REALIZADO POR: CHRISTIAN OCHOA
MATERIA: FISICA III
CURSO: CUARTO CICLO
PROFESOR: Phd: CHRISTIAN MEJIA
CARRERA: INGENIERIA INDISTRIAL
FECHA: 11/04/2016
PRACTICA DE FISICA Nº 3 TITULO: CAMPOS ELECTRICOS OJETI!OS: 1" Investigar como son las líneas de fuerza para las siguientes conguraciones de carga!
a" $" c" d" e"
#na carga puntual %os cargas puntuales de igual signo %os cargas puntuales de signo contrario #n anillo cargado #na $arra cargada
2" Investigar como es el campo el&ctrico en el interior ' e(terior del )ueco de un conductor cerrado*
MATREIALES: #L$%&' d( ()*$+,%CANTID AD 1 1 3 2
1 1
ITEMS
+enerador de ,ims)urst +enerador de -an de +raa. Conductores Recipientes Aceite de cocina Semillas de pasto ' te de manzanilla Papel aluminio Anillo met/lico 0arra met/lica
MARCO TEORICO: C'.+, E&$,
El '.+, (&$, es un campo físico 1ue es representado mediante un modelo 1ue descri$e la interacci2n entre cuerpos ' sistemas con propiedades de naturaleza el&ctrica* Se descri$e como un campo vectorial en el cual una carga el&ctrica puntual de valor sufre los efectos de una fuerza el&ctrica dada por la siguiente ecuaci2n!
C'.+, E&$, L5('% d( C'.+,
#na carga el&ctrica puntual q 3carga de prue$a" sufre4 en presencia de otra cargaq1 3carga fuente"4 una fuerza electrost/tica* Si eliminamos la carga de prue$a4 podemos pensar 1ue el espacio 1ue rodea a la carga fuente )a sufrido alg5n tipo de pertur$aci2n4 'a 1ue una carga de prue$a situada en ese espacio sufrir/ una fuerza* La pertur$aci2n 1ue crea en torno a ella la carga fuente se representa mediante un (&, denominado '.+, (&$,* La direcci2n ' sentido del vector campo el&ctrico en un punto vienen dados por la direcci2n ' sentido de la fuerza 1ue e(perimentaría una carga positiva colocada en ese punto! si la carga fuente es positiva4 el campo el&ctrico generado ser/ un vector dirigido )acia afuera 3a" ' si es negativa4 el campo estar/ dirigido )acia la carga 3$"!
Campo el&ctrico creado en el punto P por una carga de fuente q1 positiva 3a" ' por una otra negativa 3$"*
El campo el&ctrico E creado por la carga puntual q1 en un punto cual1uiera P se dene como!
%onde q1 es la carga creadora del campo 3carga fuente"4 K es la constante electrost/tica4 r es la distancia desde la carga fuente al punto P ' u es un vector unitario 1ue va desde la carga fuente )acia el punto donde se calcula el campo el&ctrico 3P"* r
El campo el&ctrico e(iste cuando e(iste una carga ' representa el vínculo entre &sta ' otra carga al momento de determinar la interacci2n entre am$as ' las fuerzas e6ercidas* Tiene car/cter vectorial 3campo vectorial" ' se representa por medio de líneas de campo* Si la carga es positiva4 el campo el&ctrico es radial ' saliente a dic)a carga* Si es negativa es radial ' entrante*
P(d$$75:
7Cu/l es la forma del campo el&ctrico alrededor de una carga el&ctrica aislada8 7Cu/l es la forma del campo el&ctrico si )a' dos cargas cerca la una de la otra8
PROCEDIMIENTO: E8+($.(5&, 1: !$%*'$9'$75 d( (%+(&, d( '.+, (&$, d( *5' '' +*5&*'"
