ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORALINSTITUTO DE CIENCIAS FÍSICAS

LABORATORIO DE FISICA B

Título de la práctica:Campo y Potencial Eléctrico

Profesor:Ing. José Sacarelo

Grupo #: 5

Integrantes:Robert Roca Figueroa

Luis Luna TenecelaJonathan Rueda Palacios

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Fecha de entrega del informe:Viernes, 11 de noviembre de 2011

Paralelo: 14

Término – Año: II Término 2011

RESUMEN:

En el primer experimento.- Al acercar el electroscopio al Generador de Van de Graaff, se puede visualizar las líneas de campo eléctrico, estás aumentan cuanto más cerca se encuentren, y si lo alejamos, ocurre lo contrario. Para el mismo electroscopio pero esta vez encerrado en una jaula metálica, se la acercó al Generador de Van de Graaff y no tuvo efecto, por lo que se demostró que en el interior de un conductor, el campo eléctrico E es nulo.En el segundo experimento.- Al cargar los electros por los polos estos son forzados a tomar la forma de líneas de campo debido a la fuerza electrostática.En el tercer experimento.- al trazar las superficies equipotenciales de un cuerpo cargado, se observa que éstas siguen la forma geométrica del cuerpo, y a lo largo de una de ellas, el potencial eléctrico es constante.

OBJETIVO:

a) Demostrar que en el interior de un conductor el campo eléctrico es nulo.b) Observar para diferentes distribuciones de carga las correspondientes líneas de campo eléctrico.c) Determinar para diferentes distribuciones de carga las correspondientes superficies equipotenciales.d) Verificar que las superficies equipotenciales son perpendiculares a las líneas de campo.

EQUIPO:

Generador de Van de GraaffJaula metálicaElectroscopioRetroproyectorCubeta de acrílicoJuego de piezas metálicasAceite y granitos de maderaCables de conexión

FUNDAMENTO TEÓRICO:

Un campo eléctrico es aquel que existe en el espacio a causa de cualquier carga o grupo de cargas. Decimos, entonces, que la fuerza sobre otro objeto cargado se debe al campo eléctrico presente en el lugar. El campo eléctrico, E, de cualquier punto en el espacio, debido a uno o más cargas, se define como las fuerzas por unidad de carga que actuaría sobre una carga de prueba q colocada en ese punto:

E=Fq

[N /C ]

Los campos eléctricos se representan mediante líneas de campos eléctrico que inician encargas positivas y terminan en cargas negativas. Su dirección indica la dirección de la fuerza que habría en una carga de prueba positiva colocada en el lugar. Las líneas se pueden trazar de tal manera que su número por unidad de área sea proporcional a la magnitud de E. El campo eléctrico estático (sin cargas en movimiento) dentro de un buen conductor es cero, y las líneas de campo eléctrico inmediatamente fuera de un conductor cargado son perpendiculares a su superficie.

El potencial eléctrico de un punto cualquiera en el espacio se define como la energía potencial eléctrica por unidad de carga. La diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos cualesquiera se define como el trabajo necesario para que una fuerza externa mueva una carga eléctrica de 1 C entre los dos puntos. La diferencia de potencial se mide en voltios (1 V = 1 J/C) y a veces se le llama voltaje.

La diferencia de potencial V entre dos puntos donde existe un campo eléctrico E uniforme es:

V=Ed [V ]Donde d es la distancia entre los dos puntos.Una línea equipotencial, o superficie equipotencial, está toda al mismo potencial, y es perpendicular al campo eléctrico en todos sus puntos. A continuación se muestra superficies equipotenciales.

EXPERIMENTOS:

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

Se enciende el generador de Van de Graaff y se acerca al electroscopio como se muestra en la figura 1a, observe lo que ocurre con la aguja del electroscopio y registrarlo.

Luego se encierra al electroscopio dentro de una jaula metálica como se indica en la figura 1b, observe lo que ocurre con la aguja del electroscopio y registrarlo.

b) Líneas de campo eléctrico.

Se coloca sobre el retroproyector una cubeta de acrílico, dentro de la cual se vierte de aceite hasta cubrir la base, dejando caer sobre esta capa de aceite unos 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 2. Esto producirá un alineamiento de los granos de madera, de donde el lugar geométrico formado constituirá las llamadas líneas de campo eléctrico. Observe las diferentes configuraciones (se recomienda por lo menos cuatro) que se firman y registrarlas.

c) Superficies equipotenciales.

Realice las siguientes conexiones usando la cubeta de acrílico

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

1. Aseguramos de cumplir con las normas de seguridad dentro del laboratorio ya que podríamos tener inconvenientes con la realización de la práctica.

