superficies equipotenciales
Superficies Equipotenciales D epartamento de Física, Universidad Militar Nueva Granada esumen R En el presente in
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- lorena ordosgoitia
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Superficies Equipotenciales D epartamento de Física, Universidad Militar Nueva Granada
esumen R En el presente informe se llevó a cabo la práctica titulada superficies equipotenciales , a lo largo del informe se plasmaron algunos conceptos generales referentes al estudio de campos eléctricos y líneas equipotenciales basándonos en la práctica, la cual consistió en recopilación de datos para así graficar las curvas equipotenciales de varias configuraciones de carga eléctrica dentro de una solución conductora (agua) y mediante esta poder bosquejar en qué dirección están las líneas de fuerza, y cuál fue el comportamiento de estas.
1. Introducción Para la física la electrostática es esencial, descartes quien decía que el espacio estaba lleno por un medio invisible llamado éter, creía que un cuerpo cargado provocaba vórtices en el éter los cuales viajaban hacia otros cuerpos y ejercencian fuerzas sobre ellas pero esta idea fue modificada por otros físicos como newton y kant. Hoy en día las diferentes maneras como se estudia el campo eléctrico son muy útiles por las diferentes aplicaciones que tiene en la vida diaria, el objetivo principal de este informe es aprender el comportamiento del campo eléctrico y las líneas equipotenciales en el espacio donde se encuentren y la forma en cómo se distribuyen las cargas.
2. Marco Teórico Potencial Electrico: Es el trabajo que debe realizar un campo electrostático para mover una carga positiva que desde dicho punto hasta el punto de referencia, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga positiva unitaria q desde el punto de referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica a velocidad constante.
Superficie Equipotencial: 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).[1]
L íneas Equipotenciales: Las líneas equipotenciales son como las líneas de contorno de un mapa que tuviera trazada las líneas de igual altitud. En este caso la altitud es el potencial eléctrico o voltaje. Las líneas equipotenciales son siempre perpendiculares al campo eléctrico. En tres dimensiones estas líneas forman superficies equipotenciales. El movimiento a lo largo de una superficie equipotencial, no realiza trabajo, porque
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ese movimiento es siempre perpendicular al campo eléctrico.).[2]
Las propiedades de las superficies equipotenciales se pueden resumir en : ·
-
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. Esférica:
-
Plana:
· Variación de la energía potencial de una partícula cargada al desplazarse sobre una superficie equipotencial:
·
Recordando la ecuación del trabajo, se sabe que cuando una carga se mueve sobre una superficie equipotencial la fuerza electrostática no realiza trabajo, puesto que ΔV es nula. Por otra parte para que el trabajo realizado por una fuerza sea nulo, esta debe ser perpendicular al desplazamiento, por lo que el campo eléctrico (paralelo a la fuerza) es siempre perpendicular a las superficies equipotenciales.
En el campo (a) se observa que el desplazamiento sobre la superficie equipotencial desde el punto A hasta el B el campo eléctrico es perpendicular al desplazamiento. las superficies equipotenciales para distribuciones cargadas :
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dirección y sentido del campo eléctrico con base en los diagramas de las superficies equipotenciales:
-Fuente de voltaje DC
Líneas equipotenciales y líneas de campo eléctrico para (a) planas paralelas y (b) dos cargas puntuales de signo contrario. Las líneas en (a) van desde la carga positiva a la negativa, debido a la atracción magnética entre protones y electrones.[3] - Cables de conexiones
Sonda Determinación del campo eléctrico con base en la función potencial eléctrico: Si se conoce la función potencial en un punto, la manera de encontrar las componentes del campo eléctrico es utilizando el operador gradiente. E=-(grd)V E = - [(∂V/∂x)i + (∂V/∂y)j + (∂V/∂z)k]
Arreglo experimental MATERIALES:
-Voltímetro
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5. Resultados y análisis - bandeja de plástico
-Circular-circular: 2V X
-8.8
-9.5
-8.8
-9.6
-10.8
y
2
4
-2
-4
6
X
-1.9
-1.8
-2
-1.9
-2.4
y
0
-2
-4
2
4
X
6.4
6.5
6.7
6.4
6.7
y
0
2
4
-2
-4
3V
- Electrodos de diversas geometrías 4V
Gráfica en excel
- Papel milimetrado
4. P rocedimiento
Se analizó que las líneas equipotenciales toman la forma del borde del electrodo en este caso circular lo que quiere decir que es paralelo a la superficie del electrodo pero perpendicular al campo eléctrico, en este caso ambos electrodos son circulares lo cual se evidencia con las líneas equipotenciales formando círculos alrededor de los electrodos además la línea vertical equipotencial que se forma
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en -2 indica que el campo eléctrico está en el eje x.
y
0
-2
-4
2
4
X
8.7
8.6
9
8.6
8.3
y
0
-2
-4
2
4
-Circular-Plano: 4V
2V X
-8.4
-8.5
-9.2
-8.5
-9.3
Y
0
-2
-4
2
4
Gráfica en excel:
3V X
-1.2
-1.4
-1.5
-1.1
-1.4
En este experimento se analizó que las líneas equipotenciales e igualmente las líneas del campo eléctrico varían según la forma de los electrodos debido a que las líneas equipotenciales son paralelas a la forma del electrodo en este experimento se evidencia que las líneas cerca al electrodo plano son líneas rectas en
cambio en el electrodo circular son líneas circulares. -Plano- plano: 2V X
-7.1
-7
-7.3
-7.4
-7.2
Y
0
2
4
-2
-4
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3V
X
-1.20
-1.30
-1
-1.4
-1.1
Y
0
2
4
-2
-4
X
5.4
5.7
5.5
5.7
5.3
y
0
2
4
-2
-4
Gráfica en excel:
4V
En este experimento se obtuvieron líneas rectas verticales lo que muestra que las líneas del campo eléctrico son uniformes utilizando dos electrodos planos se llegó a esta conclusión debido a que como plantea la teoría las líneas de campo eléctrico son perpendiculares a las líneas equipotenciales. Igualmente se logró ver en todos los experimentos que el potencial eléctrico sobre una línea equipotencial es el mismo, gracias a esto se pudo hallar varios puntos de un mismo voltaje, además se notó la variación de potencial
que había en cada configuración dependiendo este de la posición.
6. Conclusiones -Se logró observar la variación de potencial eléctrico según la forma del electrodo. -Se aprendió a hallar las líneas equipotenciales y su forma gracias a la superficie del electrodo. -Se comprendió que las líneas de campo eléctrico son paralelas a las líneas equipotenciales con lo cual se pudo
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hallar la dirección del campo eléctrico en cada configuración.
7. Referencias [1]Definicon de superficife equipotencial (s.f)Recuperado 02 marzo, 2019 de http://elfisicoloco.blogspot.com/2013/02/ superficies-equipotenciales.html [2] Definicon de lineas equipotenciales (s.f)Recuperado 02 marzo, 2019 de http://fisicaleticia.blogspot.com/2014/06/ lineas-equipotenciales.html [3] FISICA-PARA-TODOS (s.f) Recuperado 02 marzo, 2019 de https://lafisicaparatodos.wikispaces.com /Potencial+Electrico [4] Electrostatica (s.f) Recuperado 02 marzo, 2019 de http://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/c fisica/electro/potencial.html