Informe Final 2 Campo Eléctrico PDF

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Laboratorio de Física III: CAMPO ELÉCTRICO Laboratorio de Física III – Campo Eléctrico 1 I. INTRODUCCION En el presente informe Laboratorio de Física III – Campo Eléctrico 2 IV. FUNDAMENTO TEORICO Puede definirse el campo eléctrico en un punto dado del espacio como la fuerza por unidad de carga que ...

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Laboratorio de Física III: CAMPO ELÉCTRICO

Laboratorio de Física III – Campo Eléctrico 1

I .

I NTRODUCCI ON

Ene lpr esent ei nf or me

Laboratorio de Física III – Campo Eléctrico 2

I I .

OBJETI VOS

 Gr afic arl asl í neasequi pot enci al e senl aveci ndaddedos c onfigur ac i onesdecar ga( e l ect r odos) .  Cal cul arl adi f er enci aldepot e nci alent r edospunt os.  Cal cul arl ai nt ensi dadmedi adelcampoe l éct r i co.  Es t udi arl ascar act er í st i caspr i nci pal esde lcampoe l éc t r i co. I I I . MATERI ALES

        

Fuent edev ol t aj ede 6V. C.D Vol t í me t r o Juegodee l ect r odosdecobr e El ec t r odomóvi lexpl or ador Cube t adevi dr i o Agua( alr asdel asuper fici e) Unac uc har adi t adesalcomún Al ambr esconect or es 2 Pape l esmi l i me t r ados

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I V. FUNDAMENTO TEORI CO

Puedede fini r seelcampoe l éc t r i coenunpunt odadodeles paci oc omol a f uer z aporuni dad decar gaqueac t uar í asobr eunacar g adadasi t uada en di chopunt o.Pues t oques uponel amedi dadeunaf uer z a,e lcampo de beseruna magni t ud v ect or i al ,quedesi gnar emoscon e lsí mbol oE. Consi der emos desde es t e nuev o punt o de vi st al af uer z a que ac t úa sobr euna car ga de pr ue ba q si t uada en un punt o dado de les paci o, de bi doal aacci óndeot r ascar gasexi st ent esenl ar egi ón. F=

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Laf uer z aqueexper i ment al acar gaq0 enr eposoenelpunt o Penuncampoe l éc t r i coes:

F=q E  0 yelcampoe l éct r i coendi chopunt oP,es:

 E= F qo En l a nat ur al ez al ai nt er acci ón ques eda ent r ecar gasen r eposo se da pore lmedi o de lcampo e l éct r i co.La pr esenci a de una car gamodi fical aspr opi edadesde les paci oquer odeaesascar gas. Elcampo e l éct r i co e se lcampo donde s e mani fies t an l as at r ac ci onesor epul si onessobr eunacar gae l éc t r i casi t uadaenc ual qui er punt ode lmi smo. Es t asacci onessedeben al asf uer z ase l éct r i cas quesi guen t r ayec t or i as de t er mi nadas l l amadas l í neas de f uer z a.Teór i cament ee l campoe l éc t r i coesi nfini t o,pe r osu i nt ensi dad vadi smi nuyendocon l a di s t anci a. Par ai nv es t i garl aspr opi edadesdelcampogener adoporl a car ga q en cual qui erpunt o ar bi t r ar i o deles paci o pr ocedemosa e l egi r car gasdeensayoquedebedesersufici ent ement epequeñademaner a quel adi s t or si ónquesupr esenci ac auses eamí ni ma.Luegosei nv es t i ga l ai nt er acci ón del acar g af uent eqdecampo,con l ac ar gaqndee nsayo r e spec t i vament eusandol aLe ydeCoul omb.

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V.

