Campo Electrico y Potencial Electrico

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL – FAC. REG. SANTA FEFÍSICA II – TRABAJO PRÁCTICO

“Campo Eléctrico y Potencial eléctrico de una línea de carga”

TRABAJO PRÁCTICOCAMPO ELECTRICO Y POTENCIAL ELECTRICO

DE UNA LINEA DE CARGA.

Objetivo:

Comprender el comportamiento y las propiedades del campo eléctrico, el potencial eléctrico, las líneas de campo y las líneas equipotenciales, con la ayuda de un programa de simulación de un hilo recto finito no conductor representado en el vacío, con una densidad lineal de carga constante.

Dicho programa simulador se llama “elq” versión 1.0.-

Rossa, Nicolás ExequielIngeniería civil



1era experiencia.

a)- Evalúe a qué se debe la diferencia de magnitud de los vectores de campo eléctrico correspondientes a cada elemento de carga del hilo cuando éste se encuentre discretizado en cinco, en diez, o en más elementos de carga. b)- ¿Qué podría decir con respecto al campo eléctrico resultante? Tener en

cuenta que la densidad lineal de carga se mantiene constante en λ=

.

CON 10 DIVISIONES


CON 5 DIVISIONES



a).b). Comparando la magnitud de de los vectores del Campo Eléctrico del primero (82266.97 [N/C]), con el vector del Campo Eléctrico del segundo (83206.34 [N/C]), podemos ver, que a mayor cantidad de divisiones mas nos acercamos al valor verdadero es del campo generado por la partícula ubicada en esa coordenada.

Por eso, cuando el número de divisiones tiende a infinito, se puede decir que el valor del campo dado, es el exacto. Siendo este igual a: 83149.15 [N/C].

2da experiencia.

a)- Enuncie la expresión del campo eléctrico en un punto P debido a un grupo de cargas puntuales y realice la suma vectorial de acuerdo a los datos que arroje el software. b)- elija la opción discretización infinito y presione calcular y compare los resultados con el punto anterior. ¿A qué conclusiones ha llegado? (Tenga en cuenta que tanto la carga de cada elemento de carga como su coordenada y la coordenada del punto P son datos).

Partícula ubicada en el P (0,5; 0,2):




Como vemos, el resultado es el mismo, ya que al dividir la barra en n partes (infinitas si se quisiese) lo que estamos haciendo es sumar vectorialmente los campos generados por cada una de las partes.




3era experiencia.

¿Existen puntos del plano donde se compensen los elementos horizontales del campo eléctrico? Obtenga una gráfica en la que se pueda visualizar dicha situación.

En la imagen se muestra el punto P (0,5; 0,2), en el cual la resultante del Campo Eléctrico, solo posee componente en y. Para que la resultante del campo no tenga componentes en x, la carga puede encontrarse

en cualquier punto de la recta x = 0.5, es decir, en la distancia media del hilo.




4ta experiencia.

Con la opción discretización infinita demuestre numéricamente y corrobore con los datos que le arroje el software, que el campo eléctrico en las cercanías de la zona del hilo (a pocos milímetros de la misma), sobre la bisectriz perpendicular a éste, es proporcional a la inversa de la distancia existente entre la carga de prueba y la línea de carga, mientras que en puntos muy alejados varía con la inversa del cuadrado de la distancia. Explique las razones de estos comportamientos.

Podemos justificar este fenómeno con una propiedad de las líneas del campo eléctrico que dice:

La magnitud del campo eléctrico en un punto cualquiera es proporcional al número de líneas por unidad de superficie perpendicular a estas líneas

Es decir, cuando mas densamente empacadas estén las líneas cerca de cualquier punto, mas fuerte sera el campo en ese punto. Por ejemplo, en una carga puntual las líneas de campo están muy juntas cerca de la carga y mas separadas lejos de ella, lo cual indica que el campo se debilita al incrementarse la distancia respecto a la carga.En la línea de carga, la direccion del campo es perpendicular. Cerca de los bordes, el campo se vuelve no uniforme y ya no se dirige perpendicularmente a la hoja, pero mientras permanezcamos cerca del centro y lejos de los bordes, el campo sera casi uniforme. Sus lineas se extienden hacia el infinito




5ta experiencia.

Elegir la opción líneas de campo y luego (para elementos de carga infinita) clickee varios puntos alrededor del hilo. ¿Por qué las líneas de campo eléctrico llegan casi paralelas al hilo en la zona central, a diferencia de los extremos del hilo? ¿Cómo llegan las líneas de campo eléctrico en las cercanías de los extremos? Explique el porqué de este fenómeno, y en base ello evalúe si la línea finita con carga uniforme no es equipotencial.

La tangente a la línea del campo eléctrico que cruza un punto cualquiera del espacio denota la dirección del campo eléctrico allí.

La dirección del campo es perpendicular al hilo, cerca del centro, donde el campo eléctrico es casi uniforme. En cambio cerca de los bordes del hilo, el campo se vuelve no uniforme y las líneas de campo, ya no se dirigen perpendicularmente al hilo, sino desviadas.




6ta experiencia.

Escoja la opción líneas equipotenciales y en la opción conjunto de líneas dibuje líneas equipotenciales del hilo con diferencia de potencial igual a 1000 [V]. Elabore una conclusión.

Como podemos apreciar en la imagen, al ir aumentando de a 1000 [V] el potencial el radio cada vez se hace más chico, y asi mientras mas nos acercamos al hilo mas potencial tenemos. Y cuando r tiende a infinito el potencial lo hace a cero. Vemos además que las distancias entre las superficies equiponteciales aumentan a medida que se alejan del hilo.

Esta relacion viene dada por:




7ma experiencia: Visualice las líneas equipotenciales con diferencia de potencial igual a 1000, pero con vista perfil. Luego con la opción campo y potencial clickee alrededor del hilo. Relacione y analice ambas observaciones.




Observación: Cuando me dispuse a realizar el trabajo en papel no conte con el programa ELQ, por no encontrarlo en Internet. Las imágenes son las obtenidas de cuando hicimos el trabajo en el laboratorio.

Conclusión: “Cuando Michael Faraday introdujo el concepto de campo eléctrico formulo una representación grafica, donde imagino que el espacio alrededor de una carga eléctrica estaba lleno de líneas de fuerza. Hoy en dia, no consideramos las líneas tan reales como Faraday, pero las conservamos para visualizar el campo eléctrico, denominándolas líneas del campo eléctrico.”

Estas líneas anteriormente mencionadas son las que el programa ayudo a visualizar, haciendo más grafico el campo eléctrico de una configuración de cargas.

En lo que respecta a superficies equipotenciales, podemos observar como es cada una de ellas para una distancia r cualquiera.


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