EXPERIENCIA DE LABORATORIO N°2: Campo y potencial eléctrico

EXPERIENCIA DE LABORATORIO N°2:

Campo y potencial eléctrico

Camila Lisboa, Constanza Schwalm

clisboa@alumnosuls.cl, cschwalm@alumnosuls.cl

Sesión de laboratorio: lunes 9:45 horas, Física 2, Universidad de la Serena

Resumen:

La experiencia consta de tres partes, en la primera se determinó el campo eléctrico generado por cargas positivas y negativas en distintas posiciones, en la segunda se trazaron series de superficies equipotenciales a partir de la medición de diferencias de potenciales y en la tercera se estudió la relación entre campo eléctrico y potencial eléctrico mediante la gradiente del voltaje. Se usó un simulador de cargas y campos eléctricos de la página https://phet.colorado.edu/ .

Introducción:

El campo eléctrico es un campo físico que se representa por medio de un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. ​ Se puede describir como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza eléctrica F dada por la siguiente ecuación:

               (1)[pic 1]

El potencial eléctrico en un punto es el trabajo a realizar por unidad de carga para mover dicha carga dentro de un campo electrostático desde el punto de referencia hasta el punto considerado, ignorando el componente irrotacional del campo eléctrico. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga positiva unitaria q desde el punto de referencia hasta el punto considerado, en contra de la fuerza eléctrica y a velocidad constante. Aritméticamente se expresa como el cociente:

                (2)[pic 2]

El potencial eléctrico solo se puede definir unívocamente para un campo estático producido por cargas que ocupan una región finita del espacio.

Las líneas equipotenciales son la representación del potencial eléctrico, estas intersectan el campo eléctrico haciendo que sean paralelos, estas no tienen una trayectoria definida y son siempre continuas.

 Recordando la definición de trabajo de una fuerza:

[pic 3]        (3)

Podemos obtener la relación entre el campo eléctrico y la diferencia de potencial entre dos puntos:

[pic 4]          (4)

De esta expresión se deduce que en una región del espacio en la que el campo eléctrico es nulo, el potencial es constante.

Para calcular el campo eléctrico a partir del potencial se utiliza el operador gradiente, de modo análogo a cómo se obtiene la fuerza a partir de la energía potencial:

[pic 5]       (5)

Desarrollo experimental

Sección I: Campo Eléctrico

1.-

[pic 6]

2.-

• Mayor valor del campo eléctrico: El mayor valor se observa en la zona donde están las dos cargas positivas, se establece casi a la mitad de cualquiera de esas dos cargas positivas. (Posición 1).

Valor equipotencial aprox: 1739 v

• Menor valor del campo eléctrico: se encuentra cerca de la carga negativa, lejos de las cargas positivas. (Posición 2)

Valor equipotencial aprox.: 0.003 v

3.-

• Campo eléctrico igual a 0: se observó que el campo eléctrico no llega a ser cero, solo alcanza pequeños valores de equipotencial pero nunca llega a un valor igual a 0.

4.-

• Electrón colocado en la posición 2: Se observa que las líneas de campo se dirigen hacia la dirección del electrón y el valor equipotencial deja de ser el menor, y ahora tiene un valor negativo y característico del electrón. El menor valor de campo eléctrico cambio de posición.

5.-

• Electrón colocado entre el electrón y el protón central: Las líneas de campo se dirigen al electrón, y el valor del campo eléctrico en el centro del protón central disminuye al colocar el electrón, de 540.5 v a 531.4 v. En cambio, el valor del campo eléctrico situado al centro del electrón aumenta negativamente de -1763v a -1771 v.

6.-

• Protón colocado entre el electrón y el protón central: Las líneas de campo salen del protón, y sucede todo lo contrario cuando se le coloca el electrón. El valor del campo eléctrico aumenta en el centro del protón central y al centro del electrón disminuye el valor del campo al agregar el protón.

Sección II potencial eléctrico

1.-

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