Práctica 1 Campo Eléctrico

Práctica 1

 Campo Eléctrico

Materia:
Laboratorio de Física II

Fecha:
Realización - 15 de enero de 2016
Entrega – 22 de enero de 2016

• Objetivos:

• Entender el concepto de campo eléctrico
• Aprender como calcular el campo eléctrico asociado con las cargas que se distribuyen a través de un objeto
• Entender como las líneas de campo eléctrico pueden usarse para describir la magnitud y dirección del campo eléctrico en una pequeña región del espacio.

• Resumen:

Como alumnos, las prácticas de física mediante la experimentación, nos apoyan a desplegar destrezas necesarias de la Física práctica y de la relación entre la teoría con la experiencia, además de presentar conocimientos para el auxilio de la resolución a problemas encontrados en la naturaleza.

1. INTRODUCCIÓN:

Durante la práctica se observará un ejemplo del campo eléctrico, así como fenómenos que se relacionan con el éste.

-Campo eléctrico. Un campo eléctrico, se representa con un modelo que hace la descripción entre cuerpos y sistemas con propiedades que se encuentran en la naturaleza de la electricidad. Se crea cuando concurre una carga y constituye la relación entre ésta y otra carga en el instante de establecer la interacción entre uno y otro además de las fuerzas ejercidas. [1]

[pic 1]

Tiene carácter vectorial, por lo que se tipifica por medio de líneas de campo, como se observa en las figuras. 

* Imagen 1, líneas vectoriales. Tomada de [1]

-Ley de Coulomb: Coulomb estableció la ley fundamental de la fuerza eléctrica entre dos partículas cargadas estáticamente.

La Ley describe la relación entre fuerza, carga y distancia. Dos cargas eléctricas ejercen entre sí una fuerza de atracción o repulsión.

Demostró que la fuerza que ejercen entre sí dos cuerpos eléctricamente cargados, es directamente proporcional al producto de sus masas eléctricas o cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. [2]

Dicho de manera algebraica:

[pic 2]

-Carga: Una Carga Eléctrica es una unidad considerada en el Sistema Internacional de Unidades (SIU), y su definición es la siguiente:

“La cantidad de carga que pasa por la sección transversal de un determinado conductor eléctrico durante el lapso de un segundo y cuando la corriente eléctrica es de un amperio.”

Existen dos tipos de cargas eléctricas, una denominada positiva y otra carga denominada negativa, según Charles-Agustín de Coulomb en la llamada “Ley de Coulomb”.[3]

-Interacción entre cargas:   Las interacciones eléctricas son las responsables de las interacciones en átomos y moléculas, mientras que la interacción gravitatoria resulta ser demasiado débil para justificar estas estructuras: la interacción eléctrica es del orden de magnitud requerido para producir el enlace entre átomos para formar moléculas, o el enlace entre electrones y protones para formar átomos.

Las partículas pueden tener carga positiva o negativa. al interactuar dos o más cargas sucede lo siguiente: cargas de mismo signo se repelen, cargas de distinto signo se atraen.  [4]

*Imagen 2: Interacción entre cargas

[pic 3]

-Experimentos de Franklin

Uno de los científicos que realizó grandes aportaciones a la ciencia, fue Benjamín Franklin ya que además de plantear la naturaleza de la electricidad en los rayos, postula su origen eléctrico y realizó una serie de experimentos para la demostración.

En el ámbito de la electricidad, posiblemente su aportación más importante fue la invención del cometa y el lanzamiento de ésta en la mitad de una tormenta.[pic 4]

“Mientras estaba seco (el cordel) no pasaba nada, pero al mojarse se hacía conductor de la electricidad. Franklin ponía el cordel atado a una llave. En la llave se veía fluir la electricidad, por ejemplo, al acercar la mano saltaban chispas. Franklin logró encender alcohol con esas    *Imagen  3: experimento de Franklin         chispas”.  [5]

-Máquina Electrostática: La máquina de Wimshurst es un generador electrostático de alto voltaje desarrollado entre 1880 y 1883 por el inventor británico James Wimshurst.[pic 5]

La máquina está constituida por dos discos sobre un eje, los cuales se encuentran paralelamente posicionados, estos pueden girar en sentido contrario gracias a un manubrio que el usuario hace rotar. Los discos tienen estaño pegado en sus orillas que son frotados al girar con pinceles de cobre. Los pinceles están directamente conectados a conductores independientes, aislados por columnas aislantes.

 *Imagen 4: Máquina de       En comunicación con los conductores hay dos

            Whimshurst              condensadores. Para aumentar la intensidad. [6]

1. Desarrollo

• Actividad 1

Para investigar la naturaleza vectorial de un campo eléctrico podemos usar una esferita de poli estireno, cubierta de papel aluminio y amarrada a un pedazo de hilo, con carga positiva (inducirle una carga positiva con una varilla de vidrio que haya sido frotada con un pedazo de seda o poliéster), como carga de prueba.

• Para esta práctica se necesita:

• Esfera de prueba cubierta de papel aluminio.
• Varilla de vidrio
• Varilla de plástico
• Pedazo de seda o poliéster.
• Pedazo de piel o peluche.  

• Procedimiento:

• Se carga la varilla de vidrio, y sostenerla en posición vertical, La carga en la varilla de vidrio es la fuente del campo eléctrico.
• Se sostiene la carga de prueba del hilo y muévela alrededor de la varilla.
• Se fija uno en la dirección y magnitud de la fuerza e varios puntos alrededor de la varilla.

NOTA: Por convención los físicos siempre colocan la parte posterior del vector campo E en el punto de interés en el espacio, más que en la carga que provoca el campo.

• Se realiza un diagrama cualitativo de algunos de los vectores del campo eléctrico que rodean la parte izquierda de la varilla, utiliza los puntos marcados. La longitud del vector debe indicar, aproximadamente, la magnitud relativa del campo y por supuesto la dirección del vector debe indicar la dirección del campo, por ejemplo; si el campo E es más fuerte en un punto que en otro haz el vector más largo. No se olvida poner el final del vector en el punto de interés, no en la varilla de vidrio.
• Se utiliza ahora una varilla de plástico para crear un campo eléctrico como resultado de la distribución de una carga negativa. Se dibuja los vectores del campo eléctrico con magnitud y dirección.

• Actividad 2

En esta actividad se va a estudiar la formación de las líneas de Campo Eléctrico en diferentes situaciones. El campo eléctrico lo vamos a inducir por medio de la Máquina de Whimhurst en cuatro placas diferentes. En cada caso vamos a contar con una carga positiva y una negativa. Lo importante para cada caso es conocer el arreglo que adquieren las líneas de Campo Eléctrico y lo que sucede en las cercanías de las cargas.

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