Informe n° 2 de fisica 3

7/24/2019 Informe n 2 de fisica 3

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CAMPO ELECTRICO

I. OBJETIVOS

1 Determinar el campo elctrico utilizando mtodos experimentales2 Determinar la relacin entre el campo elctrico y la diferencia de potencial en forma

experimental.3 Motivar en el alumno la importancia del estudio de la electricidad.

II. MARCO TERICO Y CONCEPTUAL

2.1. Campo elct!co

Si consideramos una carga o una distribucin discreta o continua de cargastas originar en el espacio !ue lo rodea ciertos cambios f"sicos. #sto es cadapunto del espacio !ue rodea las cargas ad!uiere propiedades !ue no ten"acuando las cargas estaban ausentes y esta propiedad !ue ad!uiere el espaciose manifiesta cuando se coloca cual!uier otra carga de prueba "#debido a lapresencia de las otras cargas. $as magnitudes f"sicas !ue dependen de las

otras cargas y son medibles en cada punto del espacio son% &a' $a intensidadde (ampo #lctrico y &b' el potencial electrost)tico.

2.2. I$te$%!&a& &e campo elct!co ' E (

Si ubicamos una carga q0en alg*n punto prximo a una carga o a un sistemade cargas sobre ella se e+ercer) una fuerza electrost)tica. $a presencia de lacarga q0cambiar) generalmente la distribucin original de las cargas restantesparticularmente si las cargas est)n depositadas sobre conductores. ,ara !uesu efecto sobre la distribucin de carga sea m"nima la carga q0 debe ser losuficiente pe!ue-a. #n estas condiciones la fuerza neta e+ercida sobre q0 esigual a la suma de las fuerzas individuales e+ercidas sobre q0. #l campo

elctrico E en un punto del espacio se define como la fuerza elctrica por

unidad de carga de prueba esto es

#l campo elctrico es un vector !ue describe la condicin en el espacio creadopor la distribucin de carga. Desplazando la carga de prueba q0de un punto aotro podemos determinar el campo elctrico en todos los puntos del espacio

&excepto el ocupado por q'. #l campo elctrico es por lo tanto una funcinvectorial de la posicin. $a fuerza e+ercida sobre una carga de prueba positivay pe!ue-a est) relacionada con el campo elctrico por la ecuacin.

&2'

#l campo elctrico debido a una sola carga puntual qen la posicin r se calculaa partir de la ley de (oulomb obtenindose


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&3'

Donde r es la distancia de la carga al punto Py es un vector unitario el cualse dirige desde qacia q0.Siqes positiva el campo est) dirigido radialmentesaliendo de la carga mientras !ue si q es negativa el capo est) dirigidoentrando acia la carga.

/na descripcin gr)fica del campo elctrico puede darse en trminosde las l"neas de campo definidas como a!uellas curvas para las cuales elvector campo elctrico es tangente a ellas en todos los puntos. #stas l"neas decampo est)n dirigidas radialmente acia afuera prolong)ndose acia el infinitopara una carga puntual positiva &figura 1a' y est)n dirigidas radialmente aciala carga si sta es negativa &figura 1b'. #n la figura 2 se muestra las l"neas decampo para algunas configuraciones de carga

&a'

&b')!*+a &a' &b'1. Lneas de fuerza: (a) de una carga puntual positiva, (b) de una carga puntualnegativa

,ara trazar las l"neas de campo debemos de considerar !ue%

a' Son l"neas !ue no pueden cruzarse entre s"b' Deben partir en las cargas positivas y terminar en las cargas negativas o

bien en el infinito en el caso de cargas aisladas.c' #l n*mero de l"neas de campo !ue se originan en una carga positiva &o

negativa' es proporcional a la magnitud del campo elctrico.d' $a densidad de l"neas en una regin del espacio es proporcional a la

intensidad de campo elctrico existente all


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)!*+a 2. Lneas de fuerza: (a) para un sistemaformado por dos cargas del mismo signo, (b) para un dipolo

2.,.-!ee$c!a &e pote$c!al elct!co / pote$c!al elct!co.

