Nombre del alumno:
Grupo: Fecha de realización de la práctica:
Nombre de los profesores: Califi cación:
OBJETIVOS
Al término de esta práctica, el alumno:
Concluirá que en el espacio que rodea a una carga eléctrica existe una fuerza de origen eléctrico.
Describirá los diferentes espectros de las líneas de fuerza del campo eléctrico obte- nidos entre electrodos de diversas geometrías.
INTRODUCCIÓN
Se observa que un péndulo cargado eléctricamente se inclina cuando se aproxima a la re- gión que rodea a uno o más cuerpos con carga eléctrica. La inclinación del péndulo se in- vierte si se cambia el signo de su carga eléctrica, con lo que se prueba que la carga eléctrica
“prácticamente puntual” del péndulo sufre la acción de una fuerza electrostática F
F
, cuyosentido está ligado al signo de las cargas.
Ahora bien, a la región del espacio que rodea a un cuerpo o la partícula cargada eléc-
tricamente, donde se perciben las fuerzas de atracción o de repulsión que se producen sobre otros cuerpos cargados eléctricamente se le llama campo eléctrico.
La existencia del campo eléctrico se debe a que la región del espacio que rodea a un
cuerpo cargado eléctricamente, se modifi ca de alguna manera por la presencia de la car-
ga eléctrica en dicha región.
Al campo eléctrico se le asocia en cada uno de sus puntos, una magnitud física vec- torial llamada intensidad de campo eléctrico, que es la que provoca una fuerza sobre cualquier carga eléctrica colocada en el campo eléctrico.
Para defi nir operacionalmente la intensidad del campo eléctrico, colocamos un peque-
ño cuerpo de prueba que tenga una carga q0 (positiva) en el punto del espacio que se va a
examinar y medimos la fuerza eléctrica F
F
(si acaso hay alguna) que obre sobre ese cuerpo. LaE
F
5 FF
q0 (1)
donde: E
F
5 intensidad de campo eléctricoF
F
5 fuerza eléctrica sobre q0q0 5 carga de prueba
En la ecuación 1 es necesario que el campo eléctrico de la carga de prueba no altere
sensiblemente el campo de las cargas en estudio, esto implica que q0→ 0, con lo que es
posible establecer una defi nición más rigurosa, que es: E
F
5 límq→ 0
F
F
q0 (2)
La intensidad del campo eléctrico E
F
se expresa en newtoncoulomb (N/C) en el sistema inter-
nacional (SI).
El campo eléctrico alrededor de un cuerpo cargado puede describirse no sólo por una
magnitud vectorial E
F
; sino también por una magnitud física escalar llamada potencialeléctrico, representada por la letra V. Es decir, a cada uno de los puntos de un campo eléc-
trico, se le atribuye una propiedad escalar llamada potencial eléctrico (V ).
El potencial eléctrico o simplemente potencial, es la energía potencial por unidad de
carga eléctrica. Se defi ne el potencial V en cualquier punto de un campo eléctrico como
la energía potencial eléctrica (U o EPE) por unidad de carga asociada con una carga de
prueba q0 en este punto, es decir:
V 5U
q0 (3)
Como la carga eléctrica y la energía potencial eléctrica son magnitudes escalares, el potencial eléctrico es también una magnitud escalar. La unidad del potencial eléctrico en el SI es el volt (V) en honor del científi co Alessandro Volta (1745-1827), es igual a
1 joule
1 coulomb, es decir, 1 V 5 1 J 1 c.
Así como hay dos magnitudes físicas que se pueden emplear para describir la región que rodea a una carga eléctrica, hay dos formas diferentes de representar gráfi camente un campo eléctrico.
Una es un conjunto de líneas (líneas de fuerza) que indican en cada punto la dirección de la intensidad del campo eléctrico.
La otra es un conjunto de superfi cies (superfi cies equipotenciales) que indican en cada punto el potencial eléctrico.
Las líneas de fuerza son líneas imaginarias que corresponden a la trayectoria que se- guirían pequeños cuerpos de carga eléctrica positiva en el campo eléctrico.
A la representación de las líneas de fuerza de un campo eléctrico se le designa con el nombre de espectro de campo eléctrico.
En esta práctica observarás y determinarás experimentalmente el espectro de campo
eléctrico de una carga eléctrica puntual y de diferentes distribuciones de carga eléctrica.
Para ello, debes colocar en un recipiente de plexiglas un poco de aceite de ricino, al cual le has espolvoreado aserrín (o semillas); posteriormente, colocas sobre el aceite cuerpos metálicos de diferente forma, cargados de potenciales altos, así lograrás que las partículas de aserrín se polaricen, debido a las atracciones y repulsiones eléctricas que se presentan entre ellas, y se moverán acomodándose en la dirección de las líneas de fuerza.
Finalmente, cabe recalcar que la importancia del conocimiento de los espectros del
ejemplo en el tubo de rayos catódicos, en fi ltros electrostáticos, en el pararrayos, etcé- tera.
Material
4 cables de conexión 1 agitador 1 péndulo eléctrico 1 barra de vidrio1 juego de accesorios para la cuba electrostática 1 generador de Van de Graff
1 frasco de aceite de ricino 1 cuba electrostática 1 barra de poliesterina 1 paño de lana
Aserrín o semillas de alpiste
1 popote y una bolsa de plástico (los cuales deberán ser traídos por el alumno)
Desarrollo experimental
Campo eléctrico
Procedimiento
1. Frota el popote con la bolsa de plástico y ponlo en contacto con la esfera del pén- dulo eléctrico. Anota tus observaciones.
2. Ahora acerca lo sufi ciente la esfera cargada del péndulo eléctrico sin hacer contac- to, primero a la región frotada de la bolsa de plástico y después al popote cargado. Anota tus observaciones.
Discusión
1. ¿Qué tipo de carga adquirió la esfera del péndulo eléctrico cuando hizo contacto con el popote?
2. Cuando la esfera del péndulo eléctrico cargado se acerca lo sufi ciente a la bolsa de plástico y al popote cargados, señala si existe algún tipo de interacción sobre la esfera del péndulo.
3. ¿Qué tipo de interacción fue la que se detectó en este experimento?
4. Una vez cargado el péndulo eléctrico y cargado el popote, señala si hubo necesi- dad de que hubiera contacto físico entre ambos cuerpos para que apareciera una fuerza de origen electrostático. Explica.
Conclusiones
A la región del espacio que rodea a un cuerpo cargado donde aparecen _______________ de origen eléctrico cuando se colocan otros cuerpos cargados se denomina _____________ __________________________________________.
¿Qué otras conclusiones obtuviste?