exp 2 campo electrico

7/27/2019 Exp 2 Campo Electrico

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Laboratorio de Física III

Campo Eléctrico

UNMSM

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INDICE

CAMPO ELECTRICO ................................................................................. 2

EXPERIENCIA 2 ........................................................................................ 2

I. OBJETIVOS: ....................................................................................... 2

II. MATERIALES: ..................................................................................... 2

III. FUNDAMENTO TEORICO: ............................................................... 3

A. Campo Eléctrico: ............................................................................ 3

B. Representación de un campo eléctrico: ......................................... 4

C. Intensidad de campo eléctrico: ...................................................... 6

IV. PROCEDIMIENTO: .......................................................................... 8

V. CUESTIONARIO: ............................................................................... 10

VI. CONCLUSIONES: ........................................................................... 20

VII. SUGERENCIAS: ............................................................................. 21

VIII. BIBLIOGRAFIA: ............................................................................. 21

IX. ENLACES: ...................................................................................... 22




Campo Eléctrico

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CAMPO ELECTRICO

EXPERIENCIA 2

I. OBJETIVOS:

El poder calcular el valor de la diferencia de potencial entre dos

puntos.

Aprender a calcular la intensidad media que pueda tener un campoeléctrico.

Estudiar las características principales que pueda tener un campo

eléctrico y que lo identificaremos a través de la experiencia.

Poder graficar las líneas equipotenciales de un campo eléctrico con

la ayuda de la experiencia a realizar entre dos puntos vecinos.

II. MATERIALES:

Cubeta de vidrio

Fuente de voltaje de CD

Voltímetro

Electrodos de cobre

Punta de prueba

Cucharadita de sal

Papeles milimetrados

Cables de conexión




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III. FUNDAMENTO TEORICO:

A. Campo Eléctrico:

Un campo eléctrico es un

campo de fuerzas creado

por la atracción y repulsión

de cargas eléctricas, las

fuerzas ejercidas entre sí por

las cargas eléctricas se

deben al campo eléctrico

que se genera al rodear a

cada cuerpo que se

encuentre sometido a alguna

carga.

El campo eléctrico presente

en cualquier punto

determinado se puede descubrir colocando una carga de prueba

pequeña q, en ese lugar, y observando si experimenta alguna fuerza.Una carga de prueba es solo un sensor, es decir no produce el campo

eléctrico que estamos tratando de medir, el campo se debe a otras

cargas. La carga de prueba debe estar en reposo, ya que las cargas en

movimiento experimentan fuerzas diferentes. El campo eléctrico

reconocido por la letra E, se puede definir midiendo la magnitud y

dirección de la fuerza eléctrica (F), que actúa sobre la carga de prueba.

La definición del campo eléctrico es:

Un campo eléctrico queda determinado por:

Intensidad en cada uno de sus puntos Líneas de fuerzas o líneas de campo.

Potencial en cada uno de sus puntos.

El cálculo del campo eléctrico lo podemos realizar con las siguientes

formulas:




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También el cálculo de la intensidad de la fuerza eléctrica, por lo tanto, está

dado por la ecuación:

La fuerza de una carga eléctrica dentro de un campo eléctrico es mayor

mientras mayor sea la intensidad de campo eléctrico, y mayor sea la misa

carga.

No obstante, tenemos que tener presente que un campo eléctrico no solo

se ve determinado por la magnitud que pueda tener la fuerza que actúasobre la carga de prueba, sino que también por el sentido que presenta el

campo. Por tanto, los campos eléctricos se representan en forma de líneas

de campo, que nos indicaran el sentido que presenta el campo.

B. Representación de un campo eléctrico:

La representación de un campo eléctrico está representado o

determinado por la forma geométrica de las cargas que generan el

campo, al igual que por la posición que adoptan entre ellas. Las

líneas de campo indican, en cada punto del mismo, el sentido de la

fuerza eléctrica.

