Práctica 3
Práctica 3
CAMPO ELÉCTRICO CAMPO ELÉCTRICO 1. 1.Introducción
Introducción
1.1.1.1.
Concepto de campo.
Concepto de campo.
Es más útil, imaginar que cada uno de losEs más útil, imaginar que cada uno de loscuerpos cargados modifica las propiedades del espacio que lo cuerpos cargados modifica las propiedades del espacio que lo rodea con su sola presencia. Supongamos, que solamente está rodea con su sola presencia. Supongamos, que solamente está presente la carga
presente la carga QQ, después de haber retirado la carga, después de haber retirado la carga qq deldel punto P. Se dice que la carga
punto P. Se dice que la carga QQ crea un campo eléctrico en elcrea un campo eléctrico en el pu
puntnto o P. P. Al Al vovolvlver er a a poponener r la la cacargrgaa qq en en el el pupuntnto o P, P, cacabebe im
imagagininar ar quque e la la fufuerzerza a sosobre bre estesta a cacargrga a la la ejejererce ce el el cacampmpoo eléctrico creado por la carga
eléctrico creado por la carga QQ.. C
Cadada a ppuunntto o P P ddeel l eespspacacio io qquuee rodea a la carga
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cargrga a popositsitiva iva imimagagininariariamamenentete situada en el punto P. situada en el punto P. r r r r Q Q E E ˆˆ 4 4 1 1 2 2 0 0 πε πε = =
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Energía
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enentre tre dodos s mamasas sas eses conservativa, del mismo modo se puede demostrar que la fuerza conservativa, del mismo modo se puede demostrar que la fuerza dede intintereracaccición ón enentre tre cacargargas s es es coconsenservarvatitivava. . El El trtrababajajo o de de ununaa fuerza conservativa, es igual a la diferencia entre el valor inicial y fuerza conservativa, es igual a la diferencia entre el valor inicial y el
el vavalolor r fifinanal l de de ununa a fufuncncióión n quque e sosolalammenente te dedepependnde e de de lalass coordenadas que denominamos energía potencial.
El trabajo infinitesimal es el producto escalar del vector fuerza F por el vector desplazamiento dl, tangente a la trayectoria.
dr F dl F dl F dW = ⋅ = ⋅ ⋅cosθ = ⋅
Para calcular el trabajo total, integramos entre la posición inicial A, distante r A del centro de fuerzas y la posición final B, distante
r B del centro fijo de fuerzas.
El trabajo W no depende del camino seguido por la partícula para ir desde la posición A hasta la posición B. La fuerza de atracción F , que ejerce la carga fija Q sobre la carga q es conservativa. La fórmula de la energía potencial es
El hecho de que la fuerza de atracción sea conservativa, implica que la energía total (cinética más potencial) de la partícula es constante, en cualquier punto de la trayectoria.
Líneas de Campo Eléctrico.
Lamadas también líneas de fuerza, son flechas orientadas que representan y describen la forma del campo eléctrico, proporcionan un modo conveniente e instructivo de representar el campo eléctrico.La intensidad de campo eléctrico de una región del espacio están relacionadas:
Las líneas de fuerza dan la dirección y sentido del vector E en cualquier punto. El vector campo eléctrico siempre es tangente a la línea de fuerza en cada punto.
El número de líneas de fuerza por unidad de superficie que pasa a través un area perpendicular a dichas líneas, es proporcional a ala magnitud del campo eléctrico en dicha región; en consecuencia las líneas estarán cercanas donde el campo sea fuerte, y separadas donde el campo es débil.
Dada una distribución de cargas, en cada punto del espacio existe un campo eléctrico. Definimos las líneas de campo eléctrico como aquellas líneas cuya tangente es paralela al campo eléctrico en cada punto.
2. Objetivos.
2.1 Objetivo General.
Determinar y evidenciar experimentalmente la existencia de un campo eléctrico (E).2.2 Objetivo Especifico.
Determinar el campo eléctrico a partir de dos métodos:.1er. Método. Determinar la intensidad del campo eléctrico E, a partir de la diferencial potencial midiendo lo siguiente:
• La distancia de separación entre placas.
• El voltaje o diferencia de potencial entre placas.
2do. Método. Determinar el campo E, a partir de la Ley de Gauss, midiendo lo siguiente:
• El diámetro de las placas (para evaluar el área de placas). • La carga acumulada en placas.
3. Material y equipo utilizado.
- Una fuente de tensión de 450V - Un regulador de voltaje
- Un multimetro - Un base
- Un condensador de placas paralelas - 10 separadores de plástico
- Un flexometro - Un calibrador - Un conmutador - Un sensor de carga
- Un sistema de adquisición de datos - 6 cables
- Un extensor de corriente
5. Resumen de la práctica
1. Medimos el lado de las placas
2. Medición del potencial eléctrico 3. Calculamos el área
4. Medimos las cargas, luego con valores teóricos como la permitividad del vacio y valores calculados como el área obtuvimos por el segundo método el campo eléctrico.
