Instituto de Ciencias FISICAS

Informe: Campo y Potencial eléctrico

OBJETIVOS

a) Demostrar que en interior de un conductor el campo eléctrico es nulo.b) Observar para las diferentes distribuciones de carga las correspondientes líneas

de campo eléctrico.c) Determinar para diferentes carga las correspondientes superficies

equipotenciales.d) Verificar que las superficies equipotenciales son perpendiculares a las líneas de

campo eléctrico.

RESUMEN:

En esta práctica se demostró que en el interior de un conductor, el campo eléctrico es nulo, para esto se observó lo que pasa cuando un electroscopio se acerca a un generador y luego acercando el mismo electroscopio pero encerrándolo en una caja metálica.

También se observó para diferentes distribuciones de carga las correspondientes líneas de campo eléctrico, esto se evidenció al ver como las partículas de madera, dentro de aceite y conectadas a dos pinzas metálicas que reciben carga de diferente signo, se alineaban de diferentes formas cuando se cambiaban las distribuciones de carga.

A demás se pudo verificar que las líneas equipotenciales son perpendiculares a las líneas de campo eléctrico utilizando una placa conductora y un electrodo conectado a un voltímetro.

Abstract

In this lab showed that inside a conductor, the electric field is zero, this was observed for what happens when an electroscope approaches a generator and then approaching the same electroscope but locking him in a metal box.

Also observed for different charge distributions corresponding electric field lines, this was evidenced by seeing how wood particles within oil and metal clamps connected to two load receiving different sign, lined with different shapes when changing charge distributions.

In others it could be verified that the equipotential lines are perpendicular to the electric field lines using a driver plate and an electrode connected to a voltmeter.

INTRODUCCIÓN

Es toda región del espacio que rodea una carga eléctrica estática, tal que al acercar otra carga eléctrica positiva de prueba, se manifiesta una fuerza de atracción o de repulsión.

El campo eléctrico se manifiesta alrededor del espacio volumétrico de una carga electrostática como un campo de fuerzas conservativas, el cual se puede detectar

mediante la ubicación de una carga positiva q de prueba en esta región. El campo eléctrico es una cantidad vectorial y por lo tanto tiene magnitud, dirección y sentido.

E⃗= F⃗q

Formula 1.

Líneas de campo (o líneas de fuerza) son líneas imaginarias que ayudan a visualizar cómo va variando la dirección del campo eléctrico al pasar de un punto a otro del espacio. Indican las trayectorias que seguiría la unidad de carga positiva si se la abandona libremente, por lo que las líneas de campo salen de las cargas positivas y llegan a las cargas negativas.

Potencial eléctrico. 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.

V = E d [V] donde 1V = 1J/C Formula 2.

Las superficies equipotenciales constituyen una forma de describir completamente un campo eléctrico. Una superficie equipotencial es el lugar geométrico de los puntos que están a un mismo potencial.

Θ

Figura 1. Carga negativa Figura 2. Carga positiva Figura 3. Dipolo eléctrico

Figura 4. Líneas de campo eléctrico (rojo) y líneas equipotenciales (azul)

EQUIPOS Y MATERIALES

Generador de Van de Graaff Jaula metálica Electroscopio Retroproyector

Cubeta de acrílicos Juego de piezas metálicas Aceite de ricino y esferas de plástico Cables de conexión

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Demostración de que en el interior de un conductor el campo eléctrico es nulo.

Se enciende el generador de Van de Graaff.a) Se acerca al electroscopio como se muestra en la Figura 5, observe lo que ocurre con la aguja del electroscopio y regístrelo en su informe.b) Se encierro al electroscopio dentro de una jaula metálica como se indico en la Figura 6, observe lo que ocurre con la aguja del electroscopio y regístrelo en su informe.

2. Líneas de Campo Eléctrico.

Se coloca sobre el retroproyector una cubeta de acrílico, dentro de la cual se vierta aceite hasta cubrir la base, dejando caer sobre esta capa de aceite granitos de madera. Luego se disponen dos conectores alrededor de la cubeta, en donde se ajustan dos piezas metálicas, las cuales van a recibir cargas eléctricas de diferente signo, como se muestra en la figura 7. Esto producirá un alineamiento de las esferas de plástico, que formará las llamadas líneas de campo eléctrico. Observe las diferentes configuraciones (se recomienda hacer por lo menos cuatro) que se forma y regístrelas en su informe.

