Potencial Eléctrico Jaula de Faraday Energía Potencial a partir de Campo Eléctrico Regiones Equipotenciales Concepto de tierra y aterramiento

1. Trabajo #2 de Física
Profesor: Javier Guerra
Materia: Física 2
Integrantes:
Gianfranco modano CI. 27282908
Catherina D’more CI.27770786
Antonio Nasri CI.27978623
Anthony Ordoñez CI.29829466
Ruben Mata CI.25831557

2. Potencial Eléctrico
El potencial eléctrico en un punto del espacio de un campo eléctrico es la energía potencial eléctrica que adquiere una
unidad de carga positiva situada en dicho punto.
Donde:
* V es el potencial eléctrico en un punto del campo eléctrico. Su unidad en el S.I. es el julio por culombio (J/C) que en
honor a Alessandro Volta recibe el nombre de Voltio.
* Ep es la energía potencial eléctrica que adquiere una carga testigo positiva q' al situarla en ese punto.
V = Ep / q’

3. El hecho de que todas las magnitudes sean escalares, permite que el
estudio del campo eléctrico sea más sencillo. De esta forma, si conocemos el
valor del potencial eléctrico V en un punto, podemos determinar que la
energía potencial eléctrica de una carga q situada en él es:
Aquellos puntos contiguos donde el valor del potencial eléctrico es el mismo, reciben el nombre de
superficie equipotencial. Cada punto de una superficie equipotencial se caracteriza por que:
* El campo eléctrico es perpendicular a la superficie en dicho punto y se dirige hacia valores
decrecientes de potencial eléctrico.
* Cada punto solo puede pertenecer a una superficie equipotencial, ya que el potencial eléctrico es un
único valor en cada punto.
Ep = V * q

4. Una única carga q es capaz de crear un campo eléctrico a su alrededor. Si en
dicho campo introducimos una carga testigo q' entonces, atendiendo a la definición
de energía potencial eléctrica de dos cargas puntuales:
El potencial eléctrico del campo eléctrico
creado por una carga puntual q se obtiene por
medio de la siguiente expresión:
Donde:
* V es el potencial eléctrico en un punto. En
el S.I. se mide en Voltios (V).
* K es la constante de la ley de Coulomb. En
el S.I. se mide en N·m2/C2.
* q es la carga puntual que crea el campo
eléctrico. En el S.I. se mide en culombios (C).
* r es la distancia entre la carga y el punto
donde medimos el potencial. En el S.I. se mide en
metros (m).

5. Si observas detenidamente la expresión puedes
darte cuenta de que:
* Si la carga q es positiva, la energía potencial es
positiva y el potencial eléctrico V es positivo.
* Si la carga q es negativa, la energía el potencial
es negativa y el potencial eléctrico V es negativo.
* Si no existe carga, la energía potencial y el
potencial eléctrico es nulo.
* El potencial eléctrico no depende de la carga
testigo q' que introducimos para medirlo.
Si el campo eléctrico es creado por varias cargas puntuales, el potencial eléctrico en un punto sigue el principio de
superposición:
El potencial eléctrico originado por n cargas puntuales en un punto de un campo eléctrico es la suma escalar de los
potenciales eléctricos en dicho punto creados por cada una de las cargas por separado.

6. Jaula de Faraday
Una jaula de Faraday es una caja metálica que protege de los
campos eléctricos estáticos. Debe su nombre al físico Michael
Faraday, que construyó una en 1836. Se emplean para proteger de
descargas eléctricas, ya que en su interior el campo eléctrico es nulo.
El funcionamiento de la jaula de Farday se basa en las propiedades
de un conductor en equilibrio electrostático. Cuando la caja metálica
se coloca en presencia de un campo eléctrico externo, las cargas
positivas se quedan en las posiciones de la red; los electrones, sin
embargo, que en un metal son libres, empiezan a moverse puesto que
sobre ellos actúa una fuerza dada por:

7. Donde e es la carga del electrón. Como la carga del electrón es
negativa, los electrones se mueven en sentido contrario al campo
eléctrico y, aunque la carga total del conductor es cero, uno de los lados
de la caja (en el que se acumulan los electrones) se queda con un exceso
de carga negativa, mientras que el otro lado queda con un defecto de
electrones (carga positiva). Este desplazamiento de las cargas hace que
en el interior de la caja se cree un campo eléctrico
El campo eléctrico resultante en el interior del conductor es por tanto
nulo

8. Como en el interior de la caja no hay campo, ninguna carga puede atravesarla; por
ello se emplea para proteger dispositivos de cargas eléctricas. El fenómeno se
denomina apantallamiento eléctrico.
Muchos dispositivos que empleamos en nuestra vida cotidiana están provistos de
una jaula de Faraday: los microondas, escáneres, cables, etc. Otros dispositivos, sin
estar provistos de una jaula de Faraday actúan como tal: los ascensores, los coches,
los aviones, etc. Por esta razón se recomienda permanecer en el interior del coche
durante una tormenta eléctrica: su carrocería metálica actúa como una jaula de
Faraday.

