Práctica # 1: Campo Eléctrico y Potencial Eléctrico

Instituto Politécnico Nacional Image

Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y Administrativas

Laboratorio de Física

Laboratorio de Electromagnetismo

Práctica # 1

Campo Eléctrico y Potencial Eléctrico

Profesor: Enrique Silviano Sánchez Ramírez

Equipo #

Integrantes:

Salas Aguila Luis Antonio 2013601288

Fecha de realización: 08/18/14

Fecha de entrega: 08/25/14

Evaluación:

Índice

Objetivos………………………………………………………..

Marco Teórico…………………………….

Material y equipo empleado…………………….

Material y Equipo empleado………………..

Desarrollo………………………………………….

Cálculos y graficas……………………………………………….

Observaciones……………………………………………………

Conclusiones…………………………….………………………

Bibliografía…………………………….…………………………….

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Práctica #1 Campo Eléctrico y Potencial Eléctrico

Objetivos:

Detectar la existencia de campo eléctrico en la vecindad de este.

Analizar el efecto que este campo ejerce sobre un material colocado dentro de él.

Obtener una descripción gráfica del campo eléctrico para diferentes arreglos de electrodos.

Medir el potencial electrostático en puntos cercanos a la superficie de un conductor esférico.

Determinar la relación entre el potencial electrostático y la distancia al centro de la configuración de la carga.

Determinar una relación entre la magnitud de la intensidad del campo eléctrico en un punto y la distancia de este punto al centro de la configuración de la carga.

Delimitar la validez de las relaciones encontradas en los objetos 5 y 6.

Marco teórico:

Se ha visto en experimentos que al frotar una barra de vidrio adquiere la propiedad de atraer pequeños pedazos de papel u otro objeto que haya sido frotado previamente; un aspecto relevante de esta interacción (fuerza) es que esta se lleva a cabo sin que haya contacto entre los objetos en cuestión, es decir a través del espacio, a esta interacción se le conoce como interacción a distancia, ya que no es necesario que los objetos se toquen.

Ahora, para que un objeto sienta la presencia de otro sin que se toquen, es necesario que ambos tengan las mismas propiedades, esto es, en el campo gravitacional, masa; en el caso electrostático, carga eléctrica.

Así que, tomando como referencia cualquiera de los objetos de estudio, este modificará el espacio a su alrededor (como una bola en una cama elástica) a este espacio rodeante que ha sido modificado se le conoce como “campo”, en el caso gravitacional se le llama “campo gravitacional” y en el electrostático “campo eléctrico”. Ahora cuando un objeto prueba entra en el campo de referencia o generador, entonces éste último sentirá la presencia del otro, mediante una atracción o una repulsión.

Así se puede definir cualitativamente a ese algo que rodea a un objeto electrizado como un campo eléctrico, a la magnitud de este campo eléctrico lo denotaremos como E. Ahora el concepto de campo, es un concepto matemático, el cual se define a base de ciertas propiedades que tiene el campo. Así que el campo eléctrico E es un campo vectorial, por lo que para estudiarlo se tienen que medir su magnitud (tamaño), dirección y sentido; pero esto no es posible; así que para estudiarlo debemos hacer una medición indirecta mediante el concepto de diferencia de potencial, que es un concepto escalar.

La diferencia de potencial ([Equation]V) en términos prácticos se conoce como voltaje y es medido mediante un voltímetro, y la relación entre la magnitud de E y [Equation]V es una relación directamente proporcional. Esta función se define en términos del trabajo realizado al desplazar una carga pequeña y positiva dentro de un campo eléctrico.

Para encontrar una relación explícita entre E y V como lo requiere el procedimiento experimental, se hace lo siguiente:

Se consideran dos puntos muy cercanos dentro del campo; debido a su cercanía, el campo eléctrico en ambos no será muy diferente, así se puede tomar a E (campo promedio) como el valor del campo en el centro del intervalo, de acuerdo a esto, la diferencia de potencial entre dos puntos será aproximadamente:

[Equation]V = E·[Equation]r (1)

Donde E es la magnitud del campo eléctrico en el centro del intervalo. La relación anterior permite determinar el campo eléctrico midiendo la diferencia de potencial entre dos puntos cercanos.

