UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FÍSICA III (ELECTROMAGNETISMO)

INFORME N°2

TEMA: Campo Eléctrico

PROFESOR: MELCHOR LLOSA, Demartini

INTEGRANTES:

MATAMOROS DE LA CRUZ, Marco

LOPEZ TORRES, Diego

OSORIO NUÑEZ, Manuela

CORBERA RAMOS, José Carlos

Lima-Perú

2015

INDICE

Introducción

I. OBJETIVOS ............................................................................................................................... 4

II. MATERIALES ............................................................................................................................ 4

III. FUNDAMENTO TEÓRICO ........................................................................................................ 4

Campo Eléctrico ..................................................................................................................... 4

IV. PROCEDIMIENTO .................................................................................................................... 7

V. CUESTIONARIO ....................................................................................................................... 8

VI. CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 13

VII. BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................... 14

INTRODUCCIÓN

El campo eléctrico, en física, es un sector del espacio en el que a cada punto de él se le puede

asociar una magnitud física, la cuál puede ser escalar o vectorial. De esta forma un partícula “Q”

con carga +/-, llamada carga generadora produce un campo eléctrico. Matemáticamente se

describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q sufre los

efectos de una fuerza eléctrica.

Las primeras descripciones de los fenómenos eléctricos, como la ley de Coulomb, sólo tenían en

cuenta las cargas eléctricas, pero las investigaciones de Michael Faraday permitieron establecer las

leyes completas en las que también se tiene en cuenta la variación del campo magnético.

En este trabajo daremos a conoces los procedimientos que se llevaron a cabo y las comparaciones

entre lo experimental y lo teórico; también explicando el desarrollo experimental desarrollado en

el laboratorio.

I. OBJETIVOS

Graficar las líneas equipotenciales en la vecindad de dos configuraciones de carga

(electrodos).

Calcular la diferencia de potencial entre dos puntos.

Calcular la intensidad media del campo eléctrico.

Estudiar las características principales del campo eléctrico.

II. MATERIALES 1 Cubeta de vidrio.

1 fuente de voltaje de CD.

1 Voltímetro.

2 electrodos de cobre.

1punta de prueba

1cucharadita de sal

2 Papeles milimetrados

4 cables de conexión

III. FUNDAMENTO TEÓRICO

Campo Eléctrico

Las fuerzas ejercidas entre sí por las cargas eléctricas se deben a un campo eléctrico que

rodea a cada cuerpo sometido a carga y cuya intensidad está dada por la intensidad de

campo E. Si ahora se encuentra una carga q dentro de un campo eléctrico (producido por

otra carga), entonces actúa sobre la primera una fuerza F. Para la relación entre intensidad

de campo y la fuerza es válida la fórmula:

La magnitud de la intensidad de la fuerza eléctrica, por lo tanto, está dada por la ecuación:

La fuerza sobre una carga eléctrica dentro de un campo eléctrico es mayor mientras mayor

sea la intensidad del campo eléctrico, y mayor sea la misma carga.

No obstante, el campo eléctrico no sólo se ve

determinado por la magnitud de la fuerza que actúa

sobre la carga, sino también por su sentido. Por

tanto, los campos eléctricos se representan en forma

de líneas de campo, que indican el sentido del

campo. La forma de un campo eléctrico está aquí

determinada por la forma geométrica de las cargas

que generan el campo, al igual que por la posición que adopten entre ellas. Las líneas de

campo indican, en cada punto del mismo, el sentido de la fuerza eléctrica. Al respecto, las

siguientes imágenes muestran el campo eléctrico de una carga puntual positiva (izquierda)

y el de una carga puntual negativa (derecha). Las líneas de campo se desplazan en este

caso en forma de rayos que salen hacia el exterior a partir de la carga. El sentido de las

líneas de campo (indicado por las flechas) señala, de acuerdo a la convención establecida,

el sentido de la fuerza de una carga positiva (en cada caso pequeñas cargas puntuales en

las imágenes); esto significa que las líneas de campo parten cada vez de una carga positiva

(o del infinito) y terminan en una carga negativa (o en el infinito). La densidad de las líneas

de campo indica correspondientemente la intensidad del campo eléctrico; aquí, ésta

decrece al alejarse de la carga puntual.