2. Con la explicación dada por el ingeniero procedemos a trabajar.3. Realizamos los pasos, dichos anteriormente. 4. Observamos los fenómenos que ocurren en cada experimento.5. Escribimos las conclusiones. 6. Completamos las preguntas que se encuentran al final de la

práctica.

GRÁFICOS:

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

b) Líneas de campo eléctrico.

Figura 1a Figura 2a

Figura 1b Figura 2b

c) Superficies equipotenciales.

DISCUSIÓN:Observación: La correcta observación de estos experimentos, nos

llevarán a una correcta explicación de estos fenómenos. En el experimento a.- observamos el movimiento de la aguja cuando se acercaba el electroscopio al generador de Van de Graaff en dos ocasiones, cubierta y no cubierta con la jaula metálica.b.- se pudo observar las configuraciones de las líneas de campo, en un lado había mayor concentración de líneas que en la otra. O simplemente no había efectos ya que se anulaban los campos.c.- al trazar las superficies equipotenciales de un cuerpo cargado, se pudo observar que, éstas siguen la forma geométrica del cuerpo.

Resultados: Como resultados tenemos la explicación de los fenómenos que hemos observado.a.- como la aguja del electroscopio se movía, quiere decir que existía campo eléctrico entre el electroscopio y el generador de Van de Graaff, y no existía campo eléctrico para un electroscopio encerrado en una jaula metálica conductora.b.- las configuraciones de las líneas de campo salían del objeto con carga positiva y llegaban a la de carga negativa. c.- en efecto, existía las superficies equipotenciales por la forma geométrica que seguían, el potencial eléctrico era constante.

Figura 1c Figura 2c

CONCLUSIONES:

El campo eléctrico dentro de un cuerpo conductor en equilibrio electrostático, es cero.

El campo eléctrico es perpendicular a la superficie, en el Generador de Van de Graaff el campo eléctrico se aleja radialmente por ser una esfera.

Las líneas de campo eléctrico salen de las cargas positivas y llegan a las de cargas negativas.

Para un par de cargas puntuales positivas, las líneas de campo de cada una de ellas, se alejan radialmente y nunca se cruzan entre sí.

El potencial eléctrico era constante. Se verificó que las superficies equipotenciales son

perpendiculares a las líneas de campo. Se puede decir que la práctica fue desarrollada exitosamente.

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA:

Guía de Laboratorio de Física B. SEARS, Francis.. ZEMANSKY A, FISICA UNIVERSITARIA con

física moderna, vol, II. PEARSON, Undécima edición 2005. ALONS-FINN, Física, Campos y Ondas, Vol. U, Fondo Educativo

Interamericano, S.A. 1997

ANEXO:

1. Observaciones y datos. Escriba sus observaciones acerca de los experimentos realizados en esta práctica.

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

a1) Observación del electroscopio cuando se acerca al generador de Van de Graaff.Si acercamos el electroscopio al generador de Van de Graaff, se observa cargas eléctricas que salen del generador, también la aguja del electroscopio está en movimiento.

a2) Observación del electroscopio cuando se acerca al generador de Van de Graaff cubierto con la jaula metálica.Al acercar el electroscopio cubierto con la jaula metálica conductora al Generador de Van de Graaff, no salían pequeñas cargas eléctricas como en el caso anterior, la aguja del electroscopio no se accionó.

b) Líneas de campo eléctrico.

Dibuje las configuraciones de las líneas de campo que observó durante la demostración.

c)

c) Superficies equipotenciales.

Trace las superficies equipotenciales y líneas de campo eléctrico de las diferentes configuraciones que utilizó durante la práctica.

2. Análisis.

Figura 1 Figura 2

a) ¿Por qué la aguja del electroscopio se levanta al acercarse al generador de Van de Graaff?Porque entre ellos se genera un campo eléctrico. Entre más cerca se encuentren, habrá mayor campo eléctrico.

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

Porque el electroscopio estaba encerrado en una jaula de material conductor, por lo que no hay carga interna, entonces no se producirá campo eléctrica.

c) ¿Por qué las líneas de campo eléctrico son perpendiculares a las superficies equipotenciales?Por definición, la diferencia de potencial eléctrico es el producto punto entre campo eléctrico (E) y distancia (d). Y para que sean perpendiculares debe haber un ángulo de 90⁰ entre ellos por lo que diferencia de potencial igual a 0.

∆V=E .dcosθ∆V=E .dcos90 °∆V=0J /C