Grupo: 8071
Grupo: 8071
Profesora: Estela Margarita Puente Leos
Profesora: Estela Margarita Puente Leos
Ayudante: José Antonio Zarate Colín
Ayudante: José Antonio Zarate Colín
25 de febrero de 2014
25 de febrero de 2014
Facultad de Ciencias
Facultad de Ciencias
Integrantes:
Integrantes:
Galdámez
Galdámez
Martínez Andrés
Martínez Andrés
Actividad
Actividad
Experimental 2.
Experimental 2.
“Campo eléctrico”
“Campo eléctrico”
Equipo 1
Equipo 1
Resumen. Resumen.
En este informe se muestran los datos obtenidos de En este informe se muestran los datos obtenidos de acuerdo a una simple experimentación para acuerdo a una simple experimentación para observar una representación gráfica las líneas de observar una representación gráfica las líneas de campo generadas por un campo eléctrico. Se utilizó campo generadas por un campo eléctrico. Se utilizó un medio dieléctrico junto con una serie de un medio dieléctrico junto con una serie de electrodos para generar un campo eléctrico visible. electrodos para generar un campo eléctrico visible. Los resultados obtenidos fueron comparados con Los resultados obtenidos fueron comparados con los modelos de campo eléctrico que se tienen de los modelos de campo eléctrico que se tienen de manera teórica, de lo que se obtuvieron resultados manera teórica, de lo que se obtuvieron resultados satisfactorios. Los esquemas y los resultados satisfactorios. Los esquemas y los resultados guardaron gran semejanza lo que nos llevó a guardaron gran semejanza lo que nos llevó a concluir que el método fue una manera exitosa de concluir que el método fue una manera exitosa de tener una representación grafica de las líneas de tener una representación grafica de las líneas de campo eléctrico.
campo eléctrico.
Introducción. Introducción.
Hoy en día se tiene la idea de que tanto las fuerzas Hoy en día se tiene la idea de que tanto las fuerzas gravitacionales como las fuerzas eléctricas entre gravitacionales como las fuerzas eléctricas entre partículas son acciones a distancia. En sus orígenes partículas son acciones a distancia. En sus orígenes tanto la ley de gravitación universal de Newton tanto la ley de gravitación universal de Newton como la ley de Coulomb describen el como la ley de Coulomb describen el comportamiento de los cuerpos o las cargas comportamiento de los cuerpos o las cargas sometidas a
sometidas a estas fuerzas estas fuerzas a distancia. a distancia. Sin embargoSin embargo de acuerdo a las ideas modernas, existe una entidad de acuerdo a las ideas modernas, existe una entidad física que funciona como un mediador de fuerza, física que funciona como un mediador de fuerza, transportándola a la distancia que hay entre un transportándola a la distancia que hay entre un cuerpo y otro. A esta entidad se le conoce como cuerpo y otro. A esta entidad se le conoce como campo.
campo.
Un campo representa entonces la distribución Un campo representa entonces la distribución espacial de una magnitud física que muestra cierta espacial de una magnitud física que muestra cierta variación en una región del espacio.
variación en una región del espacio. Un ejemplo deUn ejemplo de esto es una carga eléctrica, genera un campo esto es una carga eléctrica, genera un campo eléctrico que permea el espacio que la rodea, y este eléctrico que permea el espacio que la rodea, y este campo genera una fuerza en alguna carga
campo genera una fuerza en alguna carga al entraral entrar en contacto con ella.
en contacto con ella.
Los campos son una forma de materia: están Los campos son una forma de materia: están dotados de energía y cantidad de movimiento, por dotados de energía y cantidad de movimiento, por lo que existen en un
lo que existen en un sentido material.sentido material.
Sabemos que el campo eléctrico viene dado por la Sabemos que el campo eléctrico viene dado por la siguiente ecuación; siguiente ecuación;
(2.1)(2.1) Esto indica que la magnitud de un campo eléctrico Esto indica que la magnitud de un campo eléctrico de la carga puntualde la carga puntual
es directamente proporcionales directamente proporcional a la magnitud de esa crga e inversamente a la magnitud de esa crga e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.proporcional al cuadrado de la distancia.