CUESTI ONARI O

1. Det er mi ne l a magni t ud delcampo el éct r i co ent r el as l í neas equi pot enci al es.¿Elcampoel éct r i coesuni f or me?¿Porqué?. Par ar esol v erest apr egunt aut i l i z ar e mosl asi gui ent ef ór mul a: V A −V B E= d Donde: E : I nt ensi daddelcampoe l éct r i co : Pot enci aldeunpunt o AyB r es pec t i vament e VA –VB d : di s t anci aent r edosl í neasequi pot enci al es Lí nea 1 2 3 4 5

Va( V) 5 4. 4 4 3. 4 2. 8

Vb( V) 4. 4 4 3. 4 2. 8 2. 2

d( m) 0, 26 0, 24 0, 30 0, 30 0, 30

E( V/m) 2, 3 1, 7 2, 0 2, 0 2, 0

Elcampoe l éct r i coesuni f or me,sipor queencadapunt odel as l í neas equi pot enci al esaunami smadi st anci ae lv al ordel a i nt ensi daddecamponov ar í a( sal v ounpardemedi dasenl as c ual ese lmar gendeer r orespequeño,l ocualnosper mi t edeci r queesuni f or me)yt eni endounaúni cadi r ecci ón encadapunt o de lcampo. 2. En su gr áfica di buj e al gunas l í neas Equi pot enci al es par a el si s t emadeel ect r odosqueut i l i zó. Lagr áficaes t áadj unt aaes t ei nf or me . 3. ¿Cómo ser í an l as l í neas equi pot enci al essil osel ect r odosson dedi f er ent esf or mas ? En l í neasgener al e s,t endr í al ami smal ógi caquee lexper i ment o, pr i mer ol asl í neasequi pot enci al esadopt an l af or made le l ec t r odo posi t i voyest asmi smassei r án de f or mandohas t aconsegui rl as f or masde le l ect r odonegat i vosegúnt eor í a. 4. ¿Porquénuncasecr uzanl asl í neasEqui pot enci al es ? Lal í neaequi pot enci alesunconj unt odepunt oscuyospot enci al es si empr et i enene lmi smoval or . Consi der amos dos l í neas e qui pot enci al es di s t i nt as V1 y V2 t al es que V1 > V2 supongamos que se cr uz an en elpunt o P cuyo pot enci alesV0 ent i enequeV1  V0,yde onc escomoP  V1,set sdeci rV2  V0,l oquequi er edeci rqueV1  i gualf or maP V2,e V2,es t oc ont r adi cel asuper posi ci óni ni ci aldeV1 >V2,porl ot ant o l asl í neasequi pot enci al esnuncasecr uz an. Laboratorio de Física III – Campo Eléctrico 5

5. Siust ed i magi nar i ament e col oca una car ga de pr ueba en una cor r i ent eel ect r ol í t i ca¿Cuálser ásucami noder ecor r i do? Su r ec or r i do ser áal ol ar go de l as l í neas t r ansv er sal es que t r anspor t al acar g a. 6. ¿Porquél asl í neasdef uer zadeben f or marun ángul or ect ocon l as l í neas Equi pot enci al es cuando l as cr uzan? Fundament e ust edsur espues t a. Ni ngunadel asl í neasdef uer z asempi ez aot er mi naen e les paci o que r odea l a c ar ga. Toda l í nea de f uer z a de un campo e l ec t r os t át i co es c ont i nua y empi ez a sobr e una car ga posi t i va l l egandoaunacar ganegat i va enelot r o. Comol aener gí apot enci aldeun cuer pocar g adoesl ami smaen t odospunt osdel a super fici eequi pot enci aldada,sededuceque noesnecesar i or eal i z art r abaj o( e l éct r i co)par amov erun c uer po car g adosobr et alsuper fici e.Deahíquel asuper fici eequi pot enci al quepasa porun punt oc ual qui er a ha deserpe r pendi cul ara l a di r ecci ón de lcampoen di c hopunt o.Lasl í neasdecampoydel a super fici e equi pot enci alson,en c onsecuenci a,per pendi cul ar es ent r esí . 7. Elt r abaj or eal i zado par at r ans por t arl auni dad decar gadeun el ect r odoaot r oes: Sol uci ón: Elt r abaj or eal i z adopore lagent eext er nosobr eunacar gaent r e l osel ec t r odosencual qui ert r ayec t or i aymi smadi r ec ci ónser al a mi smamagni t ud. Pordefini ci óndet r abaj o,t enemos:

