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SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES INTRODUCCIÓN El multímetro es un instrumento que nos permite medir circuitos eléctricos y específicamente obtener datos como: medidas de corriente y medidas de voltaje. Las superficies equipotenciales se definen como el lugar geométrico de todos aquellos puntos que tienen el mismo potencial eléctrico. En una configuración de cargas eléctricas, existen conjuntos de puntos que están a un mismo potencial. Estos conjuntos de puntos conforman superficies denominadas superficies equipotenciales. La realizada en este laboratorio fue dada entre dos placas de distinta carga.

OBJETIVO GENERAL Determinar las líneas de campo eléctrico y de potencial electrostático producidas por diferentes distribuciones de carga eléctrica.

OBJETIVOS ESPECIFICOS.  Observar experimentalmente la formación de líneas equipotenciales para diversas distribuciones de carga.  Dibujar las líneas de campo eléctrico entre los electrodos y comprobar que ellas son mutuamente ortogonales con las líneas equipotenciales.  Establecer las características generales que poseen las líneas de campo y las líneas equipotenciales para un conjunto de electrodos dados.

MARCO TEÓRICO

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.).

Superficies equipotenciales creadas por una carga puntual positiva (a) y otra negativa (b)

Si recordamos la expresión para el trabajo, es evidente que cuando una carga se mueve sobre una superficie equipotencial la fuerza electrostática no realiza trabajo, puesto que la ΔV es nula. 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:  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. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Se colocaron dos láminas una con carga positiva (a la izquierda) y otra con carga negativa (a la derecha); se conectaron a la fuente según correspondiera (positivo con positivo y negativo con negativo). El voltímetro se conecto con el cable negro a la lámina de carga negativa; y el cable rojo del voltímetro se dejó libre para medir el potencial a una distancia determinada.

Medimos el potencial con el cable rojo del voltímetro, de manera paralela a las láminas

en

diferentes

puntos,

sin

permitir

que

el

potencial

variara

considerablemente en la prolongación vertical de dicho punto; formando así superficies equipotenciales; a su vez tomamos las distancias entre los diferentes puntos para luego graficarlo. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

1. Una con una línea continua el conjunto de puntos correspondientes a cada voltaje, indicando sobre cada línea el valor del potencial correspondiente. ¿Qué puede concluir? RTA: El potencial se mantiene constante en línea casi “paralela” a las láminas, también que el potencial disminuye en cuanto se acerca a la lámina de carga negativa y aumenta a medida que se acerca a la lámina de carga positiva.

2. Sobre el mismo diagrama dibuje las líneas de campo correspondientes a esta configuración ¿Qué puede concluir? RTA: Las líneas de campo eléctrico son perpendiculares a las superficies equipotenciales, también que el campo eléctrico se dirige hacia donde el potencial disminuye.

3. ¿Por qué las líneas de campo no se cortan? Expliquen. RTA: Porque si se cortaran habría dos valores diferentes del campo eléctrico en el mismo punto del espacio y una carga colocada en ese punto soportaría al mismo tiempo dos fuerzas diferentes. E debe tener una dirección única en todos los puntos.

4. ¿Qué relación geométrica hay entre una línea equipotencial y una línea de campo eléctrico en los puntos en que ambas líneas se cruzan? RTA: El campo eléctrico siempre es perpendicular a las superficies equipotenciales. En particular, el campo eléctrico es perpendicular a cualquier línea equipotencial. El campo eléctrico señala el máximo decrecimiento del potencial.

Tabla 1. Placas Paralelas.

Voltaje 4V 6V 8V

N° 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Distancia en X (cm) 19 19 19 14 14 14 10 10 10

Distancia en Y (cm) 5,2 11,2 15 2 15 23 6 12 16

N° 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Distancia en X (cm) 16 16 16 9 9 9 4 4 4

Distancia en Y (cm) 9 14 20 3 11 23 4,2 13 21

N° 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Distancia en X (cm) 9 12 8 11 13 10 3 15 12

Distancia en Y (cm) 7 9 15 15 16 21 10 13 19

Tabla 2. Placa y Carga. Voltaje 4V 6V 8V

Tabla 2. Carga y Carga. Voltaje 5V 7V 9V

GRAFICA DE DATOS

Placas Paralelas 25 20 15

Distancia en y (cm) 10 5 0

8

10

12

14

16

18

20

Distancia en x (cm) 4V

6V

8V

Placa y Carga 25 20 15

Distancia en y (cm) 10 5 0

2

4

6

8

10

12

Distancia en x (cm) 4V

6V

8V

14

16

18

Carga y Carga 25 20 15

Distancia en y (cm) 10 5 0

2

4

6

8

10

12

14

16

Distancia en X (cm) 5V

7V

9V

CONCLUSIONES  Las líneas equipotenciales entre dos láminas paralelas cargadas (una positivamente y otra negativamente), es paralela a las láminas.  Las líneas equipotenciales efectivamente forman un ángulo de 90° con las líneas de campo eléctrico.  Las líneas de campo eléctrico se dirigen hacia donde el potencial disminuye.

BIBLIOGRAFÍA  http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/electro/pote ncial.html