i1. Estudio de Superficies Equipotenciales y Su Relación Con El Campo Eléctricopdf

Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro

I1. ESTUDIO DE SUPERFICIES EQUIPOTENC EQUIPOTENCIA IAL L ES Y SU RELACIÓN RELA CIÓN CON CON EL CAMPO CA MPO ELÉCTRICO* ELÉCTRICO*

María José Aguilar Díaz - Código 2160720

 Geología

 –

 Andrés Mauricio Mauricio Bermúdez Bermúdez - Código Código 2160697 2160697 - Geología Geología  Andrés Felipe Felipe Rosas - Código 2161708 2161708 - Geología Geología '' Las matemáticas son el lenguaje en que Dios ha escrito el universo'' -Galileo Galilei

Resumen: En este reporte de investigación se quiere analizar el estudio de superficies equipotenciales y su relación con el campo eléctrico. La practica consistió en examinar el potencial producido por una distribución, ubicando el punto cero en el sistema de coordenadas y luego los puntos equipotenciales equipoten ciales y sus respectivas líneas para observar la forma que tiene el campo eléctrico. Se logra evidenciar, que a medida que los puntos tomados se encuentran más alejados del electrodo el voltaje disminuye, y de la misma forma al estar más cercanos aumenta.

Introducción: Las superficies equipotenciales son las formas geométricas que se forman a partir de una partícula cargada, y están conformadas por puntos de campo en los cuales el potencial de campo no varía. Una de las características de las líneas equipotenciales es que son perpendiculares a las líneas de campo eléctrico. Estas figuras geométricas varías de acuerdo a la forma de la partícula, por ejemplo para el caso de una esfera las líneas equipotenciales serán entonces esferas también, *Reporte de investigación del subgrupo #X, grupo B2A, presentado a la profesor Freddy Parada Becerra en la asignatura de Laboratorio de Física Física II. Fecha: 24 de abril de 2017.

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que a medida que se alejan de su centro de carga su potencial de campo va a disminuir uniformemente dentro de la línea equipotencial hasta hacerse cero o encontrarse con otra superficie equipotencial de otro cuerpo (Sears, 2009), Este documento cuenta con 6 componentes fundamentales que son: Un breve resumen donde se describe las acciones realizadas en la práctica, la introducción donde se establece los conceptos a trabajar en la práctica, la metodología que se aplico durante la experiencia, tratamiento de datos, análisis, conclusiones y referencias.

Metodología: 1. Identificación de las Variables

2. Reconocimiento de los equipos

3. Realización del experimento

4. Analisis de Datos

5. Conclusiones Figura 1. Metodología laboratorio de fuerzas concurrentes. 1. Identific ación de las Variables: Para poder determinar el campo eléctrico es necesario identificar el eje de referencias, para esto se utiliza una hoja milimetrada, sobre ella se pone el recipiente de vidrio con agua hasta que llegue a 0,5cm de altura. Luego se ponen 2 electrodos cada uno a un lado del eje de referencias a la misma distancia.

*Reporte de investigación del subgrupo #X, grupo B2A, presentado a la profesor Freddy Parada Becerra en la asignatura de Laboratorio de Física II. Fecha: 24 de abril de 2017.

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2. Reconoci miento de los equipos: Para poder llevar a cabo el experimento, se utilizaron varios instrumentos del laboratorio: Electrodos, fuente, multímetro, punta fija, recipiente de vidrio, hoja milimetrada, punta exploradora. una mesa circular graduada, un nivel, 4 poleas circulares, hilo, un anillo colocado en el centro de la mesa amarrado con al hilo a diferentes masa que varían desde los 5 gramos hasta los 100 gramos y una balanza manual para la medición de las mismas. Posteriormente del punto anterior se conectara las puntas al multímetro, la negativa al negativo y la positiva a la punta móvil.

3. Realización del experimento: Se enciende el multímetro para determinar el campo eléctrico con la ayuda de la ecuación

donde

representa la diferencia de potencial y

representa la longitud

existente entre los puntos. Se determinan diferentes puntos y realizamos diferentes mediciones con la ayuda de la punta exploradora para luego graficar los puntos con coordenadas y de igual potencial (equipotencial) mediante una curva, posteriormente medimos los potenciales de tres puntos muy cercanos entre sí, y los ubicamos sobre el eje de simetría de los electrodos. Se realizan los mismos pasos anteriores pero cambiado la geometría de los electrodos, de igual manera se determina la superficie equipotencial y se apaga la fuente al terminar el proceso.

4. Análisis de datos: Con los datos obtenidos, se llenan las tablas para su posterior análisis.

5. Conclusiones: Posteriormente del análisis de datos se procede a concluir sobre el laboratorio.

*Reporte de investigación del subgrupo #X, grupo B2A, presentado a la profesor Freddy Parada Becerra en la asignatura de Laboratorio de Física II. Fecha: 24 de abril de 2017.