En el recipiente agrega el aceite4 espolvorea la semilla de manzanilla ' coloca un cuerpo conductor 3papel aluminio" esf&rico en el centro ' conecta a uno de los electrodos del generador de -an de +raa.* 9az funcionar la m/1uina para cargar el cuerpo conductor ' o$serva* Representa lo o$servado es1uem/ticamente* E8+($.(5&, 2: C'.+, (&$, +,d*$d, +, d,% ''% d( %$5, ,5&'$,"
En el otro recipiente4 agrega el aceite ' coloca dos cuerpos conductores circulares separados apro(imadamente : cm4 conecta cada uno de los conductores a diferente electrodo del generador de ,ims)urst* 9az funcionar la m/1uina ' o$serva* Representa lo o$servado es1uem/ticamente* E8+($.(5&, 3: C'.+, (&$, +,d*$d, +, (&$'% $*'(% d( .$%., %$5,"
d,%
''%
En el e1uipo del e(perimento ;4 repite el procedimiento a)ora conectando los conductores al mismo electrodo del generador* 9az funcionar la m/1uina ' o$serva* Representa lo o$servado es1uem/ticamente* E8+($.(5&, 4: C'.+, (&$, +,d*$d, (5&( d,% +''% +''('% ''d'% (&$'.(5&( ,5 +,'$d'd d$;((5&("
En el mismo e1uipo coloca dos placas met/licas separadas apro(imadamente : cm4 conecta cada uno de los conductores a diferente electrodo del generador de ,ims)urst* 9az funcionar la m/1uina ' o$serva* Representa lo o$servado es1uem/ticamente* E8+($.(5&, <: C'.+, (&$, +,d*$d, (5&( *5' +'' *5 ,5d*&, $5d$, ''d'% (&$'.(5&( ,5 +,'$d'd d$;((5&("
En el mismo e1uipo coloca una placa met/lica ' un conductor cilíndrico separadas apro(imadamente : cm4 conecta cada uno de los conductores a diferente electrodo del generador de ,ims)urst* 9az funcionar la m/1uina ' o$serva* Representa lo o$servado es1uem/ticamente* E8+($.(5&, 6: C'.+, (&$, +,d*$d, +, *5 '5$, ,5d*&, ''d, (&$'.(5&("
Conecta el anillo a uno de los electrodos del generador* 9az funcionar la m/1uina ' o$serva* Representa lo o$servado es1uem/ticamente*
RESULTADOS: #=>,%-
A5=$%$% P(*5&'% 1" D(%$?' '% ''&(%&$'% .=% $.+,&'5&(% d( '% 5('% d( '.+, (&$, (5,5&'d'% (5 ( (8+($.(5&, +'' 'd'
*5' d( '% ,5>*'$,5(%" S$ '% 5('% d( '.+, +(%(5&'5 '$'$,5(% (5 '*5' d( '% ,5>*'$,5(%@ d(%?'' +, ($,5(%"
Como se pudo apreciar en cada e(perimento las líneas de campo el&ctrico se alinea$an cuando se coloca$an los conductores conectados a los electrodos4 cuando se conecta$a los electrodos de diferente polaridad se o$serv2 1ue las semillas se alinea$an ' se repelían del electrodo positivo mientras 1ue con el electrodo negativo sucedía todo lo contrario4 las semillas así mismo se alinea$an ' eran atraídas por este electrodo* En el caso de 1ue los electrodos eran de la misma polaridad se not2 1ue las semillas se alinea$an ' se repelían* En el caso del anillo se o$serv2 una variaci2n en el centro del mismo 'a 1ue a)í no sucedía nada con las semillas de$ido a 1ue no e(iste campo el&ctrico* 2" S$ ,5%$d('.,% ( ,5d*&, $*' ,., *5' '' +*5&*'@ (8+$' 7., %( d$%&$?*(5 '% 5('% d( ;*(9'"