5. Calculamos errores.
6. Tabulación de datos
6.1 Datos analíticos Primer método.-Variables Experimentales N V (V) d (m) 1 17 2.19E-3 1 21.4 2.19E-3 3 27.8 2.19E-3 4 33.6 2.19E-3Segundo
método.-Variables Permitividad Variables N D (m) eo (C2/Nm2) Área (m2) 1 0,20 8,85E-12 0,04 2 3 4 6.2 Datos experimentales.-Primer Segundo método.-7. Modelos matemáticos Formula del campo
eléctrico.-Primer método.-Variable Calculada N E (V/m) 1 7762.55707 1 9771.68949 3 12694.06393 4 15342.46575 Variables N Q (C) E (N/C) 1 2.8479 E-9 8044.915 25 1 3.5572 E-9 10048.58 757 3 4.5937 E-9 12976.55 367 4 5.5342 E-9 15633.33 333
Segundo
método.-Calculo del campo
eléctrico.-Primer método
Segundo método
Formula del
área.- A = l
2Calculo del
área.- A = (0.20)
2= 0.04
Fórmula Error Absoluto
Donde: x = valor medido x’ = valor más exacto A 0 E= d = 55 . 7762 = = 9 . 8044 4 -. = = ' x x − = ε
Fórmula Error Relativo
Fórmula Error Relativo Porcentual
8. Obtención de
errores.-9. Cuestionario.
1.- De que manera
varia la intensidad de campo eléctrico con la distancia para una
carga puntual?
Supongamos una carga q0 situada la una distancia r de una carga
puntual q:La fuerza que actúa sobre q0:
No Valor mas Probable Valor mas Exacto Error Absoluto Error Relativo 1 7762.5570 7 8044.9152 5 282.35818 3.50977 2 9771.6894 9 10048.58 757 276.89808 2.75559 3 12694.063 93 12976.55 367 282.48974 2.17692 4 15342.465 75 15633.33 333 290.86758 1.86056
2.5
7
' ' x x x r − = ε 100 ' ' % × − = x x x r εSi consideramos un :
a. Campo cercano: Muy cerca de una carga predomina el campo de
esta. Por tanto, sus líneas son radiales y esféricamente simétricas.
b. Campo lejano: lejos del sistema de cargas, el patrón deberá verse
como el de una sola carga puntual de valor (2q – q) = +q; esto es, las líneas deben apuntar radialmente hacia fuera.
2.- .- De que manera varia la intensidad de campo eléctrico en
un dipolo eléctrico ?
• El campo eléctrico E en P es proporcional a “qd”. Esta esencial
propiedad combinada de un dipolo eléctrico se llama momento dipolar eléctrico: r r q q F ˆ 4 1 2 0 0 ε π =
[ ]
C m d q p= =3.- En el experimento realizado en laboratorio, para el primer
método de determinación del campo eléctrico, será posible
establecer cualquier valor para el campo eléctrico o es que
tendrá un limite?
No es posible establecer cualquier valor para el campo eléctrico ya que el calculo del mismo depende de los valores dados para el voltaje, los cuales tenían un rango de 90-120V.
4.- Cual de los dos métodos nos proporcionara valores mas
confiables?
El segundo método es el más confiable ya que se usan más datos teóricos como la permitividad del vacio.
5.- Si se crea un campo eléctrico considerablemente grande y
se introduce una carga de prueba en su interior se observaran
diferentes fenómenos. ¿Que sucede si en lugar de la carga de
prueba introduzco un dedo en ese campo? Respalde sus
conclusiones.
Lo que sucedería al introducir un dedo, sería: una descarga eléctrica considerablemente grande en la persona lo cual ocasionaría la electrocutacion, provocando tal vez la muerte.
6.- Por que el campo eléctrico se expresa como un vector, si se
podría representar como una nube gaseosa alrededor de una
carga lo que en realidad se puede observar con ciertos
dispositivos.
Un campo eléctrico en un punto del espacio se define a partir de la fuerza eléctrica sobre una partícula de prueba de carga q0 situada
en dicho punto, por convención elegimos q0 que siempre es carga
positiva.
El campo eléctrico E en un punto del espacio operacionalmente se define: 0 q F E =
Como F es un vector y q0 un escalar, el E es también un vector.
10. Conclusiones.
Con esta práctica logramos verificar que realmente se puede calcular el campo eléctrico a través del potencial eléctrico mediante dos métodos, además concluimos que el segundo método es el más exacto.