1. LABORATORIO DE FISICA C Msc. RICHARD PILOZO
OBJETIVOS
⇒ Demostrar que en el interior de un conductor el campo
eléctrico es nulo.
⇒ Observar para diferentes distribuciones de carga le
corresponde líneas de campos eléctricos.
⇒ Determinar para diferentes distribuciones de carga las
correspondientes superficies equipotenciales.
⇒ Verificar que las superficies equipotenciales son
perpendiculares a las líneas de campo eléctrico.
RESUMEN
En la práctica se demostró que dentro de un conductor el campo
eléctrico es cero se lo logro con el generador de van de Graaf y
cerca de un electroscopio que es de saber que encendido se preces
encía carga eléctrica y por ende campo eléctrico pero puesto en
una jaula metálica se puede notar que hay carga eléctrica por tanto
en el interior de un conductor eléctrico no hay campo eléctrico.
Con la ayuda del retroproyector y cubeta de acrílico el cual dentro
de él se puso piezas metálicas cargados eléctricamente con
diferente carga eléctrica y granillos de madera se logró observar
las líneas de campos eléctricos.
Por medio de un circuito eléctrico de un generador de voltaje
voltímetro y un acrílico contenedor de agua y piezas metálicas con
cargas eléctricas se pudo verificar las superficies equipotenciales
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son perpendiculares al campo todo en en la línea fue todo el mismo
potencial.
INTROdUccIóN
Un Campo eléctrico, es la región del espacio donde se pone de
manifiesto los fenómenos eléctricos. Se representa por E y es de
naturaleza vectorial. En el Sistema Internacional de unidades el
campo eléctrico se mide en newton/culombio (N/C).
La región del espacio situada en las proximidades de un cuerpo
cargado posee unas propiedades especiales. Si se coloca en
cualquier punto de dicha región una carga eléctrica de prueba, se
observa que se encuentra sometida a la acción de una fuerza. Este
hecho se expresa diciendo que el cuerpo cargado ha creado un
campo eléctrico. La intensidad de campo eléctrico en un punto se
define como la fuerza que actúa sobre la unidad de carga situada en
él. Si E es la intensidad de campo, sobre una carga Q actuará una
fuerza
(1) F=Q·E
La dirección del campo eléctrico en cualquier punto viene dada por
la de la fuerza que actúa sobre una carga positiva unidad colocada
en dicho punto.
Las líneas de fuerza en un campo eléctrico están trazadas de modo
que son, en todos sus puntos, tangentes a la dirección del campo, y
su sentido positivo se considera que es el que partiendo de las
cargas positivas termina en las negativas.
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La intensidad de un campo eléctrico creado por varias cargas se
obtiene sumando vectorialmente las intensidades de los campos
creados por cada carga de forma individual.
Las líneas de fuerza eléctricas indican la dirección y el sentido en
que se movería una carga de prueba positiva si se situara en un
campo eléctrico. El diagrama de la izquierda muestra las líneas de
fuerza de un campo eléctrico creado por dos cargas positivas. Una
carga de prueba positiva sería repelida por ambas. El diagrama de la
derecha muestra las líneas de fuerza de un campo eléctrico creado
por dos cargas de signo opuesto. Una carga de prueba positiva sería
atraída por la carga negativa y repelida por la positiva.
Potencial eléctrico de un punto cualquiera en el espacio se define
como la energía potencial eléctrica por unidad de carga.
Diferencia de potencial, también llamada tensión eléctrica, es el
trabajo necesario para desplazar una carga positiva unidad de un
punto a otro en el interior de un campo eléctrico; en realidad se
habla de diferencia de potencial entre ambos puntos (VA - VB). La
unidad de diferencia de potencial es el voltio (V).
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Un generador de corriente eléctrica permite mantener una
diferencia de potencial constante y, en consecuencia, una corriente
eléctrica permanente entre los extremos de un conductor. Sin
embargo, para una determinada diferencia de potencial, los
distintos conductores difieren entre sí en el valor de la intensidad
de corriente obtenida, aunque el campo eléctrico sea el mismo.
Existe una relación de proporcionalidad, dada por la ley de Ohm,
entre la diferencia de potencial entre los extremos de un
conductor y la intensidad que lo recorre La constante de
proporcionalidad se denomina resistencia del conductor y su valor
depende de su naturaleza, de sus dimensiones geométricas y de las
condiciones físicas, especialmente de la temperatura.
La diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito se mide
con un voltímetro, instrumento que se coloca siempre en derivación
entre los puntos del circuito cuya diferencia de potencial se quiere
medir.
La diferencia de potencial V entre dos puntos donde existe un
campo eléctrico uniforme es:
(2) V=Ed[v]
Electroscopio, dispositivo que sirve para detectar y medir la carga
eléctrica de un objeto
El electroscopio más sencillo está compuesto por dos conductores
ligeros suspendidos en un contenedor de vidrio u otro material
aislante. Los dos conductores están conectados a un tercer
conductor que se halla fuera del recipiente. Cuando se acerca un
cuerpo cargado al conductor exterior, los conductores del interior
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se cargan y se repelen. Midiendo la distancia a la que se separan
estos conductores se puede calcular la cantidad de carga del
cuerpo.
Pueden utilizarse tres métodos para cargar eléctricamente un
objeto: 1) contacto con otro objeto de distinto material (como por
ejemplo, ámbar y piel) seguido por separación; 2) contacto con otro
cuerpo cargado; 3) inducción.
