Lineas de campo

LINEAS DE CAMPO ELECTRICO.

1.      INTRODUCCIÓN

El científico inglés Michel Faraday (1791-1867) fue el primero en hablar del concepto de líneas de campo. La llamo ¨Líneas de fuerza¨ .Las líneas de campo son líneas que nos definen la dirección del campo eléctrico en un punto cualquiera de este mismo, nos ayuda a visualizar y a comprender mejor el comportamiento de un campo eléctrico, las líneas de campo muestran la dirección de E en cada punto y separación de una idea general de su magnitud. En cualquier punto en particular el campo eléctrico tiene una dirección única, por lo que podemos decir que las líneas de campo nunca se van a cruzar. [1]

2.      OBJETIVOS

·         Visualizar los diferentes campos eléctricos más comunes.

·         Comprender las líneas de campo y su función.

·         Comprender el fenómeno físico de campo eléctrico mediante las líneas de campo.

·         Entender el funcionamiento de los distintos materiales que vamos a utilizar

·         Aprender el buen uso de la fuente de alto voltaje con sus respectivos electrodos.

·         Estudiar las líneas de campo para cada campo eléctrico en particular.

3.      INQUIETUDES PREVIAS

·         ¿Que son las líneas de campo?

Una Línea de Campo es una recta o curva tangente en cualquier punto que tiene un vínculo interaccionar.

·         ¿Cuándo y entre que se presentan?

Cuando las partículas están cargadas se presenta campo eléctrico, el cual tiene unas líneas de campo entre sí que poseen una dirección y una magnitud.

·         ¿Tienen alguna simetría o forma?

Por lo general son rectas o curvas tangentes en un punto determinado del campo, las líneas de campo si tienen una cierta simetría y forma, todo depende de la forma y la carga de los materiales.

·         ¿Por qué no se cruzan las líneas de campo?

El campo eléctrico tiene una dirección única, por lo que solo una línea de campo puede pasar por cada punto del campo con esto podemos decir que las líneas de campo nunca se van a cruzar.

·         ¿Qué significa el número de líneas?

El número de líneas es muy difícil de descifrar pero entre mayor líneas de campo hayan mayor va hacer su intensidad del campo eléctrico.

4.      MARCO TEORICO

4.1  Líneas de campo eléctrico

La líneas de campo eléctrico muestran la dirección E en cada punto. Nos sirven para visualizar el campo eléctrico.

Foto 1. Línea de campo [1]

4.2  Líneas de campo eléctrico de tres distribuciones de carga diferentes.

En general la magnitud de E es diferente a lo larga de una línea de campo dada.

Foto 2. Tres Distribuciones de carga. [1]

4.3  Electrodos

Un electrodo es un conductor eléctrico utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito

5.      MONTAJE EXPERIMENTAL

Foto 3. Fuente Alto voltaje o Poder.

Foto 4. Aceite de cocina.

Foto 4. Cubeta Plástica.

Foto 5. 2 Electrodos.

Foto 6. Fécula de Maíz.

6.      MATERIALES

·         Fécula de Maíz.

·         2 Electrodos.

·         Aceite de cocina.

·         Fuente Alto voltaje o Poder.

·         Cubeta de Plástico.

7.  PROCEDIMIENTO

1. Realizaremos unas predicciones graficas sobre las posibles líneas de campo que se pueden formar sobre cada montaje experimental.

2. Luego de tener la parte teórica pasamos a la experimental y estudiamos el caso 1 que está compuesto por una cubeta para hacer empanadas que tendrá en su interior una capa de aceite de aproximadamente 0,5 mm de profundidad; luego de esto pondremos un aro de cobre con un diámetro de aproximadamente 15 centímetros cargado en exceso  y en el centro del aro  pondremos una esfera de aproximadamente 1,5 centímetros de diámetro cargado por defecto; luego encendemos la fuente de poder y rociamos un poco de fécula de maíz sobre el montaje, de esta manera podremos observar el campo que se crea entre la esfera y el aro.

3. Para el caso 2 usaremos la misma cubeta con aceite y el aro de aproximadamente 15 centímetros de diámetro cargado por exceso y cambiaremos la esfera el montaje  por otro aro de un diámetro aproximado de 7 centímetros, que estará cargado por defecto. Encendemos la fuente de poder y rociamos un poco de fécula de maíz para observar el fenómeno de campo eléctrico en este caso.

4. Para el caso 3 usaremos la misma cubeta con aceite, pero en este caso usaremos dos cables de cobre que doblaremos en forma de uve (V) los cables estarán enfrentados a una distancia (d)  y sus centros deben estar sobre el mismo eje como se muestra en la siguiente figura No.:

Foto 7.  . Montaje experimental caso 3.

El cable A tiene  mayor longitud y estará cargado por exceso mientras que el cable B tiene una longitud menor y estará cargo por defecto. Encendemos la fuente de poder y rociamos un poco de fécula de maíz para observar el fenómeno de campo eléctrico en este caso.

5. Para el caso 4 usaremos la misma cubeta con aceite, pero en este caso usaremos dos cables de cobre  totalmente rectos y que pondremos en el montaje a una distancia (d)
de forma paralela uno del otro como se muestra en la siguiente foto :

Foto 8.Montaje experimental caso 4.