La dirección de un capo eléctrico depende del signo La dirección de un capo eléctrico depende del signo de la carga
de la carga
”E”El campo eléctrico se alejal campo eléctrico se aleja radialmente deradialmente de
, , sisi
es es positiva, y positiva, y se se acercaacerca radialmente haciaradialmente hacia
sisi
es negativa. En su forma es negativa. En su forma vectorial tenemos que;vectorial tenemos que;
⃑⃑
(2.5)(2.5) El campo eléctrico se puede representar El campo eléctrico se puede representar gráficamente con líneas de campo. Esas líneas se gráficamente con líneas de campo. Esas líneas se trazan de tal modo que en determinado punto, la trazan de tal modo que en determinado punto, la tangente a la línea tenga la dirección del campo tangente a la línea tenga la dirección del campo eléctrico, es decir, la dirección de vector campo. eléctrico, es decir, la dirección de vector campo. Además la densidad de las líneas es directamente Además la densidad de las líneas es directamente proporcional a la magnitud del campo eléctrico, proporcional a la magnitud del campo eléctrico, esto es, que cuando las líneas están cercanas, el esto es, que cuando las líneas están cercanas, el campo eléctrico es intenso, y donde están alejadas campo eléctrico es intenso, y donde están alejadas el campo eléctrico es débil. En la Figura 1, se el campo eléctrico es débil. En la Figura 1, se muestranmuestran las lílas líneas de neas de campo eléctrico campo eléctrico de unde unaa partícula puntual positiva y una negativa. Las partícula puntual positiva y una negativa. Las flechas en estas líneas indican la dirección del flechas en estas líneas indican la dirección del campo eléctrico a lo largo de ellas.
campo eléctrico a lo largo de ellas.
Figura 1. Las líneas de campo en
Figura 1. Las líneas de campo en una carga puntualuna carga puntual
positiva y en
La figura 2 muestra, las líneas de campo de un par La figura 2 muestra, las líneas de campo de un par de cargas positivas de igual magnitud (izquierda) de cargas positivas de igual magnitud (izquierda) mientras que el lado derecho muestra las líneas de mientras que el lado derecho muestra las líneas de campo de dos cargas de signos contrarios y de campo de dos cargas de signos contrarios y de misma magnitud.
misma magnitud.
Figura 2. Las líneas de campo de
Figura 2. Las líneas de campo de dos cargasdos cargas
puntuales tan
puntuales tanto del mismto del mismo signo como o signo como de signosde signos
contrarios.
contrarios.
Obsérvese que las líneas de campo salen de cargas Obsérvese que las líneas de campo salen de cargas positivas y terminan en las negativas; las cargas positivas y terminan en las negativas; las cargas positivas son fuentes de líneas de campo, y las positivas son fuentes de líneas de campo, y las negativas son sumideros. También obsérvese que negativas son sumideros. También obsérvese que las líneas de campo nunca se cruzan (excepto donde las líneas de campo nunca se cruzan (excepto donde se inician o termina, en cargas puntuales). Si alguna se inician o termina, en cargas puntuales). Si alguna vez se cruzaran las líneas de campo, el campo vez se cruzaran las líneas de campo, el campo eléctrico tendría dos direcciones en el punto de eléctrico tendría dos direcciones en el punto de intersección, y eso no es posible.
intersección, y eso no es posible.
El objetivo de esta práctica fue observar la El objetivo de esta práctica fue observar la naturaleza de los campos eléctricos generados por naturaleza de los campos eléctricos generados por electrodos cargadas dentro de un medio c
electrodos cargadas dentro de un medio c apacitor.apacitor.
Procedimiento. Procedimiento.
Se utilizó un refractario cuadrado de 30 cm de largo. Se utilizó un refractario cuadrado de 30 cm de largo. En los lados contrarios del refractario se fijaron dos En los lados contrarios del refractario se fijaron dos electrodos, y estos a su vez se conectaron con electrodos, y estos a su vez se conectaron con cables caimán a la fuente de alto voltaje. En esta cables caimán a la fuente de alto voltaje. En esta primera prueba se conectó un electrodo a una primera prueba se conectó un electrodo a una corriente negativa y el otro electrodo a una corriente negativa y el otro electrodo a una corriente positiva. El montaje experimental se corriente positiva. El montaje experimental se muestra en la Figura 3
muestra en la Figura 3..
Figura 3. Montaje experimental. Electrodos a los
Figura 3. Montaje experimental. Electrodos a los
extremos del refractario conectados con cables
extremos del refractario conectados con cables
caimán a la fuente de
caimán a la fuente de alto voltaje.alto voltaje.
Una vez colocado esto, se procedió a llenar el Una vez colocado esto, se procedió a llenar el refractario con aceite de maíz hasta una altura refractario con aceite de maíz hasta una altura suficiente para cubrir los electrodos. Sobre esta suficiente para cubrir los electrodos. Sobre esta película de aceite se esparcieron semillas de pasto película de aceite se esparcieron semillas de pasto sobre el aceite.
sobre el aceite.
