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• David

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Laboratorio de Física III

Laboratorio N° 2: SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES I. OBJETIVOS 1.1. Trazar experimentalmente líneas equipotenciales y de campo eléctrico generado por dos electrodos cargados eléctricamente. 1.2. Examinar la naturaleza del campo eléctrico ( ⃗ ) mediante el trazo de líneas equipotenciales correspondientes a una distribución de carga. II. FUNDAMENTO TEÓRICO Toda partícula que tenga carga eléctrica Q, genera en el espacio un campo eléctrico ⃗ . Si una carga eléctrica de prueba q está dentro de la región donde existe el campo eléctrico ⃗ , entonces sobre ella actuará una fuerza eléctrica dada por ⃗ Así entonces el campo eléctrico se define como aquella región del espacio en la que cualquier carga de prueba situada en un punto de dicha región experimenta una fuerza eléctrica, es decir ⃗ Una descripción gráfica y cualitativa del campo eléctrico puede darse en términos de las líneas de campo, definida como aquellas curvas para las cuales el campo eléctrico es tangente a ella en todos sus puntos. Las líneas de campo están dirigidas radialmente hacia afuera, prolongándose hacia el infinito, para una carga puntual positiva, y dirigida radialmente hacia la carga si está en negativa.

Una configuración de dos cargas eléctricas puntuales iguales y opuestas muy próximas entre sí, es llamado dipolo eléctrico. La carga total del dipolo es cero, a pesar de la cual genera un campo eléctrico. La intensidad de ese campo está determinada por el momento dipolar , que viene dado por el producto del valor de las cargas por la distancia entre ambos.

Sabemos que una carga Q produce un campo eléctrico, entonces una carga de prueba q ubicada en cualquier punto del campo soporta una fuerza. Luego el trabajo necesario para mover la carga de prueba q entre los puntos A y B las cuales se encuentran a diferentes distancias de la carga Q, viene dado por ∫ ⃗

Donde V es la diferencia de potencial, W es el trabajo realizado y q es la carga de prueba. La unidad en el SI para la diferencia de potencial es el voltio (V).

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Si

, entonces

, lo cual implica la presencia de una superficie equipotencial, es decir, no existe el trabajo eléctrico. Así mismo, el que ∫ ⃗ , indica que en dicho punto el campo eléctrico es perpendicular al elemento de una trayectoria tomada sobre una superficie equipotencial.

Por lo tanto, las superficies equipotenciales son aquellos puntos del campo eléctrico que tienen el mismo potencial eléctrico, formando un lugar geométrico en la región del campo eléctrico. III. INSTRUMENTOS, MATERIALES Y EQUIPO Fuente de voltaje DC Multímetro Electrodos de cobre Cubeta de vidrio Cables de conexión Sulfato de cobre Papel milimetrado IV. PROCEDIMIENTO 4.1. Armar el equipo como se muestra en el diseño experimental

4.2. Pegar en la base de la bandeja de vidrio una hoja de papel milimetrado. 4.3. Coloque los electrodos dentro de la cubeta, teniendo en cuenta que sean equidistante del centro del papel milimetrado. 4.4. Agregue sulfato de cobre en la cubeta hasta cubrir los electrodos (1 cm de profundidad aproximadamente). 4.5. Encienda la fuente y gire la perilla hasta que marque 10 V, luego apague la fuente. 4.6. Ahora conecte dos cables de conexión para medir voltaje en el voltímetro de modo que el cable del electrodo negativo se conecte con el respectivo electrodo negativo que está en la cubeta con sulfato de cobre. El otro electrodo positivo va a corresponder a nuestra “punta de prueba” y por lo tanto corresponde al cable de conexión que termina en punta, la cual se deja libre y es con la cual variaremos la posición sobre la cubeta para medir el respectivo voltaje en cada posición. 4.7. Tome ahora una de las plantillas impresas previamente por usted y marque en ella la posición de los dos electrodos. Los puntos marcados en ella le permitirán ubicar de manera adecuada los puntos sobre la cubeta en su circuito para los cuales la DIFERENCIA DE POTENCIAL con respecto al electrodo NEGATIVO es siempre la misma.

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4.8. Ahora si encienda la fuente ya calibrada en 10 V. En este punto tenga en cuenta de que NUNCA los dos electrodos que provienen de la fuente tengan contacto directo entre sí. Observe ahora que al mover la punta de prueba de su electrodo positivo proveniente del voltímetro indica el valor del voltaje en cada región de la superficie sobre la placa. Busque entonces con la punta de prueba inicialmente regiones alrededor del electrodo negativo que indiquen un voltaje de 2V. Traslade y marque con un lápiz sobre la cuadricula de papel esos puntos. Identifique tantos puntos como sea necesario con ese voltaje que le permitan a usted posteriormente dibujar la línea equipotencial formada para ese valor de 2V. 4.9. Repita el mismo procedimiento anterior para 3V, 4V, 5V, 6V, 7V y 8V.

Preguntas: 1. Usted ha construido líneas equipotenciales separadas por la misma diferencia de potencial. ¿Están estas líneas regularmente separadas siempre? ¿Cómo se interpreta su mayor o menor separación con respecto al campo eléctrico? 2. ¿Cómo varia el potencial sobre la superficie del electrodo? 3. ¿Qué utilidad práctica cree Ud. que tiene conocer las equipotenciales? 4. ¿Qué ocurre si se cambia la polaridad de los electrodos? ¿Cambian de forma las equipotenciales? 5. ¿Qué ocurriría si los electrodos se polarizan con una señal alterna?

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