Campo Electrico

Universidad de Los Andes

Facultad de Ciencias

Departamento de Física

Laboratorio de física 21

CAMPO ELÉCTRICO

OBJETIVOS

 Conocer las propiedades de las líneas de fuerza asociadas a cargas con simetría simple (placas paralelas o cilíndricas)

 Entender lo que se define como superficie equipotencial.

 Deducir experimentalmente, a partir de sistemas simples, las leyes que rigen la intensidad de campo eléctrico.

INTRODUCCIÓN

El campo eléctrico producido por causa de la interacción de cargas eléctricas, constituye un fenómeno que, explicado por la matemática y por la teoría de campos, resulta de gran interés en el estudio de los fenómenos eléctricos y electromagnéticos en general.

Un pilar muy importante en el estudio de campos eléctricos lo constituye la Ley de Coulomb, según la cual la fuerza con que se atraen o repelen dos cargas eléctricas resulta ser directamente proporcional al producto de cada una de ellas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Tal principio, equiparable al enfoque que ofrece la transcendental Ley de Gravitación Universal de Newton.

El término campo se emplea para designar una porción de espacio en la cual se manifiesta cualquier tipo de fenómeno físico a distancia. Así, el campo eléctrico es aquel que se origina a partir de un sistema de cargas eléctricas. En lugar de hacer referencia a la acción de una partícula sobre la otra, puede especularse con el hecho de que la primera cree un campo en el espacio circundante y este campo actúe (se acople) sobre la segunda partícula. En el caso de la fuerza eléctrica, las cargas producirían un campo E y el campo ejercería sobre la carga q una fuerza F = qE. En mecánica clásica, el campo es simplemente un modo de describir la interacción. Es importante notar que el campo eléctrico es de tipo vectorial y conservativo, ya que en cada punto del espacio le corresponde un valor del vector campo y, el trabajo necesario para desplazar una partícula de un sitio a otro no depende d la trayectoria, sino del punto inicial y final, y se puede calcular a partir de la diferencia de la función potencial en ambos extremos.

El campo eléctrico es representable a través de las líneas de fuerza, que son líneas que reflejan la dirección y sentido con que las cargas positivas son atraídas por las cargas negativas. Ahora bien, las líneas equipotenciales son aquellas que representan las superficies equipotenciales e indican los puntos que están a las poseen una misma diferencia potencial, es decir, no es necesario realizar trabajo para mover una partícula a lo largo de esta línea. Debido a est, la superficie equipotencial que pasa por un punto, es perpendicular a la dirección del campo eléctrico en ese punto

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Instalar el circuito:

1 y 2: electrodos (placas paralelas)

3: galvanómetro

4: punta de prueba

5: fuente DC

6: cubeta llena con agua destilada

Centrar bien las placas 1 y 2 y dibujarlas aparte en papel milimetrado (tomar los mismos ejes y las mismas escalas que tiene el papel milimetrado adherido debajo de la cubeta).

Conectar el contacto C en la resistencia 1. Desplazar ahora la punta de prueba 4 a lo largo del eje horizontal hasta el punto en el cual la corriente a través del galvanómetro se anula. Tomar las coordenadas de este punto y llevarlo al papel milimetrado.

Repetir el paso anterior varias veces moviendo la punta de prueba a lo largo de líneas paralelas al eje horizontal, pero con diferentes valores de ordenadas (eje vertical). Determinar 4 ó 5 puntos y llevarlos al papel milimetrado.

Desplazar ahora el contacto C a la posición 2 y repetir los pasos 3 y 4. Hacer lo mismo para el contacto C en las posiciones restantes (hasta la 9).

Para trazar la parte de las líneas equipotenciales que está por debajo del eje horizontal, repetir simétricamente los puntos obtenidos por encima del eje horizontal.

Cambiar ahora una de las láminas paralelas por el electrodo formado por una lámina doblada en ángulo. Repetir los pasos 3, 4, 5 y 6.

Cambiar ahora los electrodos colocando los electrodos cilíndricos en lugar de las placas paralelas.

Repetir los pasos 3, 4 y 5 pero tomando ahora los diferentes puntos a lo largo de dos ejes perpendiculares entre sí (eje vertical y eje horizontal).

TABLAS DE DATOS Y CÁLCULO DE MUESTRA

Tabla Nº1: Prueba con dos placas paralelas

Resistencia (X;Y) (cm) (X;Y) (cm) (X;Y) (cm) (X;Y) (cm) (X;Y) (cm) (X;Y) (cm)

1 (4,2 ; 0,0) (4,2 ; 1,0) (4,2 ; 2,0) (4,2 ; 3,0) (4,2 ; 4,0) (4,2 ; 5,0)

2 (3,5 ; 0,0) (3,5 ; 1,0) (3,5 ; 2,0) (3,5 ; 3,0) (3,5 ; 4,0) (3,5 ; 5,0)

3 (2,0 ; 0,0) (2,0 ; 1,0) (2,0 ; 2,0) (2,0 ; 3,0) (2,0 ; 4,0) (2,0 ; 5,0)

4 (1,0 ; 0,0) (1,0 ; 1,0) (1,0 ; 2,0) (1,0 ; 3,0) (1,0 ; 4,0) (1,0 ; 5,0)

5 (0,0 ; 0,0) (0,0 ; 1,0) (0,0 ; 2,0) (0,0 ; 3,0) (0,0 ; 4,0) (0,0 ; 5,0)

6 (-1,0 ; 0,0) (-1,0 ; 1,0) (-1,0 ; 2,0) (-1,0 ; 3,0) (-1,0 ; 4,0) (-1,0 ; 5,0)

7 (-2,0 ; 0,0) (-2,0 ; 1,0) (-2,0 ; 2,0) (-2,0 ; 3,0) (-2,0 ; 4,0) (-2,0 ; 5,0)

8 (-3,0 ; 0,0) (-3,0 ; 1,0) (-3,0 ; 2,0) (-3,0 ; 3,0) (-3,0 ; 4,0) (-3,0 ; 5,0)

9 (-5,5 ; 0,0) (-5,5 ; 1,0) (-5,5 ; 2,0) (-5,5 ;3,0) (-5,5 ; 4,0) (-5,5 ; 5,0)

V= 3 Volts ∆X= 0,1cm ∆Y= 0,1cm

Tabla Nº2: Prueba con una placa paralela y una angular.

Resistencia (X;Y) (cm) (X;Y) (cm) (X;Y) (cm) (X;Y) (cm) (X;Y) (cm)

1 (5,0 ;0,0) (5,0 ;5,4) (5,0 ;5,5) (4,5 ; 3,0) (4,5 ; -3,0)

2 (3,2 ; 0,0) (3,2 ; 3,9) (3,2; -3,9) (3,2

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