Informe Laboratorio 2: Campo Eléctrico

Valeria Arias O. 20182005044, Miguel Fuentes 20182005007.                                               Universidad Distrital Francisco José de Caldas.                                                                                         16 de mayo de 2019.

Informe Laboratorio 2: Campo Eléctrico.

Abstract—this laboratory is going to expand to the experimental field the concept of potential difference and the electrical fields, with the purpose of testing and confirming the results exposed on theory.  

Index Terms— Electrostatic, electrical charges, electrical field, Potential, voltage, same potential lines.

1. INTRODUCCIÓN

L

a electroestática y el estudio de la electricidad es esencial en los días actuales. Todos los avances tecnológicos se basan es el desarrollo e interacción de objetos con cargas eléctricas que en resumen producen miles de herramientas para el hombre.

En este laboratorio se dará el siguiente paso de comprobación, llevando los experimentos hacia el campo de los campos eléctricos y la jaula de Faraday, elementos fundamentales en la vida del hombre debido a su utilidad como estímulo de otras cargas y como transmisor de cargas eléctricas.

1. Marco teórico.

Contexto histórico:

El descubrimiento de la electricidad  data de estudios realizados por los griegos alrededor del 700 A.C. aparentemente todo comenzó cuando alguien indico que un material fósil llamado ámbar (Elektrón) atraía pequeños objetos cuando se frotaba vigorosamente, en ese entonces de pensaba que solo afectaba a ciertos materiales (Lana, paja), pero  a lo largo de la historia se ha comprendido que no es así y que realmente se produce en (cierta medida) cuando se frotan una con otra, en casi cualesquiera dos sustancia, esto fue comprobado por William Gilbert(1540-1603), en 1600 descubrió que elementos como el vidrio también podrían atraer elementos como el ámbar, describió  en sus observaciones que los materiales se han electrificado, lo cual significaba “Que se habían obtenido propiedades como el ámbar”.

Estamos interesados en averiguar lo que les ocurre a los objetos al ser frotados entre sí. Por lo general los objetos se encuentran en un estado neutro es decir con igual cantidad de cargas positivas + (protones) y cargas negativas – (electrones), esto se explica con la electroestática la cual es una rama de la Física que analiza los efectos mutuos que se producen entre dos o más cuerpos por consecuencia de su carga eléctrica, en resumidas cuenta la electrostática se puede definir como el estudio de las cargas eléctricas en equilibrio.

La CARGA ELÉCTRICA es la propiedad de la materia responsable de los fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen por la mediación de campos electromagnéticos.

Características cargas eléctricas:  

• Existen dos clases de cargas eléctricas, llamadas positiva y negativa, las del mismo signo se repelen, las de signo contrario se atraen, la fuerza que producen dos cargas de signo contrario se conoce como Fuerza de Atracción, la fuerza que se produce cuando dos cargas del mismo signo se conocen como Fuerza de repulsión.  
• La carga eléctrica se presenta por múltiplos enteros de la unidad fundamental de carga que es la del electrón (e), es decir está cuantizada.
• La carga del electrón es -e y la del protón +e.
• La carga eléctrica siempre se conserva.

Al referirnos que es una unidad fundamental cuantizada, quiere decir que tiene una magnitud y por ende puede ser medida o calculada, para referirnos a ella se emplean los prefijos establecidos por el sistema internacional de medidas que son los siguientes:

Table 1 Prefijos

[pic 1]

Campo eléctrico:

El campo eléctrico  es una cantidad vectorial que existe en todo punto del espacio. Esta magnitud en un espacio, indica la fuerza que actuaría sobre una carga puntual positiva unitaria si estuviese en dicha posición.[pic 2]

El campo eléctrico se relaciona con la fuerza eléctrica que actúa sobre una carga arbitraria q con la expresión:

[pic 3]

Las dimensiones del campo eléctrico son Newton/ Coulomb.

Es posible también expresar la fuerza en términos del campo eléctrico, dicha expresión sería:

                                                                                 [2][pic 4]

Para una q positiva, el vector del campo eléctrico apunta en la misma dirección que el vector de fuerza.

El campo eléctrico, entonces será la forma normalizada en que una carga de valor +1 experimenta la fuerza de atracción o repulsión de la distribución de cargas.

La dirección del campo, será entonces direccionada según su tipo de carga, como se ejemplifica en la siguiente figura.[pic 5]

[pic 6]

Ilustración 1: dirección de campo eléctrico según tipo de carga.

Para visualizar la intensidad y la dirección de un campo eléctrico se introduce el concepto de líneas de fuerza. Estas son líneas imaginarias que son trazadas tales que su dirección y su sentido en cualquier punto eran los del campo eléctrico en dicho punto. Estas líneas de fuerza deben dibujarse de tal manera que la densidad de ellas sea proporciona a la magnitud del campo. [pic 7]

Ilustración 2: dirección de las líneas campo .

Sin embargo, en la vida real, una aproximación más congruente, será la de que muchas cargas experimentan dicha fuerza. Esta relación se puede expresar como la sumatoria de todas las interacciones.

[pic 8]

LÍNEAS EQUIPOTENCIALES:

Una superficie equipotencial es el lugar geométrico de un campo escalar donde existe un potencial de campo, es decir, que son aquellas líneas en las que todos sus puntos tienen el mismo potencial. Las líneas equipotenciales no pueden cortarse entre si, por lo tanto, las líneas de campo eléctrico tampoco. Además, no tienen ninguna dirección definida, es decir, que una carga de prueba situada sobre una línea equipotencial, no tiende a seguir su trayectoria, sino a avanzar hacia otras de menor potencial.

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