Al respecto, las siguientes imágenes muestran el campo eléctrico de

una carga puntual positiva (izquierda) y el de una carga puntual

negativa (derecha). Las líneas de campo se desplazan en este caso

en forma de rayos que salen hacia el exterior a partir de la carga. El

sentido de las leneas del campo (representado por las flechas)

señala, de acuerdo a la convención establecida, el sentido de la

fuerza de una carga positiva (en cada caso pequeñas cargas

puntuales en las imágenes); esto significa que las líneas de campo

parten cada vez de una carga positiva (o del infinito) y terminan en

una carga negativa (o en el infinito). La densidad de las líneas de

campo indica correspondientemente la intensidad del campo

eléctrico; aquí esta decrece al alejarse de la carga puntual.




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Observemos ahora la representación de un campo eléctrico generado

por dos cargas, observaremos el campo generado por dos cargas de

igual signo y por dos cargas de diferente signo.

OBSERVACION:

Como veremos a continuación lo que sucede

en un condensador de placas paralelas,

entonces si se encontraran cargas positivas y

negativas repartidas uniformemente sobre dos

placas de metal colocadas frente a frente, en

paralelo, como lo es un condensador de placas

paralelas, entre ambas superficies se generan

líneas de campo eléctrico paralelo, como se

muestra en la figura siguiente. Estas líneas de

campo, al interior del condensador, son igual




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en todas partes, la intensidad de campo eléctrico E de las placas es

también igual en toda la superficie. Un campo eléctrico de estanaturaleza recibe el nombre de Campo Eléctrico Homogéneo.

C. Intensidad de campo eléctrico:

La región del espacio situada en las proximidades de un cuerpo

cargado posee unas propiedades especiales. Si se coloca en

cualquier punto de dicha región una carga eléctrica de prueba, se

observa que se encuentra sometida a la acción de una fuerza. Este

hecho se expresa diciendo que el cuerpo cargado ha creado un

campo eléctrico. La intensidad de campo eléctrico en un punto sedefine como la fuerza que actúa sobre la unidad de carga situada en

él. Si E es la intensidad de campo, sobre una carga Q actuará una

fuerza.

Para poder visualizar la intensidad y la dirección de un campo eléctrico se

debe introducir o tener presente el concepto de líneas de fuerzas. Estas sonlíneas imaginarias que son trazadas tales que la dirección que tengan y su

sentido en cualquier punto serán las del campo eléctrico en dicho punto.

Estas líneas de fuerza deben dibujarse de tal manera que la intensidad de

ellas sea proporcional a la magnitud del campo.

Electrodo

+

+

++

+

- - - - -

E E




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Sean dos puntos A y B en un campoelectrostático tiene una diferencia de

potencial ΔV, si se realiza trabajo para

mover una carga de un punto a otro,

este trabajo es independiente de la

trayectoria o recorrido escogido entre

estos dos puntos.

Sea un campo eléctrico E debido a la

carga Q. Otra carga q+ en cualquier

unto A del campo se soportara unafuerza. Por esto será necesario realizar

trabajo para mover la carga q+ del

punto A a otro punto B a diferente distancia de la carga Q. La diferencia de

potencial entre los puntos de A y B en un eléctrico se define como:

VAB = VB - VA =

Donde:

VAB: Diferencia de potencial entre los puntos de A y B.

WAB: Trabajo realizado por el agente externo.

q+ : Carga que se mueve entre A y B.

Sabemos que:

De (α) y (β):




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IV. PROCEDIMIENTO:

Cabe notar que no existe instrumento alguno que permite medir la

intensidad del campo eléctrico en las vecindades de un sistema de

conductores cargados eléctricamente colocados en el espacio libre. Sin

embargo, los conductores están en un líquido conductor, el campo eléctrico

establecerá pequeñas corrientes en este medio, las que se pueden usar

para tal fin.

1. Arma el circuito del esquema. El voltímetro mide la diferencia de

potencial entre un punto del electrodo y el punto que se encuentra en

la prueba.

2. Ubique en forma definitiva los electrodos sobre el fondo de la cubeta de

vidrio, antes de echar la solución electrolítica, preparada anteriormente

en un recipiente común.