#l estudio experimental del campo elctrico se ace mediante el estudio y

conocimiento del potencial elctrico para ello se observa !ue cuando unacarga elctrica qse coloca dentro de una regin donde existe un campo

elctrico est)tico E(x , y , z) la fuerza elctrica Fe act*a sobre la carga

movindola a travs de una trayectoria ( !ue depender) de la funcin vectorial

E(x , y , z) .

)!*+a ,. Trabajo realizado por el campo elctrico de una carga + sobreuna carga !

#l traba+oWa b realizado por la fuerza elctrica sobre la carga q0

conforme sta se desplaza dea acia b a lo largo de la trayectoria curva vieneexpresado por.

&0'

Debido a !ue la fuerza elctrica es conservativa entonces el traba+o puedeexpresarse en funcin de la energ"a potencial. #s decir la variacin de energ"apotencial para este movimiento ser)


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&'

$a energ"a potencial por unidad de carga mvil es la diferencia de potencial elcual !ueda expresado como

&'

$a funcin Ves llamada elpotencial elctrico. al como el campo elctrico elpotencial elctrico Ves una funcin escalar !ue depende de la posicin.

2.0. Clc+lo &e la !$te$%!&a& &el campo elct!co a pat! &e pote$c!ale%elct!co%.

Si el potencial es conocido puede utilizarse para calcular el campo elctrico enun punto P. ,ara esto consideremos un pe!ue-o desplazamiento d l en un

campo elctrico arbitrario E (x , y , z ) . #l cambio en el potencial es

&4'

Donde El es la componente del campo elctricoE (x , y , z ) paralelo al

desplazamiento. #ntonces

&5'

Si no existe cambio en el potencial al pasar de un punto a otro es decir

dV=0 el desplazamiento d l es perpendicular al campo elctrico. $a

variacin m)s grande de 6 se produce cuando el desplazamiento d l est)

dirigido a lo largo de E . /n vector !ue se-ala en la de la m)xima variacin

de una funcin escalar y cuyo mdulo es igual a la derivada de la funcin con

respecto a la distancia en dica direccin se denomina gradiente de lafuncin. #l campo elctrico E es opuesto al gradiente del potencial 6. $as

l"neas de campo elctrico en la direccin de m)xima disminucin de la funcinpotencial. $a 7igura 1 muestra lo antes mencionado.


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)!*+a 1. "btenci#n del campo elctrico a partir del potencial

Si el potencial solo depende dex no abr) cambios en los desplazamientos enlas direcciones y o z, ypor tanto E debe permanecer en la direccinx.

,ara un desplazamiento en la direccin x y la ecuacin &' seconvierte en

&8'

,or tanto

&19'

$a ecuacin &19' podemos escribirla en magnitud y utilizando el concepto dediferencia finita obteniendo una expresin para el campo elctrico en el punto, dada por

&11':

#sta aproximacin puede considerarse cuando x es pe!ue-o.

III. MATERIALES Y EUIPOS

3.1. /na fuente de tensin variable y de corriente continua (D3.2. /n volt"metro digital3.3. /na cubeta de vidrio3.0. #lectrodos puntuales y planos3.. Solucin electrol"tica de sulfato de cobre (uS;03.. $)minas de papel milimetrado &debe traer el alumno)

3.4. (ables de conexin


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VI METO-OLO3IA

0.1. I$te$%!&a& &e campo elct!co &e electo&o% p+$t+ale% / 4

a( #n una o+a de papel milimetrado trace un sistema de coordenadasrectangulares de tal forma !ue resulten cuatro cuadrantes.

5( (olo!ue la o+a de papel milimetrado deba+o de la cubeta de vidrioaciendo coincidir el origen de coordenadas con el centro de la base de lacubeta como se muestra en la figura 92a.

c( 6ierta la solucin de sulfato de cobre en la cubeta en una cantidad tal !ueel nivel del l"!uido no sea mayor de 1 cm.

&( ?nstale el circuito mostrado en la figura 92b. $a fuente de volta+e debe estarapagada.

(a) (b)


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'a(

'a('5(

)!*+a 2. 'a( $nstalaci#n del papel milimetrado % los electrodos en lacubeta, (b) instalaci#n del euipo para determinar el campo

elctrico de un par de electrodos puntuales

e( (olo!ue los electrodos puntuales ubicados simtricamente sobre el e+e

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