Escuela Superior Politécnica del Litoral

Laboratorio de Física C

Campo y Potencial Eléctrico

Alumno: Richard Villón Barona Profesor: Msc. Francisca Flores N.

Fecha De Entrega: 13 de Junio de 2012

Paralelo: 22 I Término

Resumen

En la práctica del laboratorio del 6 de junio del 2012. Se demostró que en el interior de un

conductor el campo eléctrico es nulo, midiendo la carga del generador Van de Graff, acercando

electroscopio y después colocándolo en una jaula de metal, para observar que no se cargaba y lo

cual nos indicaba que nuestra hipótesis estaba confirmada.

Se observó para diferentes distribuciones de carga las correspondientes líneas de campo

eléctrico, con la ayuda de un retroproyector, aceite y carcoma, los cuales jugaron un papel

fundamental para una mejor apreciación e identificación de las líneas.

También se pudo determinar para diferentes distribuciones de carga las correspondientes

superficies equipotenciales y se verificó que las superficies equipotenciales son perpendiculares

a las líneas de campo eléctrico mediante la demostración experimental y siguiendo la definición

establecida en la parte teórica.

Esta práctica fue una práctica netamente cualitativa, excepto solo la demostración de las

superficies equipotenciales. Los resultados fueron los esperados no hubo ninguna divergencia

con la parte teórica estudiada.

Introducción

Campo eléctrico

Se define como aquella región en el espacio en la que cualquier carga situada en un punto de

dicha región experimenta una acción o fuerza eléctrica.

El campo eléctrico tiene su origen en cargas eléctricas (cargas puntuales, distribuciones

continuas de carga o todas ellas al mismo tiempo). Las cargas que dan lugar a un campo eléctrico

dado suelen recibir el nombre de cargas de fuente.

El concepto de campo fue introducido, por primera vez por Faraday para describir las

interacciones eléctricas. En la actualidad, desempeña un papel fundamental en la física: todas las

interacciones conocidas se describen en términos del concepto de campo.

Matemáticamente se describe un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor

q sufre los efectos de una fuerza eléctrica dada por la siguiente ecuación:

Líneas de campo eléctrico

Faraday introdujo el concepto de líneas de campo eléctrico o líneas de fuerza como ayuda para

visualizar la estructura del campo eléctrico asociado a una distribución de cargas.

Una LÍNEA DE CAMPO ELÉCTRICO se define como una línea imaginaria dibujada de tal

manera que su dirección y sentido en cualquier punto es la dirección y sentido del campo

eléctrico en dicho punto. Por tanto, las líneas de campo eléctrico son tangentes en cada punto al

campo eléctrico en dicho punto.

Propiedades: las líneas de campo dan información no solo sobre la dirección y sentido del campo

eléctrico, sino también acerca de su magnitud. Las propiedades fundamentales de las líneas de

campo, que además pueden considerarse como las reglas básicas para trazar las líneas de campo

asociadas a un cierto sistema de cargas:

1. Entre más líneas de campos, mas intenso es el campo eléctrico.

2. En cualquier punto, la dirección del campo eléctrico es tangente a las líneas de campo.

3. Las líneas de campo eléctrico empiezan de positivo a negativo.

4. El número de líneas es proporcional que salen o entran a una carga es proporcional a la

magnitud de una carga.

5. Las líneas de campo nunca pueden cruzarse en el espacio.

Potencial eléctrico

Si una carga eléctrica q situada en un punto de un campo eléctrico se duplica, triplica o

aumenta n veces, la energía potencial eléctrica aumentará en la misma cantidad, respectivamente;

sin embargo, es más frecuente considerar, en dicho punto, el potencial eléctrico (V), que

corresponde a la energía potencial eléctrica por unidad de carga ya que este valor será el

mismo, independiente de la cantidad de cargas, o incluso si no hay cargas (es una propiedad del

espacio). Por lo tanto: El potencial eléctrico es una cantidad escalar, cuya unidad de medida es el

volt (V).

Diferencia de potencial eléctrico

Entre dos puntos cualesquiera se define como el trabajo necesario para que una fuerza externa

mueva una carga en voltios (1V = 1J/C).

∫

Superficies Equipotenciales

Los puntos que están a un mismo potencial, definen lo que se llama superficies equipotenciales,

las que pueden tener distintas formas. Para una carga puntual, las superficies equipotenciales son

esferas concéntricas en cuyo centro está la carga. Una partícula eléctrica que se mueve en una

misma superficie equipotencial, no experimenta cambios de energía potencial. Las líneas de

campo son perpendiculares a ellas.

Equipos y materiales

Generador de Van de Graaff

Jaula metálica

Electroscopio

Retroproyector

Cubeta de acrílico

Juego de piezas metálicas

Aceite de ricino y granitos de madera

Cables de conexión

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

Para demostrarlo, la profesora encendió el generador de Van de Graaff, y luego acercó un

electroscopio a dicho generador; luego de esto encerró al electroscopio en una jaula metálica y lo

volvió a acercar hacia el generador de Van de Graaff y se observó.

Líneas de campos eléctricos

Para realizar las observaciones de las líneas de campo se colocó sobre un retroproyector una

cubeta de acrílico, la cual contenía aceite y carcoma. Luego se ajustaron dos o más piezas

metálicas con los conectores que se disponían alrededor de la cubeta, todo este sistema

conectado y aterrizado por el Van de Graaff; esto provocó una alineación de los granitos de

madera para dar la forma a las llamadas líneas de campo eléctrico.

Realizaron 3 configuraciones. La primera consto de dos anillos colocados lo mas concéntrico

posible para que se pudiesen observar, la segunda de una punta y anillo con una abertura y la

tercera y ultima consto de 3 piezas distintas un anillo, un punto y T (metálica).

