PRACTICA CAMPO ELÉCTRICO Y POTENCIAL ELÉCTRICO

PRACTICA NO.2

CAMPO ELÉCTRICO Y POTENCIAL ELÉCTRICO

Objetivo del experimento: En este experimento se analizan los los conceptos de campo eléctrico y superficies tocar el papel para obtener la lectura del voltaje entre las dos puntas. Utilice las puntas del multímetro como se indica en la figura 1. Siempre mida el voltaje en los puntos del papel conductor que no están marcados con las cruces de referencia.

1. Resumen

En el desarrollo de la práctica “Campo Eléctrico y Potencial Electrostático” la finalidad de este experimento consistió en determinar la existencia de algún campo eléctrico mediante la utilización de diverso material de laboratorio, electrizando algunos de los equipos para generarlo y del mismo modo se analizó el comportamiento de cada material expuesto a este campo así como su comportamiento.

Durante este experimento, también se obtuvo una descripción gráfica del campo eléctrico por el arreglo de los electrodos y así, también se midió el potencial electrostático en diversas zonas cercanas al conductor esférico. Y mediante la intensidad del campo eléctrico se llevó a cabo una relación entre la magnitud y la intensidad del campo. Obteniendo como resultado la demostración del “Campo eléctrico” y las fuerzas ejercidas de atracción generadas por estos mediante el análisis llevado a cabo.

2. MARCO TEÓRICO

El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.1 Matemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza eléctrica que se define como la relación entre la Fuerza Coulombiana que experimenta una carga testigo y el valor de la carga testigo(una carga testigo positiva). La definición más intuitiva acerca del campo eléctrico se la puede estudiar mediante la ley de Coulomb.

Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas eléctricas como en campos magnéticos variables. Las primeras descripciones de los fenómenos eléctricos, como la ley de Coulomb, sólo tenían en cuenta las cargas eléctricas, pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que también se tiene en cuenta la variación del campo magnético. La idea de campo eléctrico fue propuesta por Faraday al demostrar el principio de inducción electromagnética en el año 1832.

Hasta ahora se ha adoptado la idea de que las fuerzas gravitacionales y eléctricas entre las partículas son acción a distancia, es decir; una partícula ejerce fuerza (gravitacional o eléctrica) directa sobre una partícula aun cuando las partículas estén separadas. Esta interpretación de fuerzas es sugerida por la ley de gravitación de Newton y la “Ley de Coulomb “.

Sin embargo, hay una identidad física que funciona como medidor de la fuerza, transportándola a la distancia que hay entre un cuerpo y el otro. A esta identidad se le llama campo. Un cuerpo con carga eléctrica permea el espacio que lo rodea y este campo ejerce presión o atracción siempre que entra en contacto con otro cuerpo. Así los campos transfieren las fuerzas de un campo a otro mediante acción local o acción por contacto.

De acuerdo a la “Ley de Coulomb” las cargas ejercen fuerzas entre si mediante perturbaciones que se generan en el espacio que los rodea. Esas perturbaciones se llaman “Campos Eléctricos”. Los Campos eléctricos son una forma de materia: dotados de energía y cantidad de movimiento. Además demostró que la fuerza eléctrica entre dos partículas estacionarias:

a) Es inversamente proporcional al cuadrado de la separación “r” entre las partículas y esta dirigida a lo largo de la línea que las une.

b) Es proporcional al producto de las cargas q1 y q2 sobre las dos partículas

c) Es atractiva si las cargas son de signo opuesto y repulsiva si las cargas tienen el mismo signo1.

Los campos de fuerza pueden actuar a través del espacio según produciendo un efecto incluso cuando no existe contacto físico entre ellos. Un primer acercamiento a las fuerzas eléctricas fue desarrollado por Michael Faraday. En esta aproximación se dice que existe un campo eléctrico en la región del espacio que rodea un objeto cargado, cuando otro objeto cargado, Cuando otro objeto cargado ingresa a este campo eléctrico una fuerza actúa sobre él, por ejemplo:

En la figura 1.0 muestra una pequeña carga positiva de prueba q0, colocada cerca de un segundo objeto portando una carga positiva de Q mucho mayor.

Q

Q

q0

q0

++++++++++++++++++

++++++++++++++++++

+

+

Figura 1.0

La intensidad (magnitud) del campo eléctrico en la ubicación de la carga de prueba se define como la fuerza eléctrica por unidad de carga o Campo Eléctrico E en un punto en el espacio se define como la fuerza eléctrica F que actúa sobre la carga de prueba positiva q0 colocada en dicho punto, dividida entre la magnitud de la carga de prueba:

E = Fe [N/C]

q0

Advierta que E es el campo producido por alguna carga externa a la carga de prueba, esto no es el campo producido por la propia carga de prueba. Además de que la existencia de un campo eléctrico es una propiedad de su fuente. Y como se muestra en la figura 1.0 la dirección n de la fuerza que experimenta una carga de prueba positiva cuando se coloca en el campo. Se dice, que un campo eléctrico existe en un punto si una carga de prueba en reposo situada en ese punto experimenta una fuerza eléctrica.

El potencial eléctrico es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva q desde la referencia hasta ese punto, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica. Matemáticamente se expresa por:

Considérese una carga puntual de prueba positiva, la cual se puede utilizar para hacer el mapa de un campo eléctrico. Para tal carga de prueba localizada a una distancia r de una carga q, la energía potencial electrostática mutua es:

De manera equivalente, el potencial eléctrico es

Considérese una carga puntual q en la presencia de un campo eléctrico. La carga experimentará una fuerza eléctrica.

Ahora bien, si se pretende mantener la partícula en equilibrio, o desplazarla a velocidad constante, se requiere de una fuerza que contrarreste el efecto de la

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