Rápidamente se encendió la fuente de voltaje para Rápidamente se encendió la fuente de voltaje para cargar los electrodos y poder así generar un campo cargar los electrodos y poder así generar un campo eléctrico en
eléctrico en la película la película de aceite. de aceite. Las semillLas semillas deas de pasto se polarizaron y aliñaron con las líneas de pasto se polarizaron y aliñaron con las líneas de campo eléctrico, dándonos así una representación campo eléctrico, dándonos así una representación gráfica del campo eléctrico en el aceite.
gráfica del campo eléctrico en el aceite.
Se tomó una fotografía de la distribución que Se tomó una fotografía de la distribución que tuvieron las semillas con este arreglo, para tuvieron las semillas con este arreglo, para posteriormente realizar un proceso similar posteriormente realizar un proceso similar cambiando la forma de los electrodos así como la cambiando la forma de los electrodos así como la polaridad de estos mismos. Se realizaron 10 polaridad de estos mismos. Se realizaron 10 distribuciones distintas.
distribuciones distintas.
Datos experimentales. Datos experimentales.
Teniendo las fotografías de los resultados y Teniendo las fotografías de los resultados y resaltando las líneas de campo que se apreciaban a resaltando las líneas de campo que se apreciaban a color rojo se obtuvieron las siguientes imágenes. color rojo se obtuvieron las siguientes imágenes.
Figura 4. Fotografía obtenida en el
Figura 4. Fotografía obtenida en el refractario conrefractario con
aceite utilizando dos cargas
aceite utilizando dos cargas“puntuales” con“puntuales” con
polaridades cont
polaridades contrarias.rarias.
Figura 5. Fotografía obtenida en el
Figura 5. Fotografía obtenida en el refractario conrefractario con
aceite utilizando dos cargas “puntuales” con
aceite utilizando dos cargas “puntuales” con
polaridades igu
polaridades iguales.ales.
Figura 6. Fotografía obtenida en el
Figura 6. Fotografía obtenida en el refractario conrefractario con
aceite utilizando anillo cargado con
aceite utilizando anillo cargado con carga positiva.carga positiva.
Figura 7. Fotografía obtenida en el
Figura 7. Fotografía obtenida en el refractario conrefractario con
aceite utilizando
aceite utilizandobarra y carga “puntual”barra y carga “puntual”
polarizadas posit
polarizadas positivamente.ivamente.
Figura 8. Fotografía obtenida en el refractario con
Figura 8. Fotografía obtenida en el refractario con
aceite utilizando 3 cargas “puntuales” de
aceite utilizando 3 cargas “puntuales” de polaridadpolaridad
positiva.
positiva.
Resultados Resultados
Si se comparan las figuras 4 y 5 con los diagramas Si se comparan las figuras 4 y 5 con los diagramas mostrados en la figura 2 se puede observar que mostrados en la figura 2 se puede observar que guardan gran semejanza. Podemos ver que algunas guardan gran semejanza. Podemos ver que algunas de las líneas de campo de la figura 4 unen a las dos de las líneas de campo de la figura 4 unen a las dos cargas, mientras que en la figura 5 las líneas de cargas, mientras que en la figura 5 las líneas de campo nunca se intersectan entre
campo nunca se intersectan entre sí.sí.
Las líneas de campo que se presentaron cuando se Las líneas de campo que se presentaron cuando se tenían dos electrodos con la misma polaridad tenían dos electrodos con la misma polaridad presentaban la misma forma independientemente presentaban la misma forma independientemente de la polaridad de los electrodos. Es decir que se de la polaridad de los electrodos. Es decir que se tenía la misma forma en el campo cuando se tenían tenía la misma forma en el campo cuando se tenían dos cargas puntuales y ambas eran
dos cargas puntuales y ambas eran negativas, o biennegativas, o bien ambas eran positivas.
Con respecto al anillo cargado se pudo observar que Con respecto al anillo cargado se pudo observar que el campo eléctrico generado es perpendicular a la el campo eléctrico generado es perpendicular a la superficie del anillo, mientras que es su interior se superficie del anillo, mientras que es su interior se anula.
anula.
La densidad de las líneas de campo presentadas en La densidad de las líneas de campo presentadas en las pruebas realizadas con dos electrodos resulto las pruebas realizadas con dos electrodos resulto ser menor que cuando se utilizó un número mayor ser menor que cuando se utilizó un número mayor de electrodos, lo cual indica que el campo eléctrico de electrodos, lo cual indica que el campo eléctrico fue más intenso cuando hubo un mayor número de fue más intenso cuando hubo un mayor número de electrodos.
electrodos.
Discusión. Discusión.