3. Con el voltímetro mida la diferencia de potencial entre un punto del

electrodo y el punto extremo inferior del electrodo de prueba.

4. En cada una de las dos hojas de papel milimetrado trace un sistema de

coordenadas XY, ubicando el origen en la parte central de la hoja, dibuje

el contorno década electrodo en las posiciones que quedara

definitivamente en la cubeta.




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5. Situé una de las hojas de papel milimetrado debajo de la cubeta de

vidrio. Esta servirá para hacer las lecturas de los puntos de igual

potencial que ira anotado en el otro papel.

6. Eche la solución electrolítica en el recipiente fuente de vidrio.

7. Sin hacer contacto con los electrodos mida la diferencia de potencial

entre ellos acercando el electrodo de prueba a cada uno de los otros

dos casi por contacto y tomando nota de las lecturas del voltímetro.

ΔV electrodos = V electros anillo - V electrodo placa

8. Selecciones un número de líneas equipotenciales por construir, no

menor de diez.

9. Entonces el salto de potencial entre y línea será, en el caso de

seleccionar diez líneas por ejemplo:

, y en general

N: el número de líneas

10. Desplace la punta de prueba en la cubeta y determine puntos para los

cuales la lectura del voltímetro permanece. Anote lo observado y

represente estos puntos en su hoja de papel milimetrado auxiliar.

11. Una los puntos de igual potencial mediante trazo continuo, habrá UDdeterminado cada uno de las superficies V2, V3, V5….




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V. CUESTIONARIO:

1. Determine la magnitud del campo eléctrico entre las líneas

equipotenciales. ¿El campo eléctrico es uniforme? ¿Por qué?

Líneas

Equipotenciales

VA

(v)

VB

(v)

d

(m)

E = (VB-VA)/d

(v/m)

1 – 2 3 5 0.009 222.2

2 – 3 5 8 0.016 187.5

3 – 4 8 11 0.019 157.89

4 – 5 11 14.5 0.021 166.67

5 – 6 14.5 16 0.01 150

6 – 7 16 19 0.02 150

7 – 8 19 23 0.028 142.86

8 – 9 23 27 0.02 200

Un campo eléctrico uniforme tiene en toda la región del espacio la

misma magnitud y dirección.

Con los datos obtenidos podemos visualizar que el campo eléctrico escasi uniforme (hay ciertas variaciones que corresponden a los errores

sistemáticos). Pero en sí, el campo es uniforme, esto se debe a las

líneas paralelas formadas por el electrodo rectangular.

Cada electrodo origina un campo diferente entre sus puntos también

debido a que los electrodos tienen distinta forma por lo que el campo

resultante tiene magnitudes distintas en diferentes puntos.




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2. En su grafica, dibuje las líneas equipotenciales para el sistema

de electrodos que utilizo.3. ¿Cómo serian las líneas equipotenciales si los electrodos son

de diferentes formas?

Como hemos observado en esta experiencia se evidencia que las

líneas toman la forma geométrica del electrodo ya que este al estar

cargado tiene mayor intensidad de campo eléctrico mientras más

cerca se esté de él, ello conlleva al seguimiento de la figura del

electrodo y por tanto a la variación de las líneas.

4. ¿Por qué nunca se cruzan las líneas equipotenciales?

Una línea equipotencial

es aquella que está

conformada por puntos

cuyos potenciales

siempre tienen el

mismo valor.

La pregunta puede ser

respondida al observar

la gráfica obtenida. Observamos que las líneas equipotenciales

generadas por el electrodo rectangular son perpendiculares a las

líneas del campo eléctrico, entonces paralelas entre sí. Por tanto,

nunca se cruzarán. Demostración:

Supongamos que existen dos líneas equipotenciales diferentes se

cruzan.

Sean VA ≠ Vb, dos líneas equipotenciales que se cruzan en el punto Q

y cuyo potencial de Q = V0.

