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Universidad Tecnológica de Bolívar

Laboratorio 3 de Física II: Superficies equipotenciales

Facultad de Ciencias Básicas

 

EXPERIENCIA 3  SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES Y LÍNEAS DE CAMPO ELÉCTRICO    OBJETIVOS  • Dibujar líneas de campo eléctrico a través del mapeo de líneas equipotenciales.  • Analizar las características de las líneas equipotenciales y de las líneas de campo eléctrico.  • Entender la relación entre potencial eléctrico y campo eléctrico. 

MATERIALES  • 4 hojas de papel de mediana conductividad con electrodos dibujados con tinta conductora.  • Multímetro digital con sus respectivas sondas.  • Fuente de DC.  • 4 hojas de papel milimetrado (traer cada estudiante).    PREPARACIÓN PARA EL LABORATORIO  1. ¿Qué son superficies equipotenciales?  2. ¿Cómo se calcula el campo eléctrico estático en un punto del espacio a partir del valor del potencial en ese  punto?  3. ¿Por  qué  las  líneas  de  campo  eléctrico  que  pasan  por  una  superficie  equipotencial  deben  ser  perpendiculares a la superficie?   4. Consultar cómo son las líneas de campo para las diferentes configuraciones mostradas en la figura3.    MONTAJE   

Figura 1. Montaje 

I

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Figura 2. Posición de las sondas   

  Figura 3. (a) electrodos paralelos, (b) electrodos puntuales de diferente signo, (c) electrodos puntuales de igual signo,            (c) electrodos concéntricos. 

1. Ajuste un voltaje de 10V en la salida D.C. del panel de fuentes.   2. Arme el montaje tal como lo indica la figura 1. Coloque el polo positivo y el negativo tal como lo indica la  figura 3, teniendo en cuenta cada configuración de electrodos.  3. Establezca un sistema de coordenadas cartesianas sobre el papel tomando un punto cualquiera sobre la  intersección de dos líneas. No realice ninguna marca sobre el papel.    II

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TOMA DE DATOS    Usted debe encontrar puntos sobre el papel que tengan la misma diferencia de potencial respecto al electrodo  negativo  e  ir  registrando  sus  respectivas  coordenadas  en  una  tabla.  Para  encontrar  el  primer  conjunto  de  puntos  con  la  misma  diferencia  de  potencial,  y  llenar  la  fila  1  de  la  tabla  1,  puede  proceder  de  la  siguiente  forma:    1. Ubique un punto cualquiera sobre el papel cerca al electrodo negativo.   2. Mida  la diferencia de potencial   ∆V  entre el  electrodo negativo y el  punto  ubicado, tal  como lo indica la  figura 2.   3. Registre el voltaje medido y las coordenadas (x,y) del punto en la fila 1 de la tabla 1.  4. Desplace  la  sonda  positiva  y  ubique  otro  punto  de  tal  forma  que  la  diferencia  de  potencial  sea  igual  o  aproximadamente igual al punto anterior. Registre las coordenadas del punto en la fila 1.    LÍNEA  ∆V (V)  COORDENADAS (x, y)  1                    2                    3                    .                    .  .  Tabla 1 

5. El número de puntos de igual potencial debe ser tal que cubra la región entre los electrodos y en lo posible  de igual distancia entre ellos.  6. Repita  el  procedimiento  anterior  para  encontrar  el  segundo  conjunto  de  puntos  de  igual  potencial  para  llenar la fila 2.  7. De igual forma, proceda para las otras configuraciones de electrodos.    ANALISIS DE DATOS    Trazado de líneas de campo eléctrico.  Para cada configuración de electrodos realice lo siguiente:  1. Ubique en el papel milimetrado las coordenadas de cada conjunto de puntos para cada configuración de  electrodos. Utilice una escala más grande que la usada en el papel conductor.  2. Trace una línea continua a través de cada conjunto de puntos de igual potencial (líneas equipotenciales) y  rotule cada línea con su respectivo potencial.  3. Dibuje las líneas de campo eléctrico correspondiente con otro color e indique con una flecha su dirección.  4. Tome un punto cualquiera sobre una de las líneas de campo eléctrico y dibuje con un vector la dirección  del campo eléctrico en ese punto.    Análisis de las líneas  5. ¿Cuál fue el criterio que usted uso para trazar las líneas de campo eléctrico?  6. ¿Cómo justifica la dirección de las líneas de campo eléctrico dibujadas?    Análisis del campo en un punto  7. ¿Cómo justifica la dirección del vector de campo eléctrico dibujado sobre el punto?  8. ¿Por qué por un punto no deben pasar más de dos líneas de campo eléctrico?          III

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Análisis de los electrodos puntuales de diferente signo  9. ¿Cuál es el valor del potencial en el punto central de la línea que une los dos electrodos puntuales, medido  respecto al electrodo negativo?  10. ¿Cuál es el valor del potencial en el punto central de la línea que une los dos electrodos puntuales, medido  respecto al electrodo positivo?  11. ¿Cuál  es  el  valor  del  potencial  en  tal  punto  central,  medido  respecto  a  un  punto  en  el  infinito  donde  el  potencial es cero? Justifique su respuesta de acuerdo a la línea equipotencial que pasa por ese punto.    Análisis de los electrodos puntuales de igual signo  12. ¿Cuál es el valor del potencial en el punto central de la línea que une los dos electrodos puntuales, medido  respecto al electrodo negativo?  13. ¿Cuál es el valor del potencial en el punto central de la línea que une los dos electrodos puntuales, medido  respecto a uno de los electrodos positivos?  14. ¿Cuánto es el valor del campo eléctrico en ese punto? Justifique.   15. ¿Debe pasar alguna línea de campo eléctrico por ese punto central? Justifique.    Análisis de los electrodos concéntricos  16. Realice una gráfica de diferencia de potencial (∆V) en puntos dentro del anillo exterior contra la distancia  (r) medida desde el centro.  17. ¿En qué región la diferencia de potencial es constante? ¿Por qué es de esperar que sea constante en esa  región?  18. ¿Qué valor toma el campo eléctrico dentro de esa región?    Conclusión  Redacte sus conclusiones teniendo en cuenta las siguientes preguntas y otras que considere el grupo:  1. ¿Cuáles son las características de una línea equipotencial?  2. ¿Cuáles son las características de una línea de campo eléctrico?  3. ¿La medida del potencial en un punto depende del sistema de referencia?  4. ¿En una región donde el campo eléctrico es cero, también lo es su potencial?  5. Si  conozco  el  potencial  en  todos  los  puntos  de  un  espacio,  ¿hacia  dónde  debo  dibujar  la  dirección  del  campo eléctrico en un punto específico?      FIN 

IV