V AB =V A−V B=

W AB q

Comoe l E=campoe l éc t r i couni f or me.Esquesecumpl el a f or mul aant er i or . Dat o: −19

q=1,6×10 C Reempl az ando dat os:

ΔV =

4. 650. 15=4. 5V

Deaquí : Laboratorio de Física III – Campo Eléctrico 6

W total=q× ΔV =1,6×10−19×( 4,5 ) W total=7,2 ×10−19 j

E=

V B−V A d ;eler r orabsol ut odeE es:

8. Si endo Es ² El m Es 0. 005

σ =1. 04 3σ EA = √ n−1 E A =2. 16 ΔE=E A + ES ΔE=2 .165 9. Eler r orr el at i vodel amedi daE es: Eler r orr el at i voes:

Error Re lativo=

ΔE E

ΔE =0.71 E 10.¿Qués emej anzaydi f er enci aexi st eent r eun campoel éct r i coy un campogr avi t at or i o? Semej anzas: CampoEl éct r i co: Elcampo el éc t r i c o es c onser vat i v o,e lt r abaj or eal i z ado porun agent eext er nopar at r asl adarunacar gadepr ue badeun punt o aot r onodependedel at r ay ect or i ar ecor r i da,si nosol ament ede l asposi ci onesi ni ci alyfinal . Sic ol ocamos una car ga depr ueba dent r o delc ampo el éc t r i co, es t aexper i me nt aunaf uer z a( deat r ac ci ónor epul si ón) . El campo e l éc t r i co puede r epr esent ar se medi ant el í neas de f uer z a sal i endo de l af uent e que l o gener a( si t i ene car ga posi t i v a) ;oent r ando( sil acar gaesnegat i v a) CampoGr avi t at or i o: Tambi én esconser vat i vo.ElW par amoverunamasadepr ue ba sol odepe ndedel asposi ci onesi ni ci alyfinal . Sic ol ocamosunamasadepr ue badent r ode lcampogr avi t at or i o ( en un punt o donde e l campo no es nul o) , es t at ambi én exper i me nt a una f uer z a, per o en es t e caso si empr e es de at r acci ón.

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Elcampo gr avi t at or i o puede r epr esent ar se medi ant el í neas de f uer z a. Di f er enci as: Campo El éct r i co: s e pr esent a sól o en cuer pos car gados e l éc t r i cament e,siun cuer po no t i ene car ga,e s t e no gener a campoe l éct r i c o. Campo Gr avi t at or i o: Un cuer po c ual qui er a nec esar i ament e gener acampogr avi t at or i o,aunquees t enosepuedaper c i bi ren c uer posdemasapequeña. 11.si el pot enci al el éct r i co es const ant e a t r avés de una det er mi nada r egi ón delespaci o. ¿quepuededeci r se acer cadel campoel éct r i coen l ami sma?expl i que Par t amos de nuevo de un capaci t orsi n di e l éct r i co,per o ahor a c onec t adoent odomoment oaunaf uent equemant i enec ons t ant e l a di f er enci a de pot enci al V0 ent r e l as pl acas . La ener gí a al macenadaene st asi t uac i ónes: C V2 U0  0 0 . 2

Cuandoe ldi e l éc t r i cooc upae le s paci oe nt r el aspl acasl acar gae n l aspl acass ei ncr ement ade bi doalt r abaj or eal i z adoporl af uent e par amant enerl adi f er enci adepot enci alconst ant e,det almaner a quel aener gí aal macenadat ambi énsei ncr e ment a, U F   EU 0 .

