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Informe de laboratorios de electricidad y magnetismo

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LINEAS EQUIPOTENCIALES Y CAMPO ELECTRICO Andrea Carolina Ballesteros Bula (andykarolhotmail.com) Andrés Alberto Cardona Mercado ([email protected]) José David Difilippo Buitrago ([email protected]) Samuel Medardo Hernández Ortiz ([email protected]) Karen Margarita Viloria Cárdenas ([email protected]) .

1 INTRODUCCIÓN

RESUMEN:

Durante esta práctica de laboratorio se observó, practicó y realizó un montaje para facilitar el estudio de las líneas equipotenciales y líneas de campo, el cual contaba de una plataforma que debía llenarse con agua (6mm) y traía consigo un plano cartesiano, voltímetro, fuente de voltaje, cables de conexión y electrodos, donde se analizó las líneas de campo eléctrico perturbadas por dos electrodos, obtenidas a partir del trazo de las líneas equipotenciales identificando el porqué de los valores de dichas líneas en coordenadas específicas. Esto con el fin de familiarizarnos con las superficies equipotenciales, campo eléctrico y todo lo que concierne a ello.

Teniendo en cuenta que las superficies equipotenciales son las formas geométricas que se forman a partir de una partícula cargada, y estas están conformadas por puntos de campo en los cuales el potencial de campo no varía; podremos decir que las líneas de campo eléctrico se caracterizan por su trayectoria tangente a la dirección del campo. En base a esto se halló donde la intensidad del campo era mayor y se ubicaron los puntos o coordenadas correspondientes sobre la plataforma con numeración cartesiana; posteriormente se ubicaron puntos con un mismo voltaje y por último se repitió el procedimiento para los electrodos: plano – plano; cilindro – cilindro y plano – cilindro.

PALABRAS CLAVE: voltajes, campo eléctrico, electrodos.

ABSTRACT: During this lab was observed, practiced and performed an assembly to facilitate the study of the equipotential lines and field lines, which had a platform that was filled with water (6mm) and came with a Cartesian plane, voltmeter, power voltage, wiring and electrodes, where the electric field lines disrupted by two electrodes, obtained from the trace of the equipotential lines identifying why the values of these lines was analyzed specific coordinates. This in order to familiarize ourselves with the equipotential surfaces, electric field and everything related to it.

2 FUNDAMENTO TEORICO

LEY DE COULOMB La ley de Coulomb establece el valor de una fuerza electrostática. Esta fuerza depende de las cargas enfrentadas y de la distancia que hay entre ellas. El valor de la fuerza electrostática viene dada por la fórmula:

KEYWORDS: voltage, electric field electrodes.

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. Las líneas de fuerza de un campo eléctrico siempre inician en la carga positiva y terminan en la carga negativa.

Donde: - F = fuerza electrostática que actúa sobre cada carga Q1 y Q2 - k = constante que depende del sistema de unidades y del medio en el cual se encuentran las cargas - r = distancia entre cargas

POTENCIAL ELECTRICO: El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva q desde la referencia hasta ese punto, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica.

CAMPO ELECTRICO: Existe un campo eléctrico cuando una carga Q es afectada por una fuerza electrostática. La fórmula abajo muestra la relación que existe entre ellos. De la fórmula se puede ver que la unidad del campo eléctrico es: newton / coulomb, (en el sistema MKS) siendo el Newton la unidad de fuerza y el Coulomb la unidad de carga eléctrica.

Considérese una carga puntual de prueba positiva, la cual se puede utilizar para hacer el mapa de un campo eléctrico. Para tal carga de prueba localizada a una distancia r de una carga q, la energía potencial electrostática mutua es: De manera equivalente, el potencial eléctrico es

Nota: - Coulomb = carga eléctrica de 6.28 x 1018 electrones. - 1 amperio = 1 coulomb / segundo Si en cierto punto se conoce el campo eléctrico se puede obtener la fuerza electrostática sobre una carga Q en dicho punto. Despejando de la anterior fórmula se obtiene la fórmula siguiente: F=ExQ

SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES Las superficies equipotenciales son aquellas en las que el potencial toma un valor constante. Por ejemplo, las superficies equipotenciales creadas por cargas puntuales son esferas concéntricas centradas en la carga, como se deduce de la definición de potencial (r = cte).

LINEAS DE CAMPO. Un campo eléctrico se puede representar como líneas de Fuerza (no existen en realidad) y son útiles para el estudio del mismo. Ver el diagrama Las líneas de fuerza indican en cada punto la dirección que tiene el campo eléctrico (E). Estas líneas nunca se cruzan entre sí, y mientras más cercanas estén significa que el campo eléctrico es más intenso.

Por otra parte, para que el trabajo realizado por una fuerza sea nulo, ésta debe ser perpendicular al desplazamiento, por lo que el campo eléctrico (paralelo a la fuerza) es siempre perpendicular a las superficies equipotenciales. En la figura anterior (a) se observa que en el desplazamiento sobre la superficie equipotencial desde el punto A hasta el B el campo eléctrico es perpendicular al desplazamiento. Las propiedades de las superficies equipotenciales se pueden resumir en: o

o

Figura 1

o

Sin embargo hay que tomar en cuenta de que para un campo eléctrico determinado el número de líneas de fuerza es el mismo

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Las líneas de campo eléctrico son, en cada punto, perpendiculares a las superficies equipotenciales y se dirigen hacia donde el potencial disminuye. El trabajo para desplazar una carga entre dos puntos de una misma superficie equipotencial es nulo. Dos superficies equipotenciales no se pueden cortar.

