Laboratorio de electromagnetismo Practica 1: Campo eléctrico y potencial electrostático

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Potencial eléctrico

El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva q desde la referencia hasta ese punto, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica.

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Considérese una carga puntual de prueba positiva, la cual se puede utilizar para hacer el mapa de un campo eléctrico. Para tal carga de prueba localizada a una distancia r de una carga q, la energía potencial electrostática mutua es:De manera equivalente, el potencial eléctrico es

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Desarrollo

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1˚ Parte: Detección del campo eléctrico indirectamente

- Conectamos la esfera hueca a la terminal positiva del generador electrostático

- Activamos el generador electrostático a 15 Kv

- Con el electroscopio verificamos que la esfera hueca estuviera electrizada.

- Acercamos el péndulo electrostático a la esfera hueca, sin que la esfera de esta toque la esfera hueca.

- Repetimos la instrucción anterior en puntos radialmente simétricos a la esfera hueca.

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2˚ Parte. Materialización de las líneas de fuerza.

- Colocamos la cuba electrostática, con el aceite y aserrín, sobre el proyector

- Colocamos dos electrodos semejantes dentro del recipiente, uno enfrente al otro separados unos 5 cm y los conectamos a las terminales del generador.

- Observamos el efecto que producía la mezcla del aceite y aserrín

- Repetimos el experimento un par de veces pero con electrodos diferentes, como se muestra en la siguiente figura.

3˚ Parte. Comportamiento del campo eléctrico en las cercanías de un conductor esférico electrizado.

- Conectamos la terminal positiva del generador electrostático (GE) a la esfera hueca (EH). Conectamos la terminal positiva del voltímetro electrostático (VE) a la zonda (Z) y su terminal.

- Hicimos el arreglo como se muestra en la figura y se comenzó con el experimento.

- Pasamos la flama de la vela a 1cm de la zonda, tomamos nota de la medición del voltímetro electrostático.

- Se acercó la zonda 1 cm a la esfera y se realizó la medición, este procedimiento se realizó hasta una distancia de 30 cm.

- Posteriormente se realizó con un voltaje de 15 kV.

ANALISIS DEL EXPERIMENTO

1a Parte.- Detección del campo eléctrico indirectamente.

En esta parte el comportamiento de la esfera del péndulo se debe al comportamiento de los campos de fuerza que pueden actuar a través del espacio produciendo un efecto incluso cuando no existe contacto físico entre los objetos. Un ejemplo muy claro es el campo gravitacional. En este caso el campo de fuerza que existe es un campo eléctrico alrededor de la esfera hueca que está cargada eléctricamente. Debido a que la esfera hueca está conectada a un generador eléctrico el tipo de carga que tiene es negativa. Como sabemos cargas de igual signo se repelen y cargas de diferente signo se atraen. Entonces como la esfera del péndulo se ve atraída hacia la esfera metálica se puede decir que tiene una carga positiva pero no es del todo cierto. En realidad lo que ocurre es que la carga negativa de la esfera hueca induce un reacomodo de cargas en la superficie de la esfera del péndulo. Solo es en su superficie debido a que está hecha de un material aislante. Las cargas positivas atraídas hacia la esfera hueca quedan en la superficie, mientras que las cargas negativas son repelidas de la siguiente forma:

En puntos simétricos distintos se observó el mismo comportamiento. [pic 14]

Con la esfera del péndulo estática, hacemos un análisis de cuerpo libre sobre la esfera para determinar la expresión de la tensión sobre el hilo del péndulo.

Ʃ Fx = Fe21 – Tx = Fe21 – T (cosα) = 0[pic 15]

Ʃ Fy = Ty – W = T(senα) – mg = 0

Despejamos T en ambas ecuaciones:

T = Fe21

(Cosα)

T = mg

(senα)

Igualamos las ecuaciones

T= Fe21 = mg

(Cosα) (senα)

Como Fe21 = [pic 16]

T = = mg[pic 18][pic 17]

(Cosα) (senα)

Una vez desactivado el generador la esfera del péndulo comienza a regresar a su lugar debido a que en la esfera hueca comienza a perderse la carga negativa lo que provoca el reordenamiento de las cargas en la esfera del péndulo a su estado neutro, al no estar bajo el efecto del campo eléctrico de la esfera hueca.

2a Parte.- Configuración de las líneas de fuerza entre dos electrodos. En esta parte utilizamos varios tipo de electrodos resultando las siguientes configuraciones:

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CÁLCULOS

V vs 1/r

V

r

1/r

6.2

30