Es t o i ndi ca que si l a l ámi na de di e l éct r i c o est á i nser t ada par ci al ment e en e lcapaci t or una di st anci a x,e lt r abaj o par a des pl az ar l aunadi st anci adxes t ar áasoci adacon e lt r abaj odel a f uer z ae l éct r i cadebi doal ai nt er acci óne l éct r i caent r el aspl acasy e l di e l éct r i co dU, y el t r abaj or eal i z ado por l af uent e par a mant ener l a di f er enci a de pot enci alcons t ant e ent r el as pl acas dWf , dW Fdx dW f  dU.

Elt r abaj or eal i z adoporl af uent epar ades pl az arun e l ement ode car g ae l éc t r i cadqcuandol adi f er enci adepot enci alesV0,r esul t a: dW f V0 dq.

Por ot r a par t e ,e li ncr ement o en l a ener gí a asoci ado c on e l i ncr ement o en l a car g a en l aspl acas,con e lpot enci ale l éc t r i co c ons t ant e,es: dU 

V0 dq 1  dW f . 2 2

Ent onc ese lt r abaj ot ot alr esul t a:

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dW Fdx 2dU  dU

dW Fdx dU;

porl oquel af uer z aes:  dU  F x    ,  dx  V

en donde e lsubí ndi ce V0 i ndi ca que e lpot enci al e l éc t r i coper manec econs t ant e . 0

Cuandoeldi e l éct r i coseenc uent r ai nser t adopar ci al ment e l aener gí aal macenadaes: U x  1   E  1 x / a U 0 ,

yl af uer z asobr ee ldi e l éct r i c oes: F x  

d   1   E  1 x / a U0 , dx

F x   E  1

U0 a

,

enl adi r ecci óne n quecr ecex.Es t os i gni ficaquesisedeseasac ar aldi el éc t r i code li nt er i orde lc apac i t orsedebecont r ar r est araes t a f uer z a que t r at a de mant ener aldi el éc t r i co en e li nt er i or de l capaci t or .

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VI . CONCLUSI ONES: Las l í neas de f uer z a que sal en delcampo e l éc t r i co nunca se cr uz an ent r esí ,debi doa quepar a cada punt odel a car ga posi t i va dedonde sal en,l ecor r es pondeot r opunt oúni c oydi f er ent edel acar ganegat i vaa l aquel l ega. Las l í neas de f uer z a f or man un ángul o r ect o con l as l í neas equi pot enci al e s,yaquealserl aspr i mer aspar al e l asal asuper fici ede l c uer po,esdeci r ,sal en t angenci al ment eaes t e ,mi ent r asquel asl í neas equi pot enci al e ssonper pe ndi c ul ar esalpl anodel asuper fici e,c onl oque ambasl í neasalcr uz ar sef or manunángul or ec t o. En un campoe l éc t r i couni f or me ,l amagni t uddee st ae sc onst ant eal o l ar go de t odo punt o de lr ecor r i do de l a par t í cul a,ya que e lcampo e l éc t r i coesi ndependi ent edel at r ayec t or i adescr i t a. Par auncuer poqueseencuent r aaunadi s t anci ai nfini t ament el ar gade una car ga punt ual ,ent onces elt r abaj or eal i z ado par a at r aer di cho c uer pohast al acar gapunt ualsedenomi naPot enci alAbsol ut o. Elcampoe l éc t r i coe sunamagni t udv ec t or i al ,yaques ee nc uent r ae ne l ámbi t odeuna campo v ect or i al ,quesemani fies t a en l í neasdef uer z a quet i enenunadi r ecci ón,magni t udysent i do. Elpot enci ale l éc t r i c or e l aci ona en pr opor ci ón di r ect al a magni t ud de campo e l éc t r i coel ec t r os t át i co gener ado porcada car g a con r espec t oa una car g a punt ualde r ef er enci aei nv er s ament e pr opor ci onala l a di s t anci aquesepar adi chascar g as.

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