Si comparamos las figuras obtenidas durante el Si comparamos las figuras obtenidas durante el experimento podemos observar que se asemejan a experimento podemos observar que se asemejan a los diagramas teóricos. Esto se debe a que el campo los diagramas teóricos. Esto se debe a que el campo eléctrico en el aceite polarizaba con gran facilidad eléctrico en el aceite polarizaba con gran facilidad las semillas de pasto gracias a la forma puntiaguda las semillas de pasto gracias a la forma puntiaguda de estas últimas. Por consecuencia provoco que se de estas últimas. Por consecuencia provoco que se alineasen a las líneas de campo presentes en el alineasen a las líneas de campo presentes en el aceite.
aceite.
Con respecto al aceite se debe mencionar que se Con respecto al aceite se debe mencionar que se escogió este medio puesto debido a sus escogió este medio puesto debido a sus propiedades dieléctricas, el aceite como se sabe es propiedades dieléctricas, el aceite como se sabe es un medio aislante eléctrico, además que al verse un medio aislante eléctrico, además que al verse sometido bajo un campo eléctrico externo, puede sometido bajo un campo eléctrico externo, puede generar en él un campo eléctrico interno (Figura 9). generar en él un campo eléctrico interno (Figura 9). En perspectiva se considera que se pudo hacer En perspectiva se considera que se pudo hacer utilizada también algún material con alguna utilizada también algún material con alguna constante dieléctrica similar a la del aceite y constante dieléctrica similar a la del aceite y observar la divergencia entre las imágenes observar la divergencia entre las imágenes obtenidas con el método de aceite y este que se obtenidas con el método de aceite y este que se propone de agua con sal.
propone de agua con sal.
Figura 9. Material dieléctrico polarizado por un
Figura 9. Material dieléctrico polarizado por un
campo eléctrico externo
campo eléctrico externo
Podemos ver de igual manera que la forma de las Podemos ver de igual manera que la forma de las líneas de campo eléctrico (sin considerar la líneas de campo eléctrico (sin considerar la dirección)
dirección) es la es la misma si misma si las polaridlas polaridades de ades de loslos electrodos es la misma, independientemente de si electrodos es la misma, independientemente de si esta polaridad es negativa o es positiva, tal como se esta polaridad es negativa o es positiva, tal como se preveía teóricamente.
preveía teóricamente.
Es claro que las líneas de fuerza tienen una Es claro que las líneas de fuerza tienen una dirección específica para cada caso. Sin embargo en dirección específica para cada caso. Sin embargo en este experimento no se colocaron las direcciones de este experimento no se colocaron las direcciones de las líneas de campo ya que no se demostró la las líneas de campo ya que no se demostró la dirección de las mismas en ninguna parte del dirección de las mismas en ninguna parte del experimento.
experimento.
En el caso del anillo cargado el campo dentro de él En el caso del anillo cargado el campo dentro de él se elimina, pu
se elimina, puesto que esto que dentro del andentro del anillo se illo se generagenera un campo eléctrico en el sentido opuesto al interno un campo eléctrico en el sentido opuesto al interno y de igual modulo, de modo que en interior del y de igual modulo, de modo que en interior del anillo el campo eléctrico es nulo. Este hecho anillo el campo eléctrico es nulo. Este hecho constituye el funcionamiento de la jaula de Far constituye el funcionamiento de la jaula de Far aday.aday.
Conclusiones. Conclusiones.
Se observó cualitativamente que las líneas de Se observó cualitativamente que las líneas de campo eléctrico generado por una o varias cargas campo eléctrico generado por una o varias cargas eléctricas tanto puntuales como en algunos casos eléctricas tanto puntuales como en algunos casos en varillas, tienen el comportamiento que se en varillas, tienen el comportamiento que se esperaba de manera teórica.
Bibliografía Bibliografía
Hans C. Ohanian Física para ingeniería yHans C. Ohanian Física para ingeniería y ciencias Vol. 2, 3° Edición. Mc Graw Hill ciencias Vol. 2, 3° Edición. Mc Graw Hill 2002
2002
Walker, J., Halliday, D. &Resnick, R.Walker, J., Halliday, D. &Resnick, R.
Fundamentals of physics
Fundamentals of physics. . 6°Edición,6°Edición, Hoboken, N.J., EE.UU 2001.
Hoboken, N.J., EE.UU 2001.
Anexo; Anexo;
Todas las imágenes del experimento se encuentran Todas las imágenes del experimento se encuentran en: en: https://www.dropbox.com/sh/wxxxugijqe15wmf/f6 https://www.dropbox.com/sh/wxxxugijqe15wmf/f6 T8quAovW T8quAovW