Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y Administrativas Laboratorio de Electromagnetismo

Instituto Politécnico Nacional

Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y Administrativas

Laboratorio de Electromagnetismo

Práctica 2

Campo eléctrico y potencial electrostático

Secuencia 2IM32

Martes: 9:00 – 11:00 a.m.

Fecha de realización: Martes 16 de Febrero de 2016

Bartolo Hernández Jesús

2015600202

Profesor:

Xinah Heron Gutiérrez García

Introducción Teórica

Las fuerzas de campo se pueden estudiar en diversas formas, pero un enfoque desarrollado por Michael Faraday; este enfoque se refiere al campo eléctrico que se dice que existe en una región de espacio alrededor de un objeto cargado. El campo eléctrico ejerce una fuerza eléctrica sobre cualquier otro objeto cargado dentro del campo. Esto difiere del concepto de la ley de Coulomb; por lo que el campo eléctrico es un vector en el espacio denotado por la letra E y se define como la fuerza eléctrica F que actúa sobre una carga de prueba positiva o negativa colocada en un punto y dividida por la carga. La expresión matemática para calcular el campo eléctrico es la siguiente:

E=(F (N))/(q_0 (C) )

El campo eléctrico también puede representarse de manera gráfica y esto dependerá de la carga eléctrica a la que se le quiera determinar el campo eléctrico. Como se puede observar en la imagen el campo eléctrico en una carga positiva sale del mismo y en el caso de una carga negativa su campo eléctrico entra esto se utiliza con fines para resolución de problemas que involucren el campo eléctrico.

Se define como potencial eléctrico como el trabajo realizado para transportar un objeto de un punto a otro. Para el caso eléctrico, definimos el potencial eléctrico al trabajo que debe realizar un campo electrostático para mover una carga positiva desde el punto inicial hasta un punto de referencia, dividido entre la magnitud de la carga de prueba. La expresión matemática es:

V=W(Joule)/(q_0 (C) )=Volts

Equipo y material a utilizar

Un generador electrostático.

Un voltímetro electrostático.

Una esfera conductora hueca.

Una sonda eléctrica con cable.

Un péndulo electrostático.

Un electroscopio (o electrómetro).

Una vela.

Una cuba electrostática, aceite de ricino y aserrín.

Un retroproyector.

4 juegos de electrodos.

4 cables caimán-caimán. (1m)

4 cables banana-caimán. (1m)

Procedimiento experimental

En la parte práctica, se realizaran 3 experimentos para los cuales se usara diferente material y se tomaran lectura de diferentes datos, pues involucran diferentes partes experimentales.

1ra Parte. Determinación del campo eléctrico indirectamente

Primero que nada se desocupo la mesa de trabajo por completo para poder realizar el experimento y que no estorbaran cosas ajenas al experimento.

Se conectó la esfera hueca a la terminal positiva del generador electrostático con un cable banana-caimán se conectó el generador electrostático a la fuente de energía y se activó dicho generador al máximo para saber si esto estaba conectado correctamente se verifico esto con el electroscopio al acércalo las placas de aluminio se separaron.

Se puso cerca de la esfera hueca el péndulo electrostático el cual al final tenía una esfera con carga neutra, la esfera hueca acercaba a la esfera que no tenía carga estaban juntas un tiempo y después la esfera hueca ya no atraía a la esfera pequeña y la repelía pero cuando la repelía después la volvía a atraer pero con menos fuerza que la primera vez y así sucesivamente la volvía a atraer con menos fuerza. Este experimento se volvió a repetir pero ahora se colocó una cartulina debajo de las esferas, la esfera hueca se quedó estática y el péndulo se movió a unos 8 cm y en este punto la esfera pequeña se repelía ahora no se acercaba a la esfera hueca.

2a Parte. Materialización de las líneas de fuerza

En este experimento se utilizó la cuba electrostática de aceite y aserrín se conectaron dos electrodos semejantes con una separación que no se tocaran dichos polos de los electrodos para que las líneas del campo se pudieran observar claramente a las terminales del generador electrostático. El generador se activó pero poco a poco se fue elevando su potencia y se observó lo que estaba sucediendo en la cuba electrostática, las líneas de cada electrodo salían de la parte superior del electrodo como si fueran hacia el lado opuesto de la cuba y regresaban al mismo pero del lado contrario. La siguiente imagen describe un poco lo que sucedió en la cuba.

Se desactivo el generador electrostático y se retiraron estos electrodos que tenían forma de una línea recta se colocaron unos nuevos en forma circular pero de igual manera separados de manera que las líneas del campo permitieran que se observaran dichas líneas bien. Se volvió a activar el generador y en este caso las líneas del campo eléctrico igualmente salían del electrodo pero su recorrido era diferente. Nuevamente se cambiaron los electrodos ahora se escogieron círculos pero uno dentro del otro cuando se activó el generador y se empezó a subir la potencia las en el centro del anillo del medio no sucedía nada, en cambio entre los círculos las líneas salían del anillo que estaba dentro del otro y salían al anillo exterior este me pareció muy interesante saber cómo eran sus líneas de fuerza.

3ra Parte. Comportamiento del campo eléctrico en las cercanías de un conductor esférico electrizado.

Nuevamente se conectó la esfera hueca al generador electrostático, también se conectó a la terminal positiva del voltímetro electrostático a la sonda y su terminal negativa a la terminal negativa del generador. Con ayuda de la cartulina la esfera hueca se puso en el 0 en la escala marcada en la cartulina y la sonda se colocó a unos 18 cm; esto fue para estabilizar el voltaje cuando se activara el generador electrostático; cuando fue estabilizada la sonda se separó a una distancia de 30 cm en la misma línea. Se comenzaron a tomar lecturas de la medición del voltaje ahora la sonda se iba acercando cada 2 cm para tomar una nueva lectura de voltaje y registrar las lecturas, hasta llegar a una distancia de 14 cm ya que si se continuaba realizando este experimento la lectura iba a rebasar lo máximo que puede leer el voltímetro.

Los datos tomados en cada lectura se muestran a continuación

Datos

V(kV) 4.90 5.10 5.25 5.40 5.55 5.70 5.85 6.00 6.25

r(cm) 30 28 26 24 22 20 18 16 14

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