Además,

Como Q pertenece a VA, se tiene que: VA = V0, y

Como Q pertenece a VB, se tiene que: VB = V0, por tanto tenemos

que:




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VA = V0 = VB

Tomando extremo: VA = VB, lo cual niega nuestra hipótesis. L.q.q.d.

5. Si UD. Imaginariamente coloca una carga de prueba en una

corriente electrolítica. ¿Cuál será su camino de recorrido?

Las corrientes electrolíticas se mueven a lo largo de las líneas de

fuerza o líneas de campo. Entonces, al poner una carga de prueba

(normalmente de carga positiva), esta recorrerá las líneas de campo

(como mostramos en el gráfico). La carga se moverá del polo

positivo (electrodo plano) al negativo (electrodo triangular).

6. ¿Por qué las líneas de fuerza deben formar un ángulo recto con

las líneas equipotenciales cuando las cruzan?

Ninguna de las líneas de fuerza empieza o termina en el espacio que

rodea la carga. Toda línea de fuerza de un campo electrostático escontinua y termina sobre una carga positiva en un extremo y sobre

una carga negativa en el otro. Como la energía potencial de un

cuerpo cargado es la misma en todos los puntos de la superficie

equipotencial dada, se deduce que no es necesario realizar trabajo

(eléctrico) para mover un cuerpo cargado sobre tal superficie. De ahí

que la superficie equipotencial que pasa por un punto cualquiera ha

de ser perpendicular a la dirección del campo en dicho punto. Si no

fuera así, el campo tendría una componente sobre la superficie y

habría que realizar trabajo adicional contra las fuerzas eléctricas




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para desplazar una carga en dirección de esta componente. Las

líneas de campo y de la superficie equipotencial son, enconsecuencia, perpendiculares entre sí.

7. El trabajo realizado para transportar la unidad de carga de unelectrodo a otro es:

El trabajo realizado por el campo eléctrico sobre una cargadeterminada q cuando se mueve desde una posición en el que elpotencial es V A, a otro lugar en el que el potencial es V B, es ladiferencia entre la energía potencial inicial y final ya que el campoeléctrico es conservativo. El trabajo está dado por:

∫ ⃗ ⃗ ……………(*)

(*)Unidades del Sistema Internacional (Si) se expresa en: Joule (J).




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Los datos obtenidos son los siguientes:

El potencial del electrodo rectangular = 30 V

El potencial del electrodo triangular = 0 V

Carga eléctrica de e- = 1.602 × 10-19 C

Luego, aplicamos la fórmula:

W = 4.806x10-18 J.

8. Siendo , el error absoluto de E es:

Obtenemos el error absoluto mediante la suma de los errores de

instrumento y el aleatorio.

Y la expresión de la medida es:

̅ ̅

Tenemos dos medidas, la diferencia de potenciales y la distancia. El

campo eléctrico se obtiene de la siguiente manera:




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Observamos que E es una medida indirecta, ya que es obtenida por

una división. Por tanto:

̅ ( ) ( ̅ )

Donde es el promedio de .

Finalmente, obtenemos:

̅ ̅ ( ) ( ̅ )

A continuación, procederemos a calcular el error absoluto.

*En primer lugar, procedemos con el promedio de las diferencias de

potenciales, con redondeo a tres decimales.

El error instrumental:

Para este caso particular el E0=ELM=1/2(0.5V)=0.25V

Entonces:

Luego: √

√




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El error absoluto de :

√ =1.003

La variación de diferencias de Potenciales será:

*Ahora hacemos lo mismo con la distancia:

̅

̅

El error instrumental (Regla):

Para este caso particular el E0=ELM=1/2(0.001m)=0.0005m

Entonces:

Luego: √

√

El error absoluto de :

√ = 0.0065

La distancia será:

El valor de E estará dado de la siguiente manera:

Entonces:




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Luego:

( ) ( )

Finalmente:

El error absoluto será: V /m

9. El error relativo de la medida de E es:

Del resultado obtenido de la pregunta 8 obtendremos el error

relativo del valor del campo eléctrico, a continuación evaluaremos el

valor a calcular:

10. Que semejanza y diferencia existe entre un campo eléctrico y

un campo gravitatorio.

