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GUÍA 1: CAMPO Y POTENCIAL ELÉCTRICO
Introducción
Ya conoces el concepto de campo e identificas a los más importantes de la
física: el gravitatorio, el magnético y el eléctrico. Sabes que cuando un
cuerpo cae siguiendo la vertical está siguiendo una línea de campo
gravitacional y, seguramente has visualizado las líneas de campo magnético
por medio de limaduras de hierro. Pero, ¿cómo visualizar el campo eléctrico
en una situación real? Aquí realizaremos algunas observaciones
experimentales que nos familiarizarán con los conceptos de campo y
potencial para el caso eléctrico.
La figura 2 ilustra en forma general el montaje experimental con que
trabajarás, lo que deberás realizar y los elementos que necesitarás.
A continuación se describen los principales elementos e instrumental que
necesitarás:
1. Un voltímetro o tester.
2. Una fuente de energía eléctrica, que puede ser una batería, un
eliminador de pilas o un cargador de baterías. Debes
asegurarte de que el dispositivo que uses como fuente de
energía entregue corriente continua e identificar los contactos
positivo y negativo. Si tienes dudas, consulta a tu profesor(a)
antes de conectar el voltímetro.
3. Una cubeta plástica, de vidrio o de cualquier material mal
conductor.
4. Un litro de agua de la llave con un par de cucharadas de sal de
mesa bien disuelta.
5. Algodón.
6. Mucho papel cuadriculado de cuaderno de matemática, unas 16
hojas. En estas hojas deberás dibujar un sistema de ejes
cartesianos rectangulares, como se sugiere en la figura 2.
7. Utensilios de dibujo: Lápices de colores, reglas, escuadra, etc.
8. Un conjunto de electrodos. Esto puede ser lo más complejo y
con seguridad necesitarás construirlos. Los puedes obtener
cortando con una tijera escolar un tarro de lata pequeño,
según se ilustra en la figura 1.
Fig. 1
Primera parte: El potencial eléctrico
Procedimiento general:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
11)
12)
13)
Selecciona los electrodos que se indican en la figura 3 a.
En el papel en que registrarás los datos dibuja el perfil de los
electrodos según las posiciones en que los colocarás en la zona
de obtención de datos.
Humedece por medio de un algodón, lo más homogéneamente
posible, el papel de la cubeta con la solución salina.
Coloca los electrodos en la posición prevista.
Conecta los electrodos a la fuente de voltaje. La batería de 9
volt.
Conecta la punta de prueba correspondiente al negativo
(negro) al electrodo al cual le asociarás el potencial cero.
Con la punta de prueba correspondiente al positivo (rojo) busca
un punto que esté a un potencial de 1,5 volt.
En el gráfico en que registrarás los datos dibuja un punto que
tenga las mismas coordenadas que el punto que encontraste
con el voltaje de 1,5 volt.
Busca otros cuatro o cinco puntos que estén también a un
potencial de 1,5 volt, lo más distantes posibles del anterior, y
grafícalos.
Une los puntos encontrados y registra el hecho de que esta
línea corresponde al potencial de 1,5 volt.
Repite la secuencia anterior pero buscando ahora las líneas
equipotenciales correspondientes a 3,0; 4,5; 6,0 y 7,5 volt.
Desconecta los electrodos y guarda el gráfico obtenido, pues lo
necesitarás para la segunda parte de la actividad.
Siguiendo el mismo procedimiento obtén a continuación las
líneas equipotenciales para otras configuraciones de electrodos,
como los de las figuras 3b, 3c, etc. y otros que te parezcan de
interés.
Obtención de datos
Registro de datos
NaCl
Volt
Fig. 2
9 volt
14) ¿Cómo podrías colocar los electrodos para simular dos cargas
del mismo signo? Piénsalo y realízalo.
a)
b)
c)
d)
e)
f)
h)
g)
Figura 3. Diferente disposición de los electrodos.
Una vez terminada esta actividad guarda los instrumentos y materiales
donde corresponda. Limpia y ordena el lugar de trabajo para abordar la
segunda parte de la guía, que es teórica.
Segunda parte: El campo eléctrico
Procedimiento general:
1. Solamente trabajarás con los gráficos obtenidos en la primera
parte de tu trabajo.
2. Selecciona el gráfico que obtuviste para el caso en que los
electrodos estaban en las posiciones que se indican en la figura 3
a. Posiblemente obtuviste algo como lo que indica la figura 4.
6,0 volt
7,5 volt
4,5 volt
0 volt
1,5 volt
3,0 volt
9,0 volt
Figura 4
3. Considerando tus conocimientos teóricos, ¿qué forma deben
poseer las líneas de campo eléctrico en este caso?
4. Teniendo en cuenta las simetrías presentes en la situación, dibuja
un conjunto representativo de líneas de campo eléctrico, con un
lápiz de color diferente al que usaste para representar las líneas
equipotenciales.
5. Repite el procedimiento con el gráfico que obtuviste para el caso
en que los electrodos estaban en las posiciones que se indican en
la figura 3 b, luego la 3 c, etc.
6. Una vez que hayas completado el trabajo, junto a tus compañeros
de grupo discutan las preguntas del siguiente cuestionario y
consigna las conclusiones en tu cuaderno.
Algunas preguntas:
a) Examinando la serie de gráficos obtenidos con sus correspondientes
líneas equipotenciales y de campo eléctrico, ¿dirías tú que
concuerdan con lo que habías estudiado teóricamente?
b) ¿Qué diferencias y semejanzas existen entre las líneas de campo
eléctrico y las líneas de campo gravitacional?
c) ¿A qué corresponderían las líneas equipotenciales en el caso
gravitacional?
d) ¿Qué diferencias y semejanzas existen entre las líneas de campo
eléctrico y las líneas de campo magnético?
e) ¿Cómo es el potencial eléctrico en las regiones en que el campo
eléctrico es nulo?
f) Envuelve completamente en papel de aluminio una radio a pilas o un
celular encendido. ¿Por qué se deja de oír la radio? ¿Por qué si
realizas una llamada al celular este no funciona? ¿Cómo es el campo
eléctrico y el potencial eléctrico dentro del envoltorio metálico?
g) ¿En qué otras situaciones se produce el efecto jaula de Faraday
descrito en la pregunta anterior?
h) ¿En qué situaciones estudiadas el campo eléctrico es prácticamente
homogéneo?
i) ¿Qué utilidad o aplicación tiene un campo eléctrico homogéneo?