Campo Electrico

PRÁCTICA 3: CAMPOS ELÉCTRICOS.

12 marzo de 2014

Laboratorio de Física II. FS2281

RESUMEN

En el presente ensayo se describe la medición de un diferencial de potencial (V) como método para calcular el campo eléctrico (E) en un arreglo experimental, además de conocer la relación en la variación del potencial con la posición espacial de los electrodos. Otro concepto que se explica en esta práctica de laboratorio es el fenómeno de Apantallamiento Electrostático en un conductor. Se observa que al medir un diferencial de potencial entre unas varas paralelas metálicas en una línea recta perpendicular a las varas, se obtiene un campo eléctrico uniforme debido a un comportamiento lineal entre la distancia y el potencial siendo la pendiente el valor del campo (E). Otra observación importante en la práctica es la simetría de las líneas de campo y equipotenciales de un anillo conductor, en esta parte experimental se obtuvo que las líneas equipotenciales son similares a la simetría del anillo, es decir circulares, mientras que la dirección del campo eléctrico es tangencial a las líneas equipotenciales. Por último se comprobó que el efecto de apantallamiento en un conductor ocurre sólo en el interior del mismo, al medir la diferencia de potencial fuera del conductor el apantallamiento no tiene efecto.

INTRODUCCIÓN

Toda carga crea en el espacio que lo rodea un campo eléctrico vectorial (E) y un campo de potencial eléctrico escalar (V) [1]. En general, la dependencia espacial explícita del campo (E) y el potencial (V) depende de la forma como espacialmente estén distribuidas las cargas.

El campo eléctrico (E), es representado por líneas de fuerza que son tangentes a la dirección del campo en cada uno de sus puntos, en donde se considera que el campo es la región del espacio en donde se sienten los efectos producidos por éste.[1]Mientras que la diferencia de potencial entre dos puntos (1 y 2) de un campo eléctrico es igual al trabajo que realiza dicho campo sobre la unidad de carga positiva para transportarla desde el punto 1 al punto 2.[1,2]

El potencial (V) es una magnitud que permite caracterizar el campo eléctrico (E). La relación matemática entre ambos se expresa diciendo que el campo es igual al gradiente (negativo) del potencial (Ec. 1). El signo menos indica que la orientación del campo es la que coincide con el sentido hacia el que el potencial decrece. [2]

□E=-∆V=δV/δx î+δV/δy ĵ+δV/δz ĸ Ec. 1

Las líneas de campo se dirigen desde la zona donde el potencial es mayor hacia donde es menor. A su camino atraviesan las superficies equipotenciales.[1]

Otro fenómeno importante a conocer en esta práctica de laboratorio, será el apantallamiento electrostático, fenómeno usado para proteger dispositivos de cargas eléctricas, es conocido comúnmente como Jaula de Faraday.[3]

Podemos decir que por medio de este informe se buscan ampliar los conceptos que se han dado de forma teórica en cursos anteriores, y profundizar y aplicar los principios de electroestática en nuestras vidas, para así entender la importancia que ésta tiene.

SECCIÓN EXPERIMENTAL

Campo Eléctrico Uniforme

En una cuba con aguase colocaron dos electrodos rectos separados una distancia d=20cm, mediante los contactos de punta se conectó los electrodos a la salida de la fuente de poder con 12 V. Se conectó el terminal común del voltímetro al electrodo de referencia y la otra punta se desplazó a lo largo del eje x y se midió el potencial tomando puntos separados por 0,5 cm.

Campo Eléctrico con simetría radial

Se cambiaron los electrodos paralelos por un anillo metálico grande y se colocó en el centro un electrodo de punta. Se conectó el terminal de referencia al anillo y el otro al electrodo en el centro. Se buscó las coordenadas (x, y) para diferentes puntos dentro del anillo que dieran potenciales iguales. Se repitió el procedimiento hasta conseguir 5 líneas equipotenciales distintas. Otra parte de esta experiencia de laboratorio consistió en medir la potencia V en función de la distancia radial (r) al electrodo central.

Apantallamiento Electrostático

Se colocó un electrodo recto frente a un electrodo de punta y se conectó a la fuente de poder, seguidamente se midió la diferencia e potencia entre ambos puntos separados 2 cm y luego se midió la diferencia de potencial pero ahora dentro de un anillo. También se midió la diferencia de potencial pero ahora fuera del anillo

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la primera experiencia de laboratorio se midió la variación de la diferencia de potencial entre dos electrodos paralelos a medida que nos desplazábamos por una línea recta perpendicular a éstos. Si se observa la gráfica 1 se puede apreciar el comportamiento del voltaje con respecto a la distancia entre los electrodos.

Se observa una dependencia lineal entre la diferencia de potencial y la distancia entre los electrodos, representando la pendiente de esta curva el valor del campo eléctrico que sienten los electrodos

Grafica 1: Relación de la diferencia de voltaje con la distancia.

El fenómeno físico que ocurre sigue la expresión matemática E= -(dV/dr) donde el campo es uniforme y va en sentido a la distancia desplazada en el eje x, es decir las líneas de campo van en dirección al eje X. Se observa una pendiente negativa y se puede determinar entonces que para esta práctica el campo vale E=0,547 V⁄m

La siguiente parte de la práctica de laboratorio consistió en determinar las líneas equipotenciales, en este caso con un anillo metálico. Las líneas equipotenciales son únicas para cada potencial, no se puede tener líneas equipotenciales que crucen, por lo tanto no se pueden tener dos potenciales distintos para un mismo punto en el plano[4]. Con este concepto aclarado se buscó diferentes puntos del

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