Semejanzas:

Los campos gravitatorios y eléctricos son vectoriales. Así el campo

creado por varias masas o varias cargas eléctricas, que se obtendrá

sumando vectorialmente los vectores intensidad de campo en dicho

punto debido a las masas o las cargas que actúan sobre el mismo.

Son campos conservativos porque la dirección de las fuerzas

siempre pasa por un mismo punto (en donde se encuentra la masa

o la carga que los crea).




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La intensidad del campo es inversamente proporcional al cuadrado

de la distancia entre los centros de las masas o de las cargas y elpunto.

Las líneas de fuerzas son abiertas, es decir, empiezan en algún

punto (fuentes del campo o el infinito) y terminan en algún otro

punto (sumideros del campo o en el infinito).

En los campos conservativos como lo son el eléctrico y el

gravitatorio, se puede definir una función escalar (potencial) y, a

partir de ella poder construir superficies equipotenciales. Las líneas

de fuerzas son perpendiculares a las superficies equipotenciales.

Las fuerzas debidas a los campos gravitatorios y eléctricos soncentrales, ya que están dirigidos hacia o desde el punto donde se

encuentre la masa o la carga que los crea.

Las fuerzas gravitatoria y eléctrica tienen siempre la dirección del

vector intensidad campo.

Las líneas de fuerzas no pueden cortarse. De lo contrario, en el

punto de corte existirían dos vectores campos distintos.

Diferencias:

Los campos gravitatorios no tienen fuentes. Sus líneas de campo

siempre empiezan en el infinito. En cambio el campo eléctrico, por el

contrario puede tener fuentes (las cargas positivas) y sumideros (las

negativas).

Las fuerzas debidas al campo gravitatorio son siempre de atracción,

mientras que las fuerzas del campo eléctrico pueden será tanto de

atracción como de repulsión.

Un punto material solo creara campos gravitatorios. Para crear un

campo eléctrico hace falta, además, que el cuerpo este cargado. Los campos eléctricos se pueden apantallar (dentro de una esfera

metálica cargada el campo eléctrico es nulo), mientras que los

gravitatorios cruzan las sustancias, pues podemos medirlos dentro de

una habitación, por tanto no se puede apantallar.

El campo gravitatorio puede ser uniforme en grandes extensiones, pero

no así el campo eléctrico.

Se puede obtener regiones de campo eléctrico nulo como sucede

cuando una esfera metálica, pues en el interior el campo eléctrico es

nulo. Prácticamente es imposible crear regiones de campo gravitatorionulo por medio de masas.




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Hay dipolos eléctricos (tener presente a las moléculas polares como el

agua), pero no se conocen dipolos gravitatorios. Hay inducción eléctrica, no hay inducción electromagnética.

Las contantes G y K tienen las unidades N.m2.kg- 2 y N.m2.C-2

respectivamente.

La constante K viene a ser 1.1020 veces mayor que la constante G. esto

nos quiere decir que el campo gravitatorio es muy débil comparado con

el campo eléctrico, en iguales de condiciones.

La constante G es una constante universal, mientras que la constante K

no lo es puesto que su valor depende del medio.

Una partícula material, en reposo, abandonada a la acción del campo

gravitatorio, inicia su movimiento en la dirección y sentido de éste. Sin

embargo, una carga, en reposo y abandonada a la acción de un campo

eléctrico, lo hace en la dirección del mismo, pero su sentido de

movimiento es el del campo si la carga es positiva y el contrario si la

carga es negativa.

11. Si el potencial eléctrico es constante es constante a través de una

determinada región del espacio. ¿Qué puede decirse acerca del

campo eléctrico en la misma? Explique.

Al encontrarnos sobre una región equipotencial podremos llegar

a las siguientes particularidades:

El trabajo realizado por el campo para llevar una carga desde el

punto de la superficie equipotencial hasta otro punto de la

misma superficie es igual a cero.