La direcci2n del campo el&ctrico en cual1uier punto viene dada por la de la fuerza 1ue act5a so$re una carga positiva unidad colocada en dic)o punto* Las líneas de fuerza en un campo el&ctrico est/n trazadas de modo 1ue son4 en todos sus puntos4 tangentes a la direcci2n del campo4 ' su sentido positivo se considera 1ue es el 1ue partiendo de las cargas positivas termina en las negativas* 3" D( '*(d, ' (8+($.(5&, '% 5('% d( ;*(9' 5*5' %( ,&'5 (5&( %" S$ , 5, P,)*(B
Las líneas de fuerza no se cortan por1ue son líneas imaginarias 1ue act5an en la carga de dos puntos4 adem/s por1ue si se cortaran )a$ría dos valores diferentes del campo el&ctrico en el mismo punto del espacio ' una carga colocada en ese punto soportaría al mismo tiempo dos fuerzas diferentes* 4" F''d' (8+$'?' )*( '% 5('% d( ;*(9' (('?'5 ( (&, '.+, (&$," C7., %( (+(%(5&'' d$h, (&, (5 ,% +*5&,% ('5,% ' ' '' +*5&*'B
La direcci2n ' sentido del vector campo el&ctrico en un punto vienen dados por la direcci2n ' sentido de la fuerza 1ue e(perimentaría una carga positiva colocada en ese punto! si la carga fuente es positiva4 el campo el&ctrico generado ser/ un vector dirigido )acia afuera 3a" ' si es negativa4 el campo estar/ dirigido )acia la carga 3$"*
<" D( '*(d, ' (8+($.(5&, 3@ '% 5('% d( ;*(9' %( d(%'5 '5&(% d( (5,5&'%(" E% ,(&, % , 5, +,)*(B
Si se nota claramente 1ue las líneas se desvían esto se de$e a 1ue tienen carga 'a sea positiva o negativa4 esto pasa por1ue $uscan una carga con polaridad contraria 1ue la atraiga4 cumpli&ndose de esta manera la le' de cargas 1ue nos dice 1ue las cargas 1ue tienen igual signo se repelen4 mientras 1ue las cargas 1ue tienen diferente signo se atraen* 6" D( '*(d, ' (8+($.(5&, 4 '% 5('% d( ;*(9' %,5 +''('% (5&( %$ (%&=5 $*'.(5&( (%+'$'d'%@ , )*( 5,% $5d$' )*( ( '.+, (&$, (% *5$;,.(" E% ,(&, +,)*(B
Como se puede apreciar en el e(perimento las líneas de fuerza est/n alineadas ' paralelas unas con otras* Se dice 1ue un campo el&ctrico es uniforme cuando es constante en m2dulo direcci2n ' sentido* Cuando esto es así4 las líneas de campo son rectas paralelas ' las supercies e1uipotenciales son supercies paralelas entre sí ' perpendiculares a las líneas de campo* " C*=5&, '( ( '.+, (&$, (5 ( (5&, d( '5$, ,5d*&,B P,)*(B El campo en el centro del anillo conductor vale cero4 pues cada elemento de corriente del anillo genera un campo 1ue se anula con el elemento sim&trico ' así dos a dos todos los pares de campos generados por un elemento de corriente ' su sim&trico se anulan entre sí* " O?%(, )*( (5 $(&' ($75 d( (%+'$, )*( ,d(' ' '*5, d( ,% *(+,% ''d,% (%&*d$'d,% 5, (8$%&'5 5('% d( '.+,B S$ (% '%@ .(5$,5( (5 *'(%"
En las partes m/s ale6adas de los electrodos4 tam$i&n entre las líneas 1ue se marca$an con las semillas4 como es en el caso de las placas de aluminio4 en algunas partes no e(istía líneas de campo por1ue el electrodo estuvo su6eto a un solo e(tremo de la placa '
de$ido a 1ue la carga no era constante en algunas regiones no e(istían líneas de campo el&ctrico* " * %$5$>' (5 *'5&, ' ', d( '.+, (&$,@ )*( (5 *5' $(&' ($75 5, (8$%&'5 5('% d( '.+,B
