Campo Electrico Laboratorio

1. INTRODUCCION.

2. MARCO TEORICO.

Campo eléctrico

ente físico que es representado mediante un modelo que describe

la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de

naturaleza eléctrica. Matemáticamente se describe con un campo

vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q

sufre los efectos de una fuerza mecánica F dada por la siguiente

ecuación:

el campo eléctrico en un punto del espacio depende, esencialmente,

de la distribución espacial de las cargas eléctricas y de la

distancia de estas al punto donde se desea conocer el campo.

El vector campo eléctrico E en un punto dado del espacio se

define en termino de la fuerza eléctrica F que la distribución de

cargas ejerce sobre la carga de prueba positiva q colocada en

ese punto. Operacionalmente:

Su dirección y sentido correspondiente con la de la fuerza F.

Una descripción grafica y cualitativa del campo eléctrico puede

darse en términos de las líneas de campo, definidas como aquellas

curvas para las cuales el vector como campo eléctrico es

tangente a ella en todos sus puntos. Estas líneas de campo están

dirigidas radialmente hacia fuera, prolongándose al infinito,

para una carga puntual positiva; y están dirigidas radialmente

hacia la carga si esta es negativa.

FUERZA ELECTRICA

Entre dos o más cargas aparece una fuerza denominada fuerza

eléctrica cuyo módulo depende de el valor de las cargas y de la

distancia que las separa, mientras que su signo depende del

signo de cada carga. Las cargas del mismo signo se repelen entre

sí, mientras que las de distinto signo se atraen.

La fuerza entre dos cargas se calcula como:

q1, q2 = Valor de las cargas 1 y 2

d = Distancia de separación entre las cargas

Fe = Fuerza eléctrica

POTENCIAL ELECTRICO

El potencial eléctrico en un punto 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.

Métodos para cargar un cuerpo

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

De manera equivalente, el potencial eléctrico es

Trabajo eléctrico y energía potencial eléctrica

Considérese una carga puntual q en presencia de un campo eléctrico. La carga experimentará una fuerza eléctrica. Se define como el trabajo "W"

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 generada por el campo eléctrico. Esta fuerza deberá tener la misma magnitud que la primera, pero sentido contrario, es decir:

(1)

Diferencia de Potencial eléctrico

Considérese una carga de prueba positiva en presencia de un campo eléctrico y que se traslada desde el punto A al punto B conservándose siempre en equilibrio. Si se mide el trabajo que debe hacer el agente que mueve la carga, la diferencia de po-tencial eléctrico se define como:

El trabajo uede ser positivo, negativo o nulo. En estos casos el potencial eléctrico en B será respectivamente mayor, menor o igual que el potencial eléctrico en A. La unidad en el SI para la diferencia de potencial que se deduce de la ecuación anterior es Joule/Coulomb y se representa mediante una nueva unidad, el voltio, esto es: 1 voltio = 1 joule/coulomb.

Usualmente se escoge el punto A a una gran distancia (en rigor el infinito) de toda carga y el potencial eléctrico esta distancia infinita recibe arbitrariamente el valor cero. Esto permite definir el potencial eléctrico en un punto poniendo

elimi-nando los índices:

Superficies equipotenciales

Las superficies equipotenciales son aquellas en las que el potencial toma un valor constante. Por ejemplo, las super-ficies equipotenciales creadas por cargas puntuales son es-feras concéntricas centradas en la carga, como se deduce de la definición de potencial (r = cte).

Superfices equipotenciales creadas por una carga puntual posi-tiva (a) y otra negativa (b)

Si recordamos la expresión para el trabajo, es evidente que cuando una carga se mueve sobre una superficie equipo-tencial la fuerza electrostática no realiza trabajo, puesto que la ΔV es nula.

Por otra parte, para que el trabajo realizado por una fuerza sea nulo, ésta debe ser perpendicular al desplazamiento, por lo que el campo eléctrico (paralelo a la fuerza) es siempre perpendicular a las superficies equipotenciales. En la figura anterior (a) se observa que en el desplazamien-to sobre la superficie equipotencial desde el punto A hasta el B el campo eléctrico es perpendicular al desplazamiento.

Las propiedades de las superficies equipotenciales se pue-den resumir en:

◦ Las líneas de campo eléctrico

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