El cable A tiene mayor longitud y estará cargado por exceso mientras que el cable B tiene una longitud menor y estará cargo por defecto. Encendemos la fuente de poder y rociamos un poco de fécula de maíz para observar el fenómeno de campo eléctrico en este caso.

8.ANÁLISIS

- A continuación observaremos el fenómeno de cada uno de los campos eléctricos en cada uno de los casos cada uno de los casos.

8.1) Caso 1

Foto 9. Montaje experimental caso 1

- En el caso 1 tenemos una esfera de cobre  cargada por defecto y  un aro del mismo material que la rodea cargado por exceso. En la figura observamos que se crea un campo eléctrico este siempre va dirigido desde la carga positiva a la negativa y la cantidad de ondas que parten del aro es proporcional a la cantidad de ondas que llegan a la esfera.

8.2) Caso 2:

Foto 10 . Montaje experimental caso 2

-En el caso 2, observamos en la foto 10 que  tenemos dos aros de cobre, el aro A de diámetro mayor cargado por exceso y un aro B  con un diámetro más pequeño cargado por defecto. Podemos observar que la presencia de campo eléctrico es mayor en donde la distancia entre los aros es menor ósea que el intercambio de ondas aumenta entre las dos cargas cuando estas se encuentran a menor distancia. ( el campo siempre va dirigido desde la carga positiva a la carga negativa)

8.3) Caso 3:

Foto 11.Montaje experimental caso 3

-En el caso 3 observamos dos cables de cobre los dos en forma de uve. El cableé A tiene una longitud mayor y está cargado por exceso y el cable B tiene una longitud menor y está cargado por defecto. Podemos percibir que se crean tres campos eléctricos dos de ellos son muy similares y se conformaron  desde la punta de un alambre al otro en forma de arco en una distancia (d) ; El otro campo se formó  desde el centro de un alambre al centro del otro. En el momento que cargamos los alambres la carga se distribuye atreves del cuerpo y la densidad de carga es igual a la carga por unidad de volumen, si cargamos un cuerpo como el alambre eléctricamente, este tendrá menos volumen en las puntas y por lo tanto habrá mayor densidad de carga en las puntas  por lo tanto es mayor el campo eléctrico en las puntas de el alambre que en el resto del cuerpo. Aunque de un centro al otro hay un pequeño campo por las puntas que estos forman, este es muy pequeño ya que la distancia entre los dos extremos es muy grande.
 [2 ] 

8.4) Caso 4:

Foto 12. Montaje experimental caso 4

 

- En el caso 4 tenemos dos cables de cobre a una distancia d de forma paralela uno del otro. el cable A esta cargado por exceso y tiene una longitud mayor que a la del cable B que está cargado por defecto. En las tres terminales de los cables de cobre se crea un campo eléctrico, uno de ellos  en la punta superior  de los cables, otra en el centro y la ultima y muy parecida a la primera en la parte inferior de los cables, pero siempre buscando las puntas del objetivo por el fenómeno de la densidad eléctrica que busca siempre donde haya menos volumen para salir disparada la carga.

8.5)  Relación de formulas.

Formula 1. Descripción y formula  de la fuerza eléctrica [ 3 ]

- En la práctica logramos percibir que cuando había menor distancia entre los cables de cobre cargados eléctricamente con cargas diferentes su campo era mayor pero no sabíamos porque. Al ver la siguiente formula podemos analizar por simple inspección que la distancia(d) es el denominador de nuestra formula y al ser este dato muy grande nuestra fuerza tendera a ser cero o una fuerza muy pequeña ahora veremos otra fórmula para poder terminar nuestro análisis.

Formula 2. Descripción y formula  del campo eléctrico[ 4]

-Si bien podemos observar que el campo es proporcional al valor de la carga y la fuerza entre ellas. Si la fuerza entre las cargas es pequeña porque se ve afectada directamente por la distancia, nuestro campo eléctrico también será pequeño es decir que a mayor distancia habrá menos fuerza entre cargas y por lo tanto menor campo eléctrico como ocurría en la práctica de laboratorio en la mayoría de los casos.

9. CONLCUSIONES

·       -Podemos apreciar que las líneas de campo no se pueden cortar porque siempre van a seguir su recorrido.

·         -Concluimos que si el campo es uniforme las líneas de campo son rectas y tienen un mismo espacio entre ellas.

·         -Comprendimos que la dirección del campo eléctrico en un punto cualquiera es tangente a la línea de campo.

·         -Aprendimos el buen uso de la fuente de voltaje y sus respectivos electrodos.

·         Comprendimos por qué las líneas de campo no se pueden cruzar entre si.

·         -La dirección de las líneas de campo depende de la carga y de la forma del material.

·         Apreciamos que las puntas son altas conductoras de las líneas de campo.

BIBLIOGRAFÍA.

• ·         [1] Marc W. Zemansky. Fisica Universitaria con física moderna. Undécima Edición , volumen 2. Pg (818-819). Pearson.

 WEBGRAFIA 

· [2] Visto (13/09/2014) a las 20:33 pm. http://es.slideshare.net/danielacifuentesrios1207/elctrostatica

·         [3] Visto (13/09/2014) a las 20:46  pm. 
http://www.fisicapractica.com/fuerza-electrica.php

·         [4] Visto (13/09/2014) a las 22:11  pm.  http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/electro/campo_electr.html