonecesariamente el campo eléctrico puede ser también constante, ya que elpotencial es una magnitud escalar y el campo es un vector, es decir unamagnitud vectorial, pudiendo tener este campo infinitas direcciones.

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VI. SUGERENCIA Y CONCLUSIONES

Con ayuda de un multímetro se pudo observar que el potencial eléctricodisminuye mientras más se va acercando al extremo negativo, lo cual nosindica que el potencial eléctrico se dirige del extremo positivo al extremo

negativo.

El campo eléctrico no se puede medir directamente con un instrumento,para eso se emplean métodos indirectos como es la determinación delpotencial eléctrico para la determinación del campo eléctrico.

Por medio de un multímetro se pudo apreciar los puntos donde lospotenciales eran iguales, con estos puntos se pudo observar que las líneasequipotenciales son perpendiculares a la superficie del electrodo.

Se aprendió a graficar las líneas equipotenciales y hallar elpotencial en diferentes puntos.

Se sugiere tener mucho cuidado al tener como referencia unvoltaje que debe ser el mismo para cada línea equipotencial.

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VII.BIBLIOGRAFIA

Manual de Laboratorio de Fisica III Campos y Ondas.Marcelo Alonso Finn volumen II www.wikipedia.com Electricidad y Magnetismo de Ears Francis. sexta edicion

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http://www.wikipedia.com/

http://www.wikipedia.com/

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