Otra forma de cuantificar aproximadamente E la ideó M. Faraday, es una forma gráfica de visualizar este campo a través de sus llamadas “líneas de fuerza”, líneas que deben dibujarse de acuerdo a los siguientes lineamientos considerando una carga positiva pequeña colocada en el punto (o puntos) donde se van a dibujar éstas:

La dirección de la tangente a una línea de fuerza debe coincidir con la dirección de la fuerza que genera el campo en ese punto.

La cantidad de líneas por unidad de área (densidad) debe ser proporcional a la magnitud del campo en una región determinada.

El sentido de estas líneas queda determinado por el sentido de la fuerza que experimenta la carga (pequeña y positiva) colocada en cada punto.

Se debe tomar en cuenta que estas líneas de fuerza son solo una conceptualización gráfica que permite una visualización sencilla del campo eléctrico.

Una forma experimental de “materializar” estas líneas se puede llevar a cabo por el efecto de inducción que ejerce este mismo campo sobre un material conductor o bien el efecto de polarización que ejerce este mismo campo sobre un material dieléctrico, cuando ellos se “sumergen” en el campo eléctrico.

Es obvio que a pesar de que la carga que aparece en ambos casos es de magnitud, habrá un par de fuerzas y una fuerza neta actuando sobre el objeto que se encuentra dentro del campo, el efecto de estas fuerzas será:

Una rotación del objeto alrededor de su centro de masa.

Una probable translación del objeto hacia la acumulación de carga y la viscosidad del medio.

Si se tienen muchos objetos (por ejemplo aserrín) sumergidos dentro del campo eléctrico el efecto formará las líneas de fuerza. Ahora, como el campo eléctrico ya se puede encontrar, entonces se puede definir un flujo eléctrico [Equation]es decir una cantidad de líneas que atraviesan una superficie:

[Equation]

Donde [Equation] es el ángulo que hacen el vector área y el vector de campo eléctrico.

Cuando el flujo eléctrico se multiplica por la constante electrostática [Equation], se tiene la carga eléctrica, entonces, [Equation] = [Equation] = Q, cuando la superficie es cerrada y ésta encierra una carga, se tiene a ley de Gauss. Aquí a la superficie se le conoce como superficie gaussiana o superficie envolvente y la carga es la carga encerrada.

Fenómeno electrostático.

A continuación se describen diferentes tipos de fenómenos, tales como la lluvia eléctrica, los truenos o el relámpago, e incluso se responde una pregunta muy común y que fue resuelta probablemente desde los tiempos de Tales de Mileto, donde fue el mismo quien la respondió, pero que realmente no se hizo hincapié hasta la modernismo, esta pregunta es, ¿cómo se carga el cuerpo humano, y por qué?; para comenzar se dará la respuesta a la ultima pregunta y se explicará, para después dar paso a la explicación de otros fenómenos electrostáticos.

¿cómo se carga el cuerpo humano, y por qué?

Para dar respuesta a lo anterior hay que hablar un poco de la Triboelectricidad; Se denomina Triboelectricidad a la parte de la electrología que estudia las razones por las que dos cuerpos se cargan cuando se friccionan. La Electrostática estudia las variables en torno a un cuerpo cargado pero en equilibrio, y los efectos electrostáticos se producen cuando se descarga en forma brusca un cuerpo eléctricamente cargado. Fue Tales de Mileto (630 aC) el que observó y analizó el problema por primera vez. De allí́ que el primer trabajo científico serio en la historia de esta ciencia fue el ordenamiento de los materiales de acuerdo con su capacidad de electrizarse, de distinto experimentos, surgió una tabla que muestra la clasificación de materiales, donde mientras más alejados estén estos, más se electrificarán. Debemos tener en cuenta que el cuerpo humano se puede cargar eléctricamente de distintas maneras, pero una de las más comunes es cuando damos un paso sobre pisos sintéticos con zapatos de goma por ejemplo y generamos tensiones de miles de voltios, cargando así nuestro cuerpo, por

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