Informe Laboratorio Física Eléctrica

Informe Laboratorio Física Eléctrica Electrostática - Superficies o líneas equipotenciales

Pedro Cabeza Stepfanie Serrano Stepfanie Moscote Manuel Cassiani Estudiantes

Enrique Cantillo Dager Docente

Tecnología en sistemas de Información IV semestre Fundación Universitaria Tecnológico Comfenalco

Cartagena, abril de 2011

Informe Laboratorio Física Eléctrica Electrostática - Superficies o líneas equipotenciales

Introducción Todo objeto que se encuentre cargado eléctricamente, genera un campo eléctrico alrededor de él, este últimoestá asociado a cierta región del espacio en donde se sienten los efectos de los objetos cargados. William Gilbert hizo alrededor del año 1600 uno de los primeros intentos para explicar como un cuerpo cargado podía alcanzar y afectar a otro y afirmo que ´un cuerpo electrificado desprendía vapores o efluvios cuando se frotaba y en consecuencia, producía una atmosfera alrededor de él. Al regresar los efluvios al cuerpo productor, la corriente arrastraba los objetos ligerosµ, todos los objetos cargados generan un campo eléctrico alrededor de ellos el cual podemos visualizar mediante líneas imaginarias que nos indican la intensidad del campo eléctrico en el espacio que rodea al objeto cargado, estas líneas son las que en física se conocen como Líneas equipotenciales. Objetivos Localizar, en un campo eléctrico bidimensional, líneas que tienen un mismo potencial (voltaje). Trazar líneas equipotenciales en un campo eléctrico generado por doselectrodos constituidos por dos líneas paralelas o placas paralelas. Medir el campo eléctrico en los puntosen la región entre las dos placasparalelas haciendo uso de las líneas equipotenciales. Marco Teórico Campo eléctrico Las cargas eléctricas no necesitan de algún tipo de material para poder ejercer su influencia sobre otras, es por eso que las fuerzas eléctricas son consideradas como fuerzas de acción a distancia, a esta fuerza de acción a distancia recibe el nombre de campo y cuando este campo de fuerzas es aquella región del espacio donde se dejan sentir los efectos de fuerzas a distancia. De este modo el campo eléctrico es aquella región del espacio en donde deja sentir sus efectos producidos por una carga, es decir, si en un punto cualquiera del espacio en donde está definido un campo eléctrico se coloca una carga de prueba, se observara la aparición de fuerzas eléctricas, es decir, fuerzas de atracción o repulsión Campo eléctrico uniforme Un campo eléctrico es uniforme cuando el módulo de dirección y sentido es constante. Cuando esto ocurre, las líneas de campo son rectas paralelas y las

V1

superficies equipotenciales son superficies paralelas entre si y perpendiculares a las líneas de campo como se muestra en el siguiente gráfico: v2 v3

Donde las superficies equipotenciales son V1, V2, V3 y las líneas de campo son las flechas perpendiculares a las superficies. Potencial eléctrico y diferencia de potencial El potencial eléctrico esta dado cuando el campo eléctrico es conservativo porque el trabajo realizado por las fuerzas del campo cuando una carga se traslada de un punto a otro, no depende del camino. El potencial eléctrico en un punto dado, se puede definir como el trabajo que realizan las fuerzas del campo eléctrico cuando la unidad de carga se traslada desde ese punto hasta el infinito. La diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un campo, representa el trabajo requerido para mover una unidad positiva de carga, desde un punto al otro contra la dirección del campo, fuerza o el trabajo realizado por la unidad de carga, que se mueve desde un punto al otro en la dirección de campo. Las cargas positivas se mueven de un punto potencial mayor a un punto de potencial menor. Líneas de campo Las líneas de campo eléctrico son una cantidad vectorial e indican las trayectorias que seguirían las partículas positivas si se las abandonase libremente a la influencia de las fuerzas de campo, por ejemplo, una carga puntual positiva dará lugar a un mapa de líneas radiales, puesto que las fuerzas eléctricas actúan siempre en la dirección de la línea que las une a las cargas interactuantes, dirigidas hacia fuera debido a que las cargas móviles positivas se desplazarían en ese sentido, en pocas palabras serian fuerzas repulsivas. En el caso en que hubiese una carga puntual negativa en el mapa de líneas de fuerza, este sería análogo al caso anterior pero las líneas de campo esta vez van dirigidas de la carga positiva a la carga central o negativa Líneas equipotenciales