Si se encuentran cargas positivas y negativas repartidas

uniformemente sobre dos placas de metal colocadas frente

a frente, en paralelo, como es el caso del condensador de

placas planas paralelas, entre ambas superficies se generan

líneas de campo eléctrico paralelas, como se muestra en la

figura siguiente. Estas líneas de campo parten de la placa

con carga positiva y terminan en la placa con carga

negativa. Dado que la densidad de las líneas de campo, al

interior del condensador, es igual en todas partes, la

intensidad de campo eléctrico E de las placas es también

igual en toda la superficie. Un campo eléctrico de esta

naturaleza recibe el nombre de campo eléctrico homogéneo.

Nota: También en el exterior del condensador circulan líneas de campo entre las placas,

las mismas que, no obstante, se “curvan” y no se tomarán en cuenta en lo sucesivo. Por

esta razón, se prescindió de su representación.

Un cuerpo cargado eléctricamente causa alrededor de él un campo electrostático. Para

determinar y medir dicho campo en un punto cualquiera es necesario introducir en las

vecindades de dicho medio otro cuerpo cargado, que llamaremos carga prueba, y medir la

fuerza que actúe sobre él. La carga prueba q0 se considera lo suficientemente pequeña de

manera que la distorsión que su presencia cause en el campo de interés sea despreciable.

La fuerza que actúa la carga q0 en reposo en el punto p en un campo eléctrico es.

Para visualizar la intensidad y la dirección de un campo eléctrico se introduce el concepto

de líneas de fuerza. Éstas son líneas imaginarias que son trazadas tales que su dirección y

su sentido en cualquier punto serán las del campo eléctrico en dicho punto. Estas líneas de

fuerza deben dibujarse de tal manera que la densidad de ellas sea proporcional a la

magnitud del campo.

Dos puntos A y B en un campo electrostático tienen una diferencia de potencial V, si se

realiza trabajo para mover una carga de un punto a otro, este trabajo es independiente de

la trayectoria o recorrido escogido entre estos dos puntos.

Sea un campo eléctrico E debido a la carga Q. Otra carga q+ en cualquier punto A del

campo se soportará una fuerza. Por esto será necesario realizar un trabajo para mover la

carga q+ del punto A a otro punto B a diferente distancia de la carga Q. La diferencia de

potencial entre los puntos de A y B en un campo eléctrico se define como:

Sabemos que:

∫

∫

∫

De

IV. PROCEDIMIENTO

Cabe anotar que no existe instrumento alguno que permita medir la intensidad del campo

eléctrico en las vecindades de un sistema de conductores cargados eléctricamente

colocados en el espacio libre. Sin embargo, si los conductores están en un líquido

conductor, el campo eléctrico establecerá pequeñas corrientes en este medio las que se

pueden usar para tal fin.

1. Arma el circuito del esquema. El voltímetro mide la diferencia de potencial entre un punto del electrodo y el punto que se encuentra en la punta de prueba.

2. Ubique en forma definitiva los electrodos sobre el fondo de la cubierta de vidrio, antes de echar la solución electrolítica, preparada anteriormente en un recipiente común.

3. Con el voltímetro mida la diferencia de potencial entre un punto del electrodo y el punto extremo inferior del electrodo de prueba.

4. En cada una de las dos hojas de papel milimetrado trace un sistema de coordenadas XY, ubicando el origen en la parte central de la hoja, dibuje el contorno de cada electrodo en las posiciones que quedaran definitivamente en la cubeta.