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El trabajo realizado por el campo para llevar una carga desde

una superficie hasta otra es igual a la carga, multiplicada por ladiferencia de potencial entre ambas superficies.

El trabajo realizado por el campo para transportar una carga, no

depende de la trayectoria que siga.

VI. CONCLUSIONES:

Las líneas de fuerza que salen del campo eléctrico nunca se cruzan entre sí,

debido a que para cada punto de la carga positiva de donde salen, le

corresponde otro punto único y diferente de la carga negativa a la que llega.

Las líneas de fuerza forman un Angulo recto con las líneas equipotenciales, ya

que al ser las primeras paralelas a la superficie del cuerpo, es decir, salen

tangencialmente a este, mientras que las líneas equipotenciales son

perpendiculares al plano de la superficie, con lo que ambas líneas al cruzarse

forman un ángulo recto.

El campo eléctrico, su distribución y dirección se puede visualizar teniendo encuenta la conformación de las líneas de fuerza.

Las superficies equipotenciales son variables y esta se muestra de forma

particular a medida que se avanza o desplaza el potencial o disminuye según la

posición de las placas.

El campo eléctrico está representado por las líneas de fuerza y va

disminuyendo a medida que se acerca a la carga negativa.

Se aprendió a graficar las líneas equipotenciales en la vecindad de dos

configuraciones de cargas (electrodos).

Se lo logró aprender a calcular la diferencia de potencial entre dos puntos. Se pudo aprender a calcular la intensidad media del campo eléctrico.

Se pudo obtener características principales del campo eléctrico.

Se logró Entender el concepto y las características principales del campo

eléctrico.

Se logró aprender como calcular el campo eléctrico asociado con las cargas que

se distribuyen a través de un objeto.

Se logró entender como las líneas de campo eléctrico pueden usarse para

describir la magnitud y dirección del campo eléctrico en una pequeña región

del espacio




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VII. SUGERENCIAS:

Es recomendable que otros fluidos con mayor conductividad eléctrica seanutilizados para que el experimento tenga un mejor desarrollo.

Además, durante el desarrollo de la experiencia, una carga de prueba puedeser colocada para conocer su camino de recorrido.

VIII. BIBLIOGRAFIA:

GUIA D ELABORATIOS DE FISICA III

FÍSICA ELEMENTAL (tomo II)o J.S. Fernández

E.F. GALLONI.

o Editorial NIGAR S.R.L.

o Buenos Aires - ARGENTINA

FÍSICA GENERALo Ing. Juan Goñi Galarza

o LIMA - PERU

FÍSICA GENERALo Adisson Wesley Longman

o Boulevard de las cataratas N3

o México 01900, DF.

Fundamentos de Electromagnetismoo Cheng Finney

o Volumen I

o Paris – Francia.

FÍSICA UNIVERSITARIA CON FISICA MODERNA

o Young, Freedman y Sears, Zemansky

o Tomo II

Física III

o Sarwar




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Fundamentos de Electricidad y Magnetismo

o Arthur F. Kip

FISICA III

o Lic. Humberto Leyva N.

o Editorial Moshera

o Segunda Edición.

FISICA.-

o Resnick Halliday

o Editorial Continental S.A. de C.V.

o Segunda Edición.

IX. ENLACES:

http://www.monografias.com/trabajos85/campo-electrico/campo-

electrico.shtml

http://www.etitudela.com/Electrotecnia/principiosdelaelectricidad/

cargaycampoelectricos/contenidos/01d56993080935c3a.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_el%C3%A9ctrico

http://www.fisicapractica.com/campo-electrico.php

http://www.buenastareas.com/ensayos/Diferencias-Entre-Campo-

Electrico-y-Campo/2899636.html

http://www.monografias.com/trabajos85/campo-electrico/campo-electrico.shtml




http://www.etitudela.com/Electrotecnia/principiosdelaelectricidad/cargaycampoelectricos/contenidos/01d56993080935c3a.html






http://www.buenastareas.com/ensayos/Diferencias-Entre-Campo-Electrico-y-Campo/2899636.html












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