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TRATAMIENTO DE DATOS.  A continuación se presentan las tablas de la recolección de datos y sus respectivos diagramas

COORDENADAS

Electrodo P1

V X

P2 Y

-0,7

-7,5

0,8

4,5

-0,2

-2,5

1,7

10

P3

X

P4

Y

X

Y

X

-1,5

-6

3,5

-7,5

0

4

2,5

4,5

-2,5 -3

-4,5

-3

-6,5

-3

-5

-1,5

9

2,5

9,5

-6,5 -6 -5,5

4

9

P5 Y

X

Y

7,5 -6,5 4,5

5,5

6

4,5 -3,5 3,5

7

11

9,5

Tabla 1. Electrodo Disco-Disco

Electrodo V

1,0 2,0 -1.3 0,2

P1 X 4,5 9,5 -9 0

COORDENADAS P3

P2 Y -3

X 4,5

Y 2,5

0

9,5

-1,5 -8,5

X

P4

P5 X

4,5

Y 8

X 4,5

Y -8,5

4,5

Y -9,5

1

9,5

2,5

9,5

-2

9,5

1,5

-9

2

-9

4,5

-9

-4,5

-9

-5,5

0

-6,5

0

1

0

2

0

7

Tabla 2. Electrodo Barra-Barra

COORDENADAS

Electrodo P1

V

0,8 0,9 0,2

P2

P3

P4

P5

X

Y

X

Y

X

Y

X

Y

X

Y

5

2

5

-1

5

6,5

5

5

5

-8

-9

-6

-8

3,5

-7,5

0

-8

2,5

-10

4,5

0,5

-6

1

-1,5

0,5

5,5

0,5

3,5

0,5

--5

*Reporte de investigación del subgrupo #X, grupo B2A, presentado a la profesor Freddy Parada Becerra en la asignatura de Laboratorio de Física II. Fecha: 24 de abril de 2017.

Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro 0,3

-4

-8,5

-3,5

0

-4

5,5

-4,5

7

-3

-4

Tabla 3. Disco-Barra

DIAGRAMAS

Figura 2. Electrodo Disco-Disco

Figura 3. Electrodo Barra-Barra

*Reporte de investigación del subgrupo #X, grupo B2A, presentado a la profesor Freddy Parada Becerra en la asignatura de Laboratorio de Física II. Fecha: 24 de abril de 2017.

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Figura 4. Electrodo Disco-Barra  ANALISIS DE RESULTADOS En esta experiencia se logró estudiar las superficies equipotenciales y su relación con el campo eléctrico, también se pudo verificar experimentalmente algunas de las predicciones de los modelos teóricos. Como ya sabemos las superficies equipotenciales son aquellas en las que el potencial toma un valor constante, por lo tanto, el campo eléctrico es siempre perpendicular a las superficies equipotenciales y se dirigen de potenciales mayores a potenciales menores. Lo anterior es de gran importancia al momento de hacer la práctica, se puede ser un poco más preciso con la punta exploradora. En las figuras 2,3 y 4, se construyen las línea equipotenciales para cada uno de los montajes, donde es evidente la dependencia entre la distribución espacial de la carga y la geometría de los electrodos lo cual era uno de los objetivos específicos; para la figura 3 que corresponde al primer montaje( dos barras) se puede observar que las líneas equipotenciales son rectas y paralelas entre sí, que concuerda con la

*Reporte de investigación del subgrupo #X, grupo B2A, presentado a la profesor Freddy Parada Becerra en la asignatura de Laboratorio de Física II. Fecha: 24 de abril de 2017.

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geometría de las barras; también podemos decir que las líneas de campo salen de todo objeto cargado positivamente y para el caso de objetos cargados negativamente las líneas de campo van entrando sobre el objeto. Por otro caso la interacción de potencial eléctrico se mantendrá a lo largo del campo eléctrico (cambia solo en relación con la distancia respecto a la carga), razón por la cual en un punto cualquiera a otro habrá la misma diferencia de potencial aleatoriamente a una distancia igual al par anterior, lo que hace que las líneas equipotenciales están igualmente distribuidas las una de las otras; en la figura 4, es mucho más notorio ya que en este montaje se emplea una placa y un disco, que tienen diferentes geometrías. Como se observa en la figura 2 que corresponde a dos discos no todos los valores están sobre cada una de las curvas compensadas, pero se debe tener en cuenta los diferentes factores experimentales o personales que pueden influir en los datos obtenidos, disminuyendo así la exactitud a la hora de graficar las líneas equipotenciales.

CONCLUSIONES •

Se logran aclarar conceptos vistos en clase acerca de las líneas de campo y cómo se puede hallar el campo eléctrico utilizando las superficies equipotenciales.

•

El campo eléctrico que se conserva en todos los casos donde se varía la geometría de los electrodos ya que el potencial de campo en los electrodos no varía, y este cambia solo en relación con la distancia respecto a la carga. Este también es perpendicular a las líneas equipotenciales en cada punto de la superficie equipotencial. Su dirección será tangencial a cada línea de campo

•

Cuando nos encontramos alrededor de la zona del electrodo negativo las zonas equipotenciales tienen bajo voltaje y a medida que nos desplazamos

*Reporte de investigación del subgrupo #X, grupo B2A, presentado a la profesor Freddy Parada Becerra en la asignatura de Laboratorio de Física II. Fecha: 24 de abril de 2017.

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al electrodo positivo se empieza a aumentar el voltaje, al punto que puede casi llegar a ser el voltaje de la fuente. •

Las líneas equipotenciales tienden a tener forma similar a la geometría de los electrodos, se pudo ver que las líneas en electrodo en forma de barra son paralelas al electrodo, mientras que en los electrodos en forma de círculo tienden a ser concéntricas.

•

La forma y la distribución de la carga en los electrodos son los que nos dan la forma, magnitud y dirección del campo eléctrico y sabiendo esto se darán las líneas equipotenciales.

 ANEXOS Fotogr afías Montajes

*Reporte de investigación del subgrupo #X, grupo B2A, presentado a la profesor Freddy Parada Becerra en la asignatura de Laboratorio de Física II. Fecha: 24 de abril de 2017.

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*Reporte de investigación del subgrupo #X, grupo B2A, presentado a la profesor Freddy Parada Becerra en la asignatura de Laboratorio de Física II. Fecha: 24 de abril de 2017.

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Fotografía tabla de datos

*Reporte de investigación del subgrupo #X, grupo B2A, presentado a la profesor Freddy Parada Becerra en la asignatura de Laboratorio de Física II. Fecha: 24 de abril de 2017.