Prctica 3

Campo elctrico

Alumno: Ortiz Romero Eduardo

Grupo: 3FM1 Seccin: B

Resumen: En los siguientes experimentos realizados en el laboratorio

examinaremos algunos patrones de campo elctrico, estudiaremos que son y

cmo se obtienen las superficies equipotenciales en un campo elctrico.

Estudiaremos el campo elctrico producido en un capacitor de placas planas

paralelas.

Introduccin: Campo elctrico. En la regin que rodea una

carga puntual aislada , existe un campo de fuerza de

simetra esfrica. Si se tiene una segunda carga 0 llamada

carga de prueba que se desplaza por los alrededores de la

regin, en cada punto acta una fuerza a lo largo de la lnea

que une las dos cargas, dirigida hacia afuera del origen, si

las cargas son del mismo signo. Si 0 entonces la

intensidad de campo elctrico debida a en un punto se

define como

() =1

0

Donde () se mide en /

Lnea de fuerza. Es una recta o curva imaginaria trazada

a travs de una regin del espacio, de modo que es

tangente en cualquier punto que est en la direccin del

vector del campo elctrico en dicho punto.

Las lneas de campo elctrico muestran la direccin de

en cada punto, y su espaciamiento da una idea general de la magnitud de

en cada punto. Donde es fuerte, las lneas se dibujan muy cerca una de

la otra, y donde es ms dbil se trazan separadas. En cualquier punto

especfico, el campo elctrico tiene direccin nica, por lo que slo una lnea

de campo puede pasar por cada punto del campo. En otras palabras, las lneas

de campo nunca se cruzan. Las lneas de campo emergen de las cargas

positivas y entran en las cargas negativas.

Diferencia de potencial. Si se requiere hacer trabajo para llevar una carga de

un punto a otro dentro de un campo elctrico se dice que hay una diferencia

de potencial. Este trabajo es independiente de la trayectoria recorrida entre

los dos puntos. La diferencia de potencial entre dos puntos de un campo

elctrico, se define como la razn del trabajo hecho para mover una carga

pequea positiva entre los dos puntos considerados, esto es

=

Donde es la diferencia de potencial en , si esta medido en y

en .

Superficie equipotencial. Es el lugar geomtrico de los puntos de un campo

en los cuales el potencial de campo es constante.

Capacitor de placas planas y paralelas. El campo elctrico entre dos grandes

placas paralelas est dado por

=

Parte a) Lneas de fuerza

Materiales. Para la experimentacin utilizamos los siguientes materiales.

1. Proyector de acetatos

2. Fuente de alto voltaje

3. Patrones de campo elctrico

4. Semillas de pasto

Desarrollo experimental. Colocamos sobre el proyector de acetatos un patrn

de campo elctrico, al cual le aplicamos dos cargas, una positiva y otra negativa

de igual magnitud. Despus encendimos la fuente de alto voltaje, esparcimos

las semillas de pasto sobre el patrn de carga y observamos el

comportamiento de las semillas. Repetimos el proceso para 6 patrones

diferentes.

Resultados y discusiones. En la siguiente tabla se muestran las observaciones

realizadas para los diferentes patrones.

Dipolo elctrico. Podemos observar que las semillas se concentran en mayor cantidad entre las dos cargas es decir que el campo elctrico es ms fuerte en ese espacio. En los extremos contrarios hay menor concentracin de semillas es decir el campo elctrico en ese espacio es ms dbil. Gracias a la polarizacin de las semillas podemos observar las lneas de fuerza del campo elctrico formado.

Esfera con carga puntual en el centro. Usando la imaginacin podemos visualizar el patrn de cargas como una esfera hueca de carga negativa con una carga puntual positiva en el centro. Observamos que las semillas se concentran principalmente en el centro de la esfera pero atradas por la carga puntual. Ya que sobre el cascaron de la esfera en la parte interior hay muy poca acumulacin la cual posiblemente es por la forma en que cayeron esparcidas las semillas que por la atraccin que existe en esa regin le la esfera. En la parte exterior de la esfera existe de igual modo poca concentracin de semillas.

Jaula de Faraday. En un ejercicio de la imaginacin podemos visualizar al conductor en forma de Y como una jaula de Faraday con carga positiva y el punto como una barra cargada negativamente. Observamos que las semillas se polarizan, y se concentran sobre la barra en direccin a la jaula de Faraday y sobre la jaula de Faraday en la parte exterior en ambos lados pero con mayor afluencia en direccin a la barra. En el interior no se observa la existencia de campo.

Jaula de Faraday. Al igual que el patrn anterior con las mismas cargas visualizamos la jaula de Faraday pero en esta ocasin la barra est en el interior de la jaula sin tocarla. Observamos que las semillas se polarizan, y forman un campo elctrico semejante al de un capacitor en el interior de la jaula. En el exterior no se observa campo elctrico.

Carga puntual y barra. Sobre la carga puntual con carga negativa el campo es radial pero con mucho mayor afluencia en la regin cercana a la barra de carga positiva. De igual modo la barra presenta campo radial pero con mayor afluencia de semillas en la regin cercana a la carga puntual negativa.