9. Energía potencial a partir de campo
eléctrico
La energía potencial electrostática o energía potencial eléctrica es un tipo de energía potencial (medida en julios en
el S.I.) que resulta de la fuerza de Coulomb y está asociada a la configuración particular de un conjunto de cargas
puntuales en un sistema definido.
Para una carga puntual q en presencia de un campo eléctrico E producido por otra carga puntual Q, la energía
potencial electrostática se define como el negativo del trabajo hecho por la fuerza electrostática para llevar la carga
desde la posición de referencia rref hasta la posición r: matemáticamente esto es una integral de línea. El campo
eléctrico es conservativo, y, para una carga puntual, es radial, por lo que el trabajo es independiente de la trayectoria y
es igual a la diferencia de energía potencial entre los puntos extremos del movimiento.
Matemáticamente:

10. Tal y como estudiamos en el apartado de trabajo eléctrico, si sobre una carga
actúa otra fuerza externa (aparte de la fuerza eléctrica), se cumple que:
Donde:
* We es el trabajo realizado por la fuerza eléctrica para moverlo desde A hasta B.
* Wf es el trabajo realizado por la fuerza externa para moverlo desde A hasta B.
Por esta razón, podemos definir el trabajo realizado por la fuerza externa para trasladar la carga desde el
infinito hasta una posición A como:
We=−Wf
W f(∞→A) =−We (∞→A) = E
pA

11. Regiones equipotenciales y concepto de tierra y
aterramiento
Las líneas equipotenciales son como las líneas de contorno de un
mapa que tuviera trazada las líneas de igual altitud. En este caso la
"altitud" es el potencial eléctrico o voltaje. Las líneas equipotenciales son
siempre perpendiculares al campo eléctrico. En tres dimensiones esas
líneas forman superficies equipotenciales. El movimiento a lo largo de
una superficie equipotencial, no realiza trabajo, porque ese movimiento
es siempre perpendicular al campo eléctrico.
NOTA: Las líneas de puntos son líneas equipotenciales, mientras
que las sólidas son líneas de campo eléctrico
Campo Eléctrico Constante

12. En las placas conductoras como las de los condensadores, las líneas del
campo eléctrico son perpendiculares a las placas y las líneas
equipotenciales son paralelas a las placas.
Carga Puntual El potencial eléctrico de una carga puntual
está dada por
De modo que el radio r determina el potencial. Por lo tanto las
líneas equipotenciales son círculos y la superficie de una esfera
centrada sobre la carga es una superficie equipotencial.

13. Las líneas discontinuas ilustran la escala del voltaje a iguales
incrementos. Con incrementos lineales de r las líneas equipotenciales
se van separando cada vez más.
Dipolo Eléctrico
El potencial eléctrico de un dipolo
muestra una simetría especular sobre el
punto central del dipolo. En todos los
lugares siempre son perpendiculares a
las líneas de campo eléctrico.

14. TIERRA Y ATERRAMIENTO
La puesta a tierra es un mecanismo de seguridad que forma parte de las instalaciones eléctricas y
que consiste en conducir eventuales desvíos de la corriente hacia la tierra, impidiendo que el usuario
entre en contacto con la electricidad.
Esto quiere decir que cierto sector de las instalaciones está unido, a través de un conductor, a la
tierra para que, en caso de una derivación imprevista de la corriente o de una falla de los aislamientos,
las personas no se electrocuten al entrar en contacto con los dispositivos conectados a dicha
instalación
Varilla usada como electrodo de tierra. El color
verde-amarillo designa el cable de tierra

15. También llamada polo a tierra o toma de
tierra, la puesta a tierra implica el uso de una
pieza de metal que se entierra en el suelo y que
incluso puede conectarse a los sectores
metálicos de una estructura. A través de un
cable aislante, esta pieza de metal se conecta
a la instalación eléctrica y, mediante las bases
de enchufe, a los dispositivos conectados a la
electricidad. La puesta a tierra también
contempla el uso de un interruptor diferencial
que se encarga de abrir la conexión eléctrica al
registrar un paso de corriente hacia la tierra.
La tierra es, en definitiva, una superficie que
pueda disipar la corriente eléctrica que reciba.
Lo que llamamos puesta a tierra consiste en
un mecanismo que cuenta con las piezas
metálicas enterradas (denominadas jabalinas,
picas o electrodos) y conductores de diferente
clases que vinculan los diversos sectores de la
instalación.
Ilustración del sistema de
puesta a tierra de una
construcción.

16. Electricidad
Potencial eléctrico.
El potencial eléctrico en un punto del
espacio de un campo eléctrico es la
energía potencial eléctrica que adquiere
una unidad de carga positiva situada en
dicho punto.

17. Gracias