Esto signica 1ue el campo el&ctrico en esa regi2n es nulo o cero4 'a 1ue el mismo va de ma'or a menor potencial* Si todos los puntos est/n al mismo potencial4 no )a' campo el&ctrico entre ellos* Esto se pudo notar claramente en el e(perimento del anillo con carga 'a 1ue dentro del anillo no e(iste campo el&ctrico4 por ende no )a' líneas de campo4 puesto 1ue las semillas no tenían ning5n movimiento alguno* 10" E'?,( *5' ,5*%$75 (5(' %,?( ( ,.+,&'.$(5&, d( *5 ,5d*&, ''d,@ ('d, '$%'d, (5 ,5d$$,5(% ((&,%&=&$'% (5 ('$75 ' d,5d( %( d(+,%$&' >5'.(5&( ' '' ,., (% ( '.+, (&$, (5 ( $5&($, (8&($, d( .$%.,"
El potencial es constante en todos los puntos tanto del interior como de la supercie4 de un conductor cargado* El campo el&ctrico en el interior de un conductor cerrado ' aislado en condiciones electrost/ticas es nulo ' en los puntos de su supercie es normal 3perpendicular" a la supercie en cada punto4 mientras 1ue las líneas de fuerza se ale6an de la supercie si est/ cargado positivamente o se dirigen a la supercie si est/ cargado negativamente* 11" E ;*%('( .(&=$, d( *5 '*&,.7$ %( +*(d( ,5%$d(' ,., *5 ,5d*&, ('d, '$%'d, +, ,% 5(*.=&$,%" P, , &'5&, %( ,.+,&'' (%&( ,., *5' '*' d( F''d'B S$ (%&=5 '(5d, ',% S(= .=% %(*, )*( ( ,5d*&, %( )*(d( d(5&, d( '*&,.7$ )*( ?''%( d( .$%.,B S(' ( .$%., '%, d( '$75B
Si se puede considerar como un conductor cerrado el fusela6e de un autom2vil 'a 1ue los neum/ticos al ser de cauc)o act5an como aislantes* Si e(istiera una tormenta el&ctrica si es m/s conveniente 1ue el conductor se 1uede dentro del ve)ículo 'a 1ue si por alguna raz2n ca'era un ra'o al auto4 esta es descargada a tierra 'a 1ue los neum/ticos no le permiten 1ue se 1uede en el carro4 cosa 1ue no sucedería si el conductor se $a6ara del auto 'a 1ue el ra'o en este caso se iría directo a &l caus/ndole severos da
CONCLUSIONES: Luego de realizar esta pr/ctica pudimos notar en cada e(perimento realizado 1ue las líneas de campo el&ctrico no se cruzan nunca4 tam$i&n se pudo o$servar 1ue las líneas de campo el&ctrico al entrar en contacto con un conductor de carga positiva estas sales del conductor4 se ale6an de la carga4 mientras 1ue cuando est/n en contacto con un conductor de carga negativa las líneas de campo entran a la carga* Adem/s se pudo o$servar 1ue las semillas utilizadas se alinean ' son atraídas por electrodos con polaridad negativas mientras 1ue con electrodos de polaridad positiva estas se alinean pero en cam$io se repelen* Otro aspecto importante 1ue se pudo ver es 1ue en el interior de un anillo con carga el campo el&ctrico es cero o nulo4 esto se pudo ver claramente en el e(perimento del anillo con carga4 'a 1ue las pocas semillas 1ue 1uedaron dentro del mismo no tenían ning5n movimiento en particular*
ILIOGRAFIA: )ttps!==es*>i?ipedia*org=>i?i=Campo@elCBActrico )ttp!==acer*forestales*upm*es=$asicas=udsica=asignaturas=sica=electro=ca mpo@electr*)tml )ttp!==>>>*sicapractica*com=campoDelectrico*p)p