3. Superficies Equipotenciales.

Figura 5. Electroscopio junto a un generador Figura 6. Electroscopio encerrado en una caja metálica junto a un generador

Figura 7. Forma de ubicar los equipos Exp.2

Arme el equipo como se muestra en la figura 8. En la hoja de informes de esta práctica, trazar las superficies equipotenciales para cada distribución de carga. Observando el patrón de superficies equipotenciales, trazar las correspondientes líneas de campo eléctrico y señalar la región donde el campo eléctrico es más intenso.

OBSERVACIONES Y DATOS

1. Demostración de que en el interior de un conductor el campo eléctrico es nulo.

a) Observación del electroscopio cuando se acerca al generador de Van de Graaff

Cuando el electroscopio es acercado al generador de Van de Graaff cargado, la aguja del electroscopio se alejaba de su posición inicial, mientras alejábamos el electroscopio del generador la aguja tendía a volver a su posición inicial.

Figura 8. Forma de ubicar los equipos Exp.3

Figura 9. Electroscopio muy cerca del generador Figura 10. Electroscopio distante del generador

b) Observación del electroscopio cubierto con la jaula metálica cuando se acerca al generador de Van de Graaff.

Cuando acercamos el electroscopio pero encerrado en una jaula metálica al generador que estaba cargado, se pudo observar que la aguja del electroscopio no se movía de su posición inicial por más que acercábamos el electroscopio al generador.

2. Líneas de Campo Eléctrico.Para cada configuración de cargas se observó que las líneas de campo eléctrico cambiaban. También se pudo ver que en los picos de los conductores existen más líneas de campo eléctrico.

Figura 11. Electroscopio encerrado en una caja metálica cerca del generador

Figura 12. Anillos

Figura 15. En pico 2Figura 14. Paralelos

Figura 13. En pico

3. Superficies Equipotenciales.Las líneas equipotenciales se dibujaron de la siguiente manera.

Figura 17. Electrodo en forma paralela

Figura 16. Equipos de la práctica

Conductor 1cm

Líneas equipotenciales

Figura 18. Líneas equipotenciales

DISCUSIÓN

Las líneas de campo van del lado positivo al negativo, y que en superficies donde existen “picos” hay mas presencia de líneas de campo.

En placas paralelas, las superficies equipotenciales son paralelas a las placas, asimismo las líneas campo son perpendiculares a las placas y van de una placa a la otra en línea recta. Cabe agregar que en los extremos de las placas se pierde uniformidad en las líneas de campo debido a que las placas se empiezan a comportar como fuentes puntuales.

CONCLUSIONES

Se demostró que en el interior de un conductor el campo eléctrico es nulo ya que la carga se queda distribuida en su superficie. Por lo tanto el potencial es constante debido a la formula 2.

Las líneas de campo eléctrico son perpendiculares a la superficie del conductor y que en los picos hay mas líneas de campo eléctrico debido a que ahí se concentra más carga.

También demostramos que las líneas o superficies equipotenciales son perpendiculares a las líneas de campo eléctrico en todos sus puntos.

ANALISIS

a) ¿Porqué la aguja del electroscopio se levanta al acercarse al generador de Van de Graaff?

Porque esta dentro del campo que es generado por el generador de Van de Graaff y por lo tanto hay una fuerza eléctrica de atracción o repulsión.

b) ¿Por qué la aguja del electroscopio no se levanta al acercarse al generador de Van de Graaff cuando se encuentra dentro de una jaula metálica?

Porque la carga del campo se distribuye a través de la superficie de la jaula y en su interior no; por lo tanto el campo eléctrico en su interior es cero.

c) ¿Por qué las líneas de campo eléctrico son perpendiculares a las superficies equipotenciales?

Porque van en la dirección para la que el cambio de potencial por unidad de distancia es máximo.

RECOMENDACIONES

En el experimento 1 cuando se carga el generador de Van de Graaff, es importante que se descargue cada vez que se lo utilice por seguridad.

Cada vez que se cambie la configuración de los electrodos en el experimento 2 se recomienda mover las partículas de madera, para observar mejor el alineamiento de las mismas.

Utilizar bien los equipos como por ejemplo en el experimento 3 conectar correctamente los cables para evitar confusiones, usar cables de diferentes colores.

BIBLIOGRAFIA

Guía de Laboratorio de Física C. ICF - ESPOL. Revisión IV

http://www.cecyt7.ipn.mx/recursos/polilibros/Fisica%203/141-_definicion_de_campo_electrico.html

http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/electro/campo_electr.html

http://www.ecured.cu/index.php/Potencial_el%C3%A9ctrico