Campo Eléctrico Y Potencial Electrostático

IPN

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERIA Y CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS.

PRÁCTICA 2

CAMPO ELECTRICO Y POTENCIAL ELECTROSTATICO.

EQUIPO:

INTEGRANTES:

Profesor: Netzahuatl Campos Faustino R.

Secuencia: 3IM16

OBJETIVOS:

Detectar la existencia del campo eléctrico en la vecindad de este.

Analizar el efecto que este campo ejerce sobre un material colocado dentro de él.

Obtener una descripción gráfica del capo eléctrico para diferentes arreglos de electrodos.

Determinar la relación entre el potencial electrostático y la distancia al centro de la configuración de la carga.

Determinar la relación entre la magnitud de la intensidad del capo eléctrico en un punto y la distancia de este punto al centro de configuración de la carga.

Introducción Teórica.

El campo eléctrico es un campo de fuerza que caracteriza el espacio que rodea a una carga eléctrica, al igual que el campo gravitacional es el campo de fuerza que caracteriza al espacio que rodea a una masa. Para una carga puntual, tenemos que la intensidad de este campo de fuerza, en cualquier punto del espacio que rodea a la carga Q, se determina por la expresión:

E ⃗=kQ/r^2

E ⃗= Campo Eléctrico.

K= Constante eléctrica

Q= Carga eléctrica

r = Distancia.

De acuerdo a su definición, tanto la fuerza como el campo de fuerza son vectores, que se caracterizan por su magnitud, dirección y sentido, y que se tienen, cada uno, en un punto de aplicación. La dirección y sentido se aplican al movimiento que tendría una carga eléctrica positiva colocada en el punto de aplicación. De esta manera, la carga eléctrica positiva tiene un campo eléctrico dirigido hacia afuera de ella misma, pues al colocar otra carga positiva, la fuerza que se establece es la de repulsión. Y por la misma razón una carga negativa genera un campo eléctrico hacia adentro de ella.

Distribución de Carga.

En un cuerpo conductor cargado, donde la carga eléctrica se encuentra en estado en reposo, la carga se distribuye sobre la superficie del cuerpo. En esta condición, el campo eléctrico en el interior del cuerpo es nulo, en el exterior inmediato al cuerpo, el campo eléctrico es perpendicular a la superficie del cuerpo.

Suponiendo la existencia de dos cargas puntuales a lo largo de un eje x, ambas de magnitud Q, colocadas a una distancia de 2[m], el campo eléctrico en cualquier punto exterior a las cargas se forma de la suma vectorial de la contribución vectorial de cada una de las cargas en dicho punto. Justamente en el punto central de la distancia que las separa la suma de las dos contribuciones es cero. Esto se debe a que el sistema de cargas es lineal.

Energía Potencial Eléctrica.

Todo objeto en la superficie de la tierra tiene una energía potencial debida a su interacción gravitacional con la tierra. Es decir, la energía potencial gravitacional no está asociada a un objeto aislado, sino que resulta de su interacción con otros objetos. De manera similar, la energía potencial eléctrica (∆V) está asociada a interacción entre dos o más objetos. Por ejemplo, la energía potencial de la carga eléctrica q, debido a la interacción con la carga eléctrica Q, está dada por:

∆V = k (Q q)/r

Donde r es la distancia que separa a las cargas.

La energía potencial eléctrica (o simplemente “energía potencial”) tiene dos propiedades que facilitan su determinación: 1) es escalar, es decir, no se trata de un vector, y 2) al igual que en el caso del campo eléctrico, se trata de un sistema lineal. Por lo tanto, determinar la energía potencial asociada a un conjunto de cargas puntuales se logra por medio de la simple adición algebraica de las contribuciones particulares.

Si una carga eléctrica “q” se mueve en la misma dirección que la fuerza que ésta experimenta debido al campo eléctrico, dicha carga eléctrica pierde energía potencial, y si ésta se mueve en contra de tal dirección, la carga gana energía potencial. En la Ilustración 1 se observa el ejemplo donde el campo eléctrico lo produce una carga eléctrica “Q” fija en el espacio, y donde la carga eléctrica “q” gana energía potencial eléctrica al moverse hacia la carga eléctrica “Q”.

La diferencia de potencial (∆V) en términos prácticos se conoce como el voltaje y es medido mediante un voltímetro, y la relación entre la magnitud de E ⃗ y ∆V es un relación directamente proporcional. Esta función se determina en función al trabajo desplazar una pequeña carga positiva dentro de un campo eléctrico.

Se consideren dos puntos muy cercanos dentro del campo; debido a su cercanía su campo no será muy diferente, así que puede tomar a E ⃗ (campo promedio) como el valor del campo en el centro del intervalo, de acuerdo a esto, la diferencia de potencial entre dos puntos será aproximadamente:

∆V= E ⃗ ∆r

E ⃗ = Es la magnitud del campo eléctrico en centro del intervalo.

La relación anterior permite determinar el campo eléctrico mediante el concepto de diferencia de potencial ente dos puntos cercanos.

Otra forma de determinar el campo eléctrico es por la forma en la que Michel Faraday explico que las líneas de fuerza se deben dibujar de acuerdo a los siguientes lineamientos:

La dirección de la tangente a una línea de fuerza debe de coincidir con la dirección de la fuerza que genera el campo en ese punto.

La cantidad de líneas por unidad de área (densidad) debe ser proporcional a la magnitud del campo en una región determinada.

El sentido de estas líneas queda determinado por el sentido de la fuerza que experimente

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