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• Ana Bella

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Laboratorio 2: Superficies Equipotenciales* Ana Belén Guerra Marroquín, 201314873,1, ** Julio Estuardo Juárez España, 201442794,1, *** Santiago Gilberto Rivadeneira Antonio, 201313722,1, **** and Neri Orlando Junay Avila, 2008193091, ***** 1

Facultad de Ingeniería, Departamento de Física, Universidad de San Carlos, Edificio T1, Ciudad Universitaria, Zona 12, Guatemala.

Se realizó el análisis experimental sobre una superficie equipotencial generada por tres tipos de configuraciones con una fuente de 5V y se midió el potencial con el multímetro en el rango 20V, las tres configuraciones realizadas fueron: Carga/Roldana/Carga, Carga/Placa, Placa/Placa. En cada configuración, se midieron 4 distintos voltajes y por cada voltaje se generó una línea equipotencial.

I.

OBJETIVOS

A.

Generales

• Encontrar las superficies equipotenciales para las diferentes distribuciones de carga. B.

Específicos

* Comparar el comportamiento de las superficies equipotenciales teóricas y experimentales de dos placas. * Comparar el comportamiento de las superficies equipotenciales teóricas y experimentales de dos cargas puntuales. * Comparar el comportamiento de las superficies equipotenciales teóricas y experimentales de una placa, una carga puntual y una roldana. II.

MARCO TEÓRICO

Al hablar de curvas equipotenciales se tienen que mencionar muchos conceptos tales como campo eléctrico, potencial eléctrico, líneas de fuerza y finalmente definir curvas equipotenciales.

agua por el punto. A los puntos cercanos a la superficie terrestre se le puede asociar también un vector de intensidad gravitacional. El espacio que rodea a una varilla cargada parece estar afectado por la varilla, y a éste espacio se le conoce como campo eléctrico. Esto es, si se coloca una carga q1, ésta produce un campo eléctrico en el espacio que lo rodea. Ahora si se posiciona una nueva carga de prueba q2, ésta experimentaría una fuerza. Se deduce que el campo juega un papel intermedio en las fuerzas que obran entre las cargas. Entonces podemos decir que el campo eléctrico está íntimamente ligado a la distribución de cargas que lo denominaremos Con todo esto, se define al Campo Eléctrico utilizando el método operacional, como un vector que sólo requiere conocer la distribución de cargas .

B.

Una distribución de carga produce un campo eléctrico, esta información es hasta cierto punto un poco incompleta y complicada de manejar, esto implica tratar de encontrar una magnitud que nos exprese en forma sencilla cómo una distribución de carga puede modificar su espacio de entorno.

C. A.

Campo Eléctrico

Existen muchos ejemplos de campos, tal como el flujo de agua de un río es un campo de vectores, llamado campo de flujo. Cada punto en el agua lleva asociado consigo una cantidad vectorial, la velocidad con la cual pasa el

Potencial Eléctrico

Líneas de Fuerza

Son líneas imaginarias que representan la trayectoria de una partícula cargada si es que fuese colocada en algún campo eléctrico. Las líneas de fuerza presentan las siguientes características: * Las líneas de fuerza comienzan en las cargas positivas y terminan en las negativas.

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* La densidad de líneas es proporcional al valor del campo. * No existe intersección entre las líneas de fuerza resultantes.

2 * La tangente a la línea en cualquier punto es paralela a la dirección del campo eléctrico en ese punto. La forma de las líneas de fuerza depende exclusivamente de la distribución de carga.

Figura 3: Carga-Carga D.

Curvas Equipotenciales

Los conceptos mencionados anteriormente son muy importantes para reconocer las superficies equipotenciales. La distribución del potencial eléctrico en una cierta región donde existe un campo eléctrico puede representarse de manera gráfica mediante superficies equipotenciales. Una curva o superficie equipotencial es el lugar geométrico de los puntos de igual potencial, donde se cumple que el potencial eléctrico generado por alguna distribución de carga o carga puntual es constante. La energía potencial no cambia a medida que una carga de prueba se traslada sobre una superficie equipotencial, el campo eléctrico no realiza trabajo sobre esa carga. Las Líneas de campo y las superficies equipotenciales siempre son perpendiculares entre si. En general, las líneas de campo son curvas y las equipotenciales son superficies curvas. Las líneas de campo pueden definirse como la intersección de las superficies equipotenciales en un plano. Las líneas teóricas de la práctica realizada son:

III.

DISEÑO EXPERIMENTAL A.

Materiales

* Fuente de alimentación DC * Dos alambres tipo: banana-banana * Una Roldana * Papel Mantequilla * Papel Carbón * Papel Conductor * Dos Placas Metálicas

B.

Magnitudes físicas a medir

* Voltaje [V] Figura 1: Placa-Placa C.

Procedimiento

* Armar el equipo. * Colocar el papel mantequilla, seguido del papel carbón y posteriormente el papel conductor, los cuales fueron fijados por unas líneas de material imantado. * Medir tres voltajes diferentes, y se marcaron puntos sucesivos suficientes para dibujar las curvas. * Repetir el proceso para cada superficie. Figura 2: Placa-Carga

* Guardar el equipo y se limpiar la mesa de trabajo.

3 IV.

RESULTADOS

puntual. Comparando esta figura con los otros experimentos, se observa la diferencia en las líneas, ya que en esta las curvas son más pronunciadas. Según la teoría en la gráfica de la figura 3, deben quedar líneas casi rectas debido al dipolo del campo eléctrico, tal y como se ve en la figura 6, realizada en el laboratorio.

Figura 4: Placa-Placa

En la figura 6 también se observa la roldana utilizada para verificar si la superficie era equipotencial o no, el resultado del experimento fue positivo, la superficie era equipotencial, ya que los voltajes que se leyeron en distintos puntos en la roldana, ver cuadro I, ubicada en el centro de la hoja de papel conductor eran similares, atribuyendo la diferencia al error humano. Al analizar la teoría con el resultado del experimento, se puede decir que la práctica fue exitosa, ya que las gráficas teóricas son similares a las obtenidas en el laboratorio.

Figura 5: Placa-Carga

VI.

Figura 6: Carga-Carga

No. Voltaje (V) 1 2.5 ±0.05 2 2.6 ±0.05 3 2.6 ±0.05 4 2.5 ±0.05 5 2.6 ±0.05 6 2.5 ±0.05

CONCLUSIONES

1. Se comprobó el comportamiento de las superficies equipotenciales experimentales y teóricas de dos placas.

2. Se comprobó el comportamiento de las superficies equipotenciales experimentales y teóricas de dos cargas puntuales

Cuadro I: Voltaje de roldana 3. Se comprobó el comportamiento de las superficies equipotenciales experimentales y teóricas de una placa, una carga puntual y una roldana. V.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

En la práctica No.2 se buscó crear tres superficies equipotenciales. La gráfica obtenida en el experimento de dos placas, que se observa en la figura 4, se obtuvieron líneas casi rectas, concluyendo que las superficies equipotenciales fueron casi estables. En la figura 5 se observan las líneas obtenidas por los voltajes leídos al realizar el experimento de Placa-carga

VII.

ANEXOS

1. Hoja de datos originales

4

Figura 7: Página delantera Figura 8: CPágina trasera

[1] Física Universitaria con Física Moderna, volumen 2, Young -Freedman -Sears – Zemansky, decimosegunda edición.

[2] http://www.física.u/dfmg/teache/archivos/SE quipotenciales(3).pdf ht //www.youtube.com/watch?v = daA89ECzx58