DENSIDAD DE CARGA Y CAMPO ELÉCTRICO

OBJETIVOS

• Determinar la densidad y distribución de las cargas en un conductor de geometría conocida.

• Obtención de las líneas de campo y equipotenciales para diversas configuraciones puntuales de cargas eléctricas.

MARCO TEÓRICO

“DENSIDAD DE CARGA Y CAMPO ELECTRICO”

DENSIDAD DE CARGA

La electricidad se distribuye en la superficie exterior de los conductores. Parece extraño que estando cargado eléctricamente un cuerpo conductor no tenga absolutamente ninguna carga en su interior; pero esto es explicable porque como las cargas son todas del mismo signo, se rechazan entre sí y van a la superficie exterior, pues así están lo más lejos posible unas de otras.

• La densidad de carga (σ) mide la distribución superficial de carga por cada unidad de área, se representa por σ que a su vez es:

CAMPO ELÉCTRICO

Campo eléctrico, región del espacio donde se ponen de manifiesto los fenómenos eléctricos. Se representa por E y es de naturaleza vectorial (véase Vector).

En el Sistema Internacional de unidades el campo eléctrico se mide en newton/culombio (N/C). La región del espacio situada en las proximidades de un cuerpo cargado posee unas propiedades especiales.

Si se coloca en cualquier punto de dicha región una carga eléctrica de prueba, se observa que se encuentra sometida a la acción de una fuerza.

Si E es la intensidad de campo, sobre una carga Q actuará una fuerza:

F = Q • E

La dirección del campo eléctrico en cualquier punto viene dada por la de la fuerza que actúa sobre una carga positiva unidad colocada en dicho punto.

Las líneas de fuerza en un campo eléctrico están trazadas de modo que son, en todos sus puntos, tangentes a la dirección del campo, y su sentido positivo se considera que es el que partiendo de las cargas positivas termina en las negativas.

Dos cargas puntuales del mismo valor y positivas.

La intensidad de un campo eléctrico creado por varias cargas se obtiene sumando vectorialmente las intensidades de los campos creados por cada carga de forma individual.

La interacción entre cuerpos cargados en reposo se efectúa por medio del concepto de campo eléctrico. Toda carga hace que varíen las propiedades del espacio que la rodea, crea en él un campo eléctrico.

Líneas de campo y equipotenciales

Las líneas de campo también se conocen como líneas de fuerza, son muy útiles en el aspecto cuantitativo de un problema, especialmente cuando existen complicaciones geométricas y su propiedad fundamental es que el vector intensidad del campo es tangente a las líneas de fuerza. El vector del campo eléctrico en un punto sobre un diagrama equipotencial es perpendicular al equipotencial a través de dicho punto y tiene una magnitud inversamente proporcional a la distancia entre curvas cerca del punto, como se muestra:

Equipotencial y el vector de intensidad de campo eléctrico

Para una carga puntual las líneas de fuerza son líneas rectas que pasan por la carga, las equipotenciales son superficies esféricas concéntricas, como se muestra:

Líneas de campo y equipotenciales para una carga puntual.

En las siguientes figuras se pueden ver las líneas de fuerza y las equipotenciales para dos cargas iguales de signos opuestos y dos cargas del mismo valor y positivas.

Dipolo de cargas iguales y de signos opuestos

EQUIPOS Y MATERIALES

DESCRIPCION CANTIDAD

Computadora personal 1

Interfase Science Workshop 750 1

Kit para mapeo de campo eléctrico.* 1

Electrómetro 1

Probadores planos (Aluminio) 1

Cubeta de Faraday 1

Esferas conductoras 1

Fuente de voltaje electrostática 1

Sensor de carga 1

Calibrador Vernier 1

COMPUTADORA

Probadores Planos

PROGRAMA DATASTUDIO

Electrómetro

Kit para mapeo de campo eléctrico

Cubeta de Faraday

Esferas conductoras

Sensor de carga

PROCEDIMIENTO

...