Superficies equipotenciales

Para determinar las superficies equipotenciales, realizamos conexiones usando la cubeta de

acrílico y la fuente. Todas las conexiones deben tuvieron que ser correctas para que no exista un

corto o el voltímetro no marque en sentido contrario, la diferencia de potencial.

Una vez realizadas las conexiones, se comenzó a buscar el lugar en donde el voltaje que era

medido por el voltímetro, era el mismo. Lo que se bosquejó fue unas líneas circulares.

Gráficos.

Fig. #1 Electroscopio

Aquí se observa el electroscopio cargado por el Van de

Graaff y notamos que es una gran carga positiva.

Fig. #2 Electroscopio dentro de la jaula

Aquí se pudo notar que el electroscopio dentro de la jaula no sufre

aumento de carga electrostática y vemos que jaula cumple con lo

cometido.

Fig. #3 Configuración 1

Este es el primer sistema de anillos para poder

observar las líneas de campo eléctrico

Fig. #4 Configuración 1 Proyectada

Aquí se analizo hacia donde eran dirigidos las líneas de

campo y que eran radiales por anillos.

Fig. #5 Segunda configuración

Esta consta de una punta en el centro del anillo y dicho

anillo con una abertura.

Fig. #6 Segunda configuración proyectada

Aquí podemos notar que la acumulación de carcoma se

localizo en la punto del conductor ya que no es una

superficie uniforme y las líneas de campo del campo del

anillo son radiales.

Fig. #7 Tercera configuración

Consto de 3 piezas conectadas tal que se generaran

líneas de distinto tipo.

Fig. #8 Tercera configuración Proyectada

Se puede observar la barrita en forma T que esta cargada

con el mismo signo que el puntito porque existe una

desviación entre ambos objetos

Fig. #9 Retroproyector y Generador Van de Graaff

Se observa el sistema utilizado; para observar las proyecciones

anteriores.

Fig. #10 Sistema para evidenciar las superficies equipotenciales

Todo este sistema consta de

la fuente, el voltímetro y la

cubeta de acrílico, se

observa en: a) se muestra

que en el interior de un

conductor es una superficie

equipotencial; b) se observa

que las líneas de campo

depende de la forma de

objeto.

a b

Análisis de Datos y resultados.

Actividad #1

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

Como se puede observar en la fig#1 el electroscopio es cargado por el generador Van de Graaff

en él se movía su aguja interna mientras estaba descubierto y cuando lo encerramos en la jaula

de acero la aguja no realizaba dicho movimiento esto se debe a que jaula por ser conductor

acumula su carga en el exterior. Este resultado fue es el deseable ya que un conductor toda la

carga se distribuye en la superficie por definición.

Actividad #2

Líneas de campo eléctrico.

Después de armar cada configuración se observó que:

En la primera configuración (fig. # 4 ) se observa como las líneas de campo eran radiales para

los anillos y para el anillo cargado positivamente se apreció como salían las líneas, todo esto se

pudo apreciar por el movimiento de la carcoma dentro del recipiente.

En la segunda configuración (fig. # 6) se analiza como las cargas se distribuyen en las superficies

con puntas, de acuerdo a la acumulación de los granitos de madera se pudo garantizar que la

carga se acumula mas en dichas puntas.

En la tercera configuración (fig. #8) como se puede observar nos centramos en analizar el

pequeño puntito de acero y la varilla en forma de “T” ya que las dos siendo cargadas

positivamente generan un campo eléctrico radial en el pequeño punto y lineal saliendo de la

varilla; también se nota que en la pieza en forma de T se acumula mayor cantidad de carcoma en

las puntas por lo mencionado anteriormente.

Actividad #3

Superficies Equipotenciales

Ya armado el sistema de conexiones con el recipiente de acrílico, para realizar el análisis

cogemos el cable de polo positivo conectado al voltímetro y una superficie imaginaria para

recorrerla y darnos cuenta que la medición del voltímetro no varia cuando vamos siguiendo esta.

Al realizar este experimento podemos ver también que las superficies equipotenciales son

circulares, si la carga que genera el campo eléctrico es radial y también que las líneas de campo

siempre son perpendiculares a las superficies equipotenciales.

Con el siguiente análisis matemático podemos garantizarlo:

∫ =0

∫ por ser vectores y esto es un producto escalar

∫ ( ) la única forma que sea cero es que =90

Por este análisis se asegura que las líneas de campo son perpendiculares a las superficies

equipotenciales.

Conclusiones

En Base a la práctica de campo y potencial eléctrico se llegan a las siguientes conclusiones:

Que en el interior de un conductor el campo eléctrico es cero o nulo porque las carga

siempre se distribuye en la superficie.

Las líneas de campo eléctrico salen de cargas positivas y entran en cargas negativas;

pueden ser radiales o longitudinales.

Las líneas de campo nunca cruzan entre sí. (fig. #8)

La distribución de cargas se acumulan más en las puntas. (fig. #6)

Las superficies equipotenciales son perpendiculares a las líneas de campo eléctrico.

Referencias bibliográficas

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

Serway, R, Física, vol. II. Páginas 658, 657 Edit. McGraw-HiH, 5ta Ed.

http://fq-experimentos.blogspot.com/2008/06/electroscopio.html

http://www.etitudela.com/Electrotecnia/principiosdelaelectricidad/cargaycampoelectricos/cont

enidos/01d56993080930f36.html

http://bacterio.uc3m.es/docencia/profesores/daniel/pfisicos/ficheros/celec01.pdf.

http://www.cecyt7.ipn.mx/recursos/polilibros/Fisica%203/173-

_superficie_equipotencial.html