El Van de Graaff. Consiste en un terminal de alta tensión formado
por una esfera metálica hueca montada en la parte superior de una
columna aislante. Una correa continua de material dieléctrico, como
algodón impregnado de caucho, se mueve desde una polea situada en
la base de la columna hasta otra situada en el interior de ésta.
Mediante una tensión eléctrica de unos 50.000 voltios se emiten
electrones desde un peine metálico de púas afiladas, paralelo a la
correa móvil. La correa transporta las cargas hasta el interior de
ésta, donde son retiradas por otros peines y llevadas a la superficie
de la esfera. A medida que la correa va recogiendo cargas y las
transporta hasta la esfera, se crea una diferencia de potencial de
hasta 5 millones de voltios.
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Superficie equipotencial, lugar geométrico de los puntos de un
campo de fuerza que tienen el mismo potencial.
Los campos de fuerza se pueden representar gráficamente por las
superficies equipotenciales o por las líneas de fuerza. Las
superficies equipotenciales en un campo creado por una única masa
o una única carga eléctrica son superficies esféricas concéntricas
con la masa o la carga, respectivamente. Estas superficies se suelen
representar a intervalos fijos de diferencia de potencial, de modo
que su mayor o menor proximidad indicará una mayor o menor
intensidad de campo.
La diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera de una
superficie equipotencial es nula. Así, si desplazamos una masa, en el
caso del campo gravitatorio, o una carga, en un campo eléctrico, a lo
largo de una superficie equipotencial, el trabajo realizado es nulo.
En consecuencia, si el trabajo es nulo, la fuerza y el desplazamiento
deben ser perpendiculares, y como el vector fuerza tiene siempre
la misma dirección que el vector campo y el vector desplazamiento
es siempre tangente a la superficie equipotencial, se llega a la
conclusión de que, en todo punto de una superficie equipotencial, el
vector campo es perpendicular a la misma, y que las superficies
equipotenciales y las líneas de fuerza se cortan siempre
perpendicularmente.
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PROcEdIMIENTO ExPERIMENTal
MaTERIalES USadOS
 Generador de van de Graaf
 Jaula metálica
 Electroscopio
 Retroproyector
 Cubeta de acrílico
 Juego de piezas metálicas
 Aceite y granitos de madera
1. Se demostró que en el interior de un conductor el campo
eléctrico es nulo
Una vez ya encendido el generador de van de Graaf se acerca el
electroscopio el cual la aguja de este se levantara esto se
evidencia que hay carga y por ende hay campo eléctrico. Se anota
las observaciones en la práctica.
Luego al electroscopio se le pone una jaula metálica encendido el
generador de van de Graaf se notara que la aguja no se levantara
es decir no hay carga y por tanto se podrá concluir que dentro de
un conductor el campo eléctrico es nulo. Se anota las
observaciones en la práctica.
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2. Se Observan las líneas de campos eléctricos
Se coloca una cubeta de acrílico en el retroproyector se llena
con aceite hasta cubrir la base y se echan granillos de madera.
Luego se disponen dos conectores alrededor de la cubeta para
poder ajustar a piezas metálicas quienes recibirán carga de
signos diferente. Se podrá apreciar con los granillos de madera
las líneas de campo eléctrico.Se anota las observaciones en la
práctica.
3. Superficies equipotenciales A
Se realiza el siguiente circuito eléctrico donde se dispone un
generador de voltaje una cubeta llena de agua piezas metálicas y
vultimetros.
5v
+
- + -
Generador de voltaje Voltímetro
+ -
Cubeta de acrílico llena de agua
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Se toca con la varilla metálica conectada al voltímetro y se le da la
forma para que el voltimetro marca constante la forma es una línea
recta en la que se encuentra la misma intensidad.
RESUlTadO
Observación del electroscopio cuando se acerca el generador
de van de Graaff
La aguja del electroscopio al acercarse al generador se
levanta
Observación del electroscopio cuando se acerca el generador
de van de Graaff cubierto con la jaula metalica.
La aguja del electroscopio no se levanta al acercarse al
generador de van de Graaff.
dIScUSIóN
a) ¿Por que la aguja del electroscopio se levanta al acercarse
al generador de van de Graaf?.
Debido que al encender el generador de van de Graaf la
esfera metálica grande y pequeña se cargan y hay un flujo
de cargas eléctricas que viaja de una a otra por esa razón
las chispas. El electroscopio al tener cerca la carga
eléctrica de signo contrario la aguja se siente atraída. Es
decir al saber que hay carga entonces hay campo eléctrico
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b) ¿ Por que la aguja del electroscopio no se levanta al
acercarse al generador de van de Graaf cuando se
encuentra dentro de la jaula metálica.?
Al tener el electroscopio en una jaula metálica es como
tener una carga eléctrica dentro de un conductor y se
puede notar que no se mueve es decir
c) ¿Por qué las líneas de campo eléctrico son perpendicualres
a las superficies equipotenciales?.
se acercan. Los electrones se alejan lo mas que puedan
según el material
cONclUSIONES
 Dentro de un conductor eléctrico el campo eléctrico es
cero
 Al tener cargas eléctricas hay campo eléctrico
 Las superficies equipotenciales son perpendiculares a las
líneas de campo eléctrico
 En una línea equipotencial esta todo al mismo potencial
es igual al preguntarse porque los pájaros se paran en
cables de alta tensión es debido que las dos patas de
ellos estan en el mismo cable pero si acoso se paran de
una pata tocan otro cable el pájaro recibirá la carga
eléctrica que tenga estos cables
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REFERENcIa
- Microsoft ® Encarta ® 2009.
- Guía de laboratorio de física C revisión III, Espol ICF
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