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DESCRIPCION EXPERIMENTAL

DEL

4 RESULTADOS Y DISCUSIONES

MONTAJE

Tablas de datos (Ver Anexos)

ANALISIS DE RESULTADOS Una vez obtenidos los resultados ( las tablas cilindrocilindro, placa-placa y placa-cilindro) podemos afirmar que las líneas equipotenciales dependen del electrodo utilizado, específicamente de su geometría, en una combinación de electrodos rectangulares o placas, las líneas equipotenciales son paralelas a las placas rectangulares, anotando que cerca de los bordes ésta distribución varía y tienda a tomar forma radial.

Figura 21

En la combinación cilindro-cilindro se observa un comportamiento cóncavo hacia el cilindro cargado negativamente y dicha concavidad se pierde cerca del electrodo que se cargó positivamente, es necesario apuntar que los resultados se ven afectados por la cantidad de agua presente en cada punto. Como las líneas equipotenciales son perpendiculares a las de campo eléctrico, éstas en la configuración cilindro-placa tienen una forma paralela a la placa y se van tornando radiales o cóncavas cerca del cilindro.

Para la realización de la práctica de laboratorio se utilizaron los siguientes equipos de laboratorio:

¿Qué se entiende por potencial eléctrico?

     

El potencial es la energía potencial por unidad de carga. Se define el potencial Ven cualquier punto en el campo eléctrico como la energía potencial U por unidad de carga asociada con una carga de pruebaq0 en ese punto:

Agua Fuente de voltaje, Voltímetro, Zondas, Cables de conexión Electrodos (planos y cilindros)

Se realizó el montaje de la figura anterior manteniéndonos asegurados de tener la fuente apagada, luego se llenó la cubeta con agua hasta una profundidad de 6 mm. A continuación se mantuvieron los electrodos separados a una distancia de 20 cm y se colocó la sonda fija equidistante de los electrodos. Se encendió la fuente y se introdujo la sonda móvil del voltímetro y se buscaron posiciones para las cuales el voltaje fuera el mismo, se anotó en una tabla las posiciones (Xi, Yi) y los voltajes correspondientes. Se repitieron los pasos anteriores para los electrodos: plano-plano; cilindro-cilindro y plano-cilindro.

¿Qué son superficies equipotenciales? Una superficie equipotenciales una superficie tridimensional sobre la que el potencial eléctrico V es el mismo en todos los puntos. Si una carga de prueba q0 se desplaza de un punto a otro sobre tal superficie, la energía potencial eléctrica q0V permanece constante.

¿Cuáles son las importantes de las eléctrico? 

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Figura tomada de: Programa de Física. Guías de laboratorio “Líneas equipotenciales y campo eléctrico. Universidad del Atlantico.

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propiedades más líneas de campo

Las líneas de campo el campo eléctrico es tangente en cualquier punto que esté en la dirección del vector del campo eléctrico en dicho punto.

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6 REFERENCIAS

Muestran la dirección de en cada punto, y su espaciamiento da una idea general de la magnitud del campo eléctrico en cada punto. Las líneas del campo eléctrico divergen de las cargas eléctricas positivas y convergen en las cargas positivas. Las líneas de campo y las superficies equipotenciales siempre son perpendiculares entre sí. Las líneas de campo eléctrico siempre apuntan en dirección en que disminuye el potencial eléctrico.

[1] GIANCOLI Douglas C. FISICA. PRINCIPIOS CON APLICACIONES. Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A. México, 1997 [2] E.M.PURCELL: "Electricidad y Magnetismo", Berkeley PhysicsCourse Vol. 2, Ed. Reverté S.A., Barcelona, 1969 [3]SEARS, ZEMANSKY, YOUNG, FREEDMAN: FisicaUniversitaria", Vol. I y II, Pearson, 1999

¿Por qué las líneas de campo eléctrico deben ser en cada punto perpendiculares a las superficies equipotenciales? Cuando una carga se mueve sobre una superficie equipotencial la fuerza electrostática no realiza trabajo, pues es conservativo, así es cero, y para que sea cero, este debe ser perpendicular al desplazamiento, por lo que el campo eléctrico (paralelo a la fuerza) es siempre perpendicular a las superficies equipotenciales.

¿Por qué dos líneas de campo eléctrico no pueden cruzarse? Dos líneas no se cortan en ninguna forma, pues ello significaría que en dicho punto existen diferentes direcciones del campo eléctrico. Las líneas de campo eléctrico son perpendiculares a las superficies que las generan, estas se van a extender paralelamente hasta el infinito, o a otra carga, pero jamás llegaran a cruzarse.

5 CONCLUSION Después de investigar sobre temas sobre campo eléctrico, superficies equipotenciales, ley de Coulomb, potencial eléctrico, líneas de campo, ley de Gauss, y además hecho esta práctica ultimar que el campo eléctrico puede representarse mediante líneas del campo eléctrico o de fuerza que se originan en las cargas positivas y terminan en las cargas negativas, dirigidas hacia la región que tenga menor potencial. A demás que el potencial eléctrico es inversamente proporcional a la distancia y directamente proporcional a la carga. Y que las líneas equipotenciales son concéntricas a las cargas que las generan, además son perpendiculares a las líneas de campo eléctrico.

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