5. Sitúe una de las hojas de papel milimetrado debajo de la cubeta de vidrio. Esta servirá para hacer la lectura de los puntos de igual potencial que ira anotando en el otro papel.

6. Eche la solución electrolítica en el recipiente fuente de vidrio.

7. Sin hacer contacto con los electrodos mida la diferencia de potencial entre ellos acercando el electrodo de prueba a cada uno de los otros dos casi por contacto y tomando nota de las lecturas del voltímetro.

8. Seleccione un número de líneas equipotenciales por construir, no menor de diez.

9. Entonces el salto de potencial entre línea y línea será, en el caso de seleccionar diez líneas por ejemplo:

, y en general.

N: Número de líneas.

10. Desplace la punta de prueba en la cubeta y determine puntos para los cuales la lectura del voltímetro permanece. Anote lo observado y represente estos puntos en su hoja de papel milimetrado auxiliar.

11. Una los puntos de igual potencial mediante trazo continuo, habrá ud. Determinado cada uno de las superficies V2, V3, V4, V5…

V. CUESTIONARIO 01. Determine la magnitud del campo eléctrico entre las líneas equipotenciales. ¿El

campo eléctrico es uniforme? ¿Por qué? Para determinar la magnitud del campo eléctrico entre las líneas equipotenciales, se utilizará una fórmula que esté en función de la diferencia de potencial entre dos puntos y la distancia que los separa. Esta fórmula es: E = (VB – VA) / d Para los diferentes puntos se tiene:

Distancia entre líneas

(m)

Campo Eléctrico

(v/m)

2.5 2.0 0.5 0.032 15.625

2.0 1.5 0.5 0.038 13.157

1.5 1.0 0.5 0.035 14.285

1.0 0.5 0.5 0.040 12.500

02. En su gráfica dibuje algunas líneas equipotenciales para el sistema de electrodos que utilizó.

Ver Gráfico en Papel Milimetrado.

03. ¿Cómo serían las líneas equipotenciales si los electrodos son de diferentes formas?

Como hemos observado en esta experiencia se evidencia que las líneas toman la forma

geométrica del electrodo ya que este al estar cargado tiene mayor intensidad de campo

eléctrico mientras más cerca se esté de él, ello conlleva al seguimiento de la figura del

electrodo y por tanto a la variación de las líneas.

04. ¿Por qué nunca se cruzan las líneas equipotenciales?

Se define la línea equipotencial como aquella línea imaginaria que está conformada por

puntos de igual potencial eléctrico, como ambas son líneas diferentes por la definición de

potencial entonces sabremos que ambas tendrán distinto potencial eléctrico por lo que se

diría que un punto no podría estar en ambas líneas ya que el punto tendría que tener un

valor y sería el de uno u otra mas no el de las dos.

05. Si UD imaginariamente coloca una carga de prueba en una corriente

electrolítica. ¿Cuál será su camino de recorrido?

Las corrientes electrolíticas se mueven a lo largo de las líneas de fuerza o líneas de campo,

ya que estas líneas representan la trayectoria que siguen las partículas (en este caso, sal

ionizada) que se encuentran cargadas positivamente y que están disueltas en el agua.

06. ¿Por qué las líneas de fuerza deben formar un ángulo recto con líneas

equipotenciales cuando las cruzan?

Ninguna de las líneas de fuerzas empieza o termina en el espacio que rodea la carga. Toda

línea de fuerza de un campo electrostático es continua y empieza sobre una carga positiva

llegando a una carga negativa en el otro.