Esfera hueca y barra. En un ejercicio de la imaginacin podemos visualizar una esfera hueca de carga negativa y una barra de carga positiva. La carga en ambos objetos es radial pero con mayor afluencia entre ambos. Podemos observar que en interior de la esfera las semillas no muestran ninguna direccin o formacin en particular, esto se debe a que en el interior no existe campo elctrico o en su caso es demasiado dbil.

Capacitor. Nos encontramos con un ejemplo de capacitor elctrico y en efecto las semillas nos demuestran que el campo elctrico es perpendicular a las superficies paralelas.

Conclusiones. Definimos lo que es un dipolo elctrico.

Dipolo elctrico: Es un par de cargas puntuales de igual magnitud y signos

opuestos separadas por una distancia d.

Las semillas de pasto son aislantes elctricamente

neutros. El campo elctrico generado por las dos cargas

negativa y positiva provoca su polarizacin esto es

inducen en las molculas de las semillas un

desplazamiento de cargas positivas y negativas (carga

inducida), se forma un dipolo elctrico, como se

muestra en la figura. El campo parte de una carga

positiva a una negativa. La semilla de csped se alinea

de forma paralela a las lneas de fuerza, el lado con carga positiva se coloca en

direccin del campo y el lado negativo en direccin contraria al campo.

Parte b) Campo elctrico uniforme y constante

Materiales. Para la experimentacin utilizamos los siguientes materiales.

1. Amplificador lineal

2. Multmetro

3. Balanza de torsin

4. Capacitor de placas planas

5. Fuente de alto voltaje

6. Lmpara de iluminacin

7. Tripie

Desarrollo experimental. Primero verificamos que

la paleta de prueba no tuviera carga y hallamos el

origen sobre nuestra pantalla. Despus aplicamos

un voltaje de 700 volt al capacitor para producir el

campo elctrico. Inmediatamente despus de eso

cargamos la paleta de prueba que se encuentra en

el centro del capacitor. Marcamos la desviacin en

el plano de nuestro haz luminoso, medimos la

carga de nuestra paleta de prueba y anotamos los

datos obtenidos, repetimos el proceso 9 veces.

Resultados y discusiones. La siguiente tabla muestra los datos obtenidos en

la experimentacin.

Donde =

2

R=3.02m

r=20.5cm

d=5cm

E=V/d=3500[N/C]

K=3.07E-04

Q (Coulomb) X (m) F (N)

1.45E-08 0.426 0.000105618

1.84E-08 0.197 4.88419E-05

1.55E-08 0.27 6.69407E-05

1.70E-08 0.221 5.47922E-05

1.65E-08 0.318 7.88412E-05

1.69E-08 0.425 0.00010537

1.70E-08 0.302 7.48744E-05

1.79E-08 0.293 7.2643E-05

1.80E-08 0.325 8.05767E-05

Podemos observar que los datos obtenidos distan de tener la linealidad que

en teora esperbamos, esto puede deberse a distintas razones, entre ellas: el

clima hmedo; la antigedad del multmetro; las ondas que provocamos al

movernos ya que la balanza de torsin es muy sensible al movimiento; que la

paleta de prueba neutralizaba su carga de manera rpida.

Por este motivo decidimos tomar los datos que a nuestro criterio parecan

acertados. Los datos son los siguientes.

Q (Coulomb) x (m) F (N)

1.70E-08 0.221 5.47922E-05

1.70E-08 0.302 7.48744E-05

1.79E-08 0.293 7.2643E-05

1.80E-08 0.325 8.05767E-05

Haciendo el ajuste de mnimos cuadrados obtenemos

= 12765 2 104

Luego = 12765

Entonces = = (. 05)(12765) = 638.25

y = 12765x - 0.0002

0

0.00001

0.00002

0.00003

0.00004

0.00005

0.00006

0.00007

0.00008

0.00009

1.68E-08 1.70E-08 1.72E-08 1.74E-08 1.76E-08 1.78E-08 1.80E-08 1.82E-08

F vs Q

R=3.02m

r=20.5cm

d=5cm

E=V/d=3500[N/C]

K=3.07E-04

Conclusiones. Obtuvimos aproximadamente el campo elctrico as como el

diferencial de potencial. El valor marcado en el multmetro del campo elctrico

oscilaba entre los 694 y 709 [N/C]. Las condiciones del clima nos

desfavorecieron para obtener datos precisos, por lo que no obtuvimos un dato

exacto del campo elctrico, sin embargo al descartar cifras pudimos

acercarnos a nuestro objetivo.

Bibliografa.

Electromagnetismo, Joseph A. Edminister, Serie Shaum

Fsica universitaria,sears-zemansky, 12ava edicion-vol2, Captulo 21

Campos Electromagnticos, Wangness, Captulo 2

https://www.youtube.com/watch?v=yFxk9fsX460

https://www.youtube.com/watch?v=wfvOu9j-EdQ