Como la energía potencial de un cuerpo cargado es la misma en todos puntos de la

superficie equipotencial dada, se deduce que no es necesario realizar trabajo (eléctrico)

para mover un cuerpo cargado sobre tal superficie. De ahí que la superficie equipotencial

que pasa por un punto cualquiera ha de ser perpendicular a la dirección del campo en

dicho punto. Las líneas de campo y de la superficie equipotencial

07. El trabajo realizado para transportar la unidad de carga de un electrodo a otro

es:

El trabajo que realiza el campo eléctrico sobre una carga q cuando se mueve desde una

posición en el que el potencial es VA a otro lugar en el que el potencial es VB es

08. Siendo

, el error absoluto es:

Para encontrara el error absoluto primero vamos a utilizar las formulas para las

mediciones directas en indirectas y las relaciones que con ellas se establecen.

⏞

⏟

Entonces:

∑

Donde: VB, VA: Potenciales eléctricos

n: Número de mediciones

𝛔=0

Ea=0

Ei= [(0,125)^2+(0,125)^2]^0,5

Ei=0,177

𝛥A= [(0,177)^2+(0)^2]^2

𝛥A=0,177

A=0,500+-0,177

B=0,036

𝛔=1,11*10^-3

Ea=3,33*10^-3/3^-0,5

Ea=1,92*10^-3

𝛥B=[(0,05)^2+(1,92*10^-3)^2]^0,5

𝛥B=1,918*10^-3

B=0,036+-1,918*10^-3

Luego:

√(

)

(

)

√(

)

(

)

𝛥E=5,05V/m

Finalmente:

El error absoluto será: 5,05V/m

09. El error relativo de la medida de E es:

=0,36383285

10. Que semejanza y diferencia existe entre un campo eléctrico y un campo

gravitatorio.

Semejanza:

o Ambos campos ejercen interacción con otros cuerpos sin manifestar contacto

directo con ellos.

o Ambos presentan una relación directa con los cuerpos con los que interactúan

el campo gravitatorio con la masa y el campo eléctrico con la carga eléctrica.

o Su magnitud se incrementa cuando se acercan a los cuerpos generadores de

estos campos la misma que disminuye al alejarse.

Diferencias:

o El campo eléctrico ejerce influencia sobre los cuerpos solo con una cantidad

pequeña de carga a diferencia del campo gravitatorio el cual adquiere influencia

sobre masas considerables.

o El campo eléctrico posee la facultad de ejercer fuerzas de atracción y de

repulsión a diferencia del campo gravitatorio que solo ejerce atracción sobre los

cuerpos interactuando en él.

11. Si el potencial eléctrico es constante a través de una determinada región del espacio ¿Qué puede decirse acerca del campo eléctrico en la misma? Explique.

. En la presente experiencia en el laboratorio hemos definido que la intensidad de campo

eléctrico E representa la interacción del campo eléctrico de forma vectorial, además se

definió también que el Potencial Eléctrico es una característica escalar (ENERGETICA) que

está asociada a cada punto de una región donde se establece el campo eléctrico.

Entonces basándonos en ellos podemos decir q aunque el potencial eléctrico sea

constante eso no quiere decir que el campo eléctrico también sea constante, ya que el

potencial es una magnitud escalar y el campo es un vector, es decir una magnitud

vectorial, pudiendo tener este campo infinitas direcciones, por lo tanto no es asociable la

constancia del valor del potencial al campo eléctrico.

VI. CONCLUSIONES Las líneas de fuerza que salen del campo eléctrico nunca se cruzan entre sí, debido a

que para cada punto de la carga positiva de donde salen, le corresponde otro punto único y diferente de la carga negativa a la que llega.

En un campo eléctrico uniforme, la magnitud de esta es constante a lo largo de todo punto del recorrido de la partícula, ya que el campo eléctrico es independiente del recorrido descrito.

VII. BIBLIOGRAFÍA

Sears Zemansky-Young Freedman .Física General, volume II.

Tipler Paul A. Física Para La Ciencia Y La Tecnología, Vol. II, Editorial

Reverte.

Arthur F. Kip. Fundamentos De Electricidad Y Magnetismo, Mc Graw –

Hill Book Company.

Serway. Electricidad y Magnetismo, 3ra Edición.