Las líneas equipotenciales son intersecciones (perpendiculares) de las superficies equipotenciales con el plano del dibujo. Una superficie equipotencial es el lugar geométrico de un campo escalar donde el potencial de campo o valor numérico de la función que representa el campo, es constante, es decir, que son aquellas en las que todos sus puntos tienen el mismo potencial. Las líneas potenciales no pueden cortarse entre sí, por tanto, las líneas de campo eléctrico tampoco. Además no tienen ninguna dirección definida, es decir, que una carga de prueba situada sobre una línea equipotencial, esta no tiende a seguirla, sino a avanzar hacia otras de menor potencial. Al contrario de las líneas de campo, las líneas equipotenciales son siempre continuas. No tienen ni principio ni final Materiales Cubetas de ondas Fuente de poder Voltímetro Conductores Papel milimetrado Electrodos Agua Montaje

Procedimientos Con el montaje ya realizado se procedió primero a elegir voltajes que fueran menores al voltaje de la fuente de poder, que para este caso fueron 10v, 8v, 6v y 4v. Con la punta conductora, se localizaron en la cubeta de onda 3 puntos, con abscisas positivas, 3 con abscisas negativas y uno con la abscisa cero, que tuvieranestos voltajesy se hizo la toma de datos en la siguiente tabla: V= 4v V= 6v V= 8v V= 10v X cm Y cm Y cm Y cm Y cm 7 11 19 25,6 10,9 18,8 25 29,1 5 10,8 18,7 24,6 28 3 0 10,5 18,5 24,3 27,6 -3 10,7 18,5 24,4 27,8 -5 10,65 18,4 24,7 28,5 -7 10,7 18,5 25,15

Con estos datos ya consignados en la tabla se pudo hacer un gráfico que representara las líneas de voltaje para cada uno de los cuatro medidos como se ve a continuación: 35

30

25

4v

20

6v 15

8v 10v

10

5

0 -7

-5

-3

0

3

5

7

Conclusiones Por medio de cada uno de los experimentos desarrollados hemos sido capaces de comprender de una forma aún más clara la dinámica de las líneas equipotenciales y del campo en sí, gracias a la experimentación conocemos claramente cuál es el sentido de cada una de las leyes y definiciones referentes a los temas en específico y logramos sacar conclusiones básicas conforme al análisis de los datos obtenidos como son: Las líneas equipotenciales se ubican en regiones alrededor de la fuente, es decir forman arcos concéntricos en la fuente. La razón por la que esto sucede es porque la fuente funciona como una carga puntual, donde el campo es radial a la carga, luego el campo es uniforme a un radio de la esfera. Las líneas de campo sonperpendiculares a las líneas equipotenciales, por consiguiente, el campo eléctrico es perpendicular a las líneas equipotenciales y también determinamos que la mayor diferencia de potencial se midió hacia la placa negativa. A medida que nos acercamos a la placa cargada positivamente las diferencias de potencial son mayores. Cuando hay líneas equipotenciales

paralelas producidas por campos, la dirección del campo eléctrico es perpendicular a estas. La igualdad de separación que hay entre cada línea equipotencial quiere decir que entre una línea y la otra, la diferencia de potencial es la misma, por tanto las líneas equipotenciales tienen una separación uniforme y nunca se interceptaran entre ellas, de lo que se puede inferir que el campo eléctrico es constante. La separación de estas líneas, indican la intensidad del campo eléctrico, entonces, entre menor sea la separación, el módulo de campo es mayor. Se pudo constatar y demostrar que el campo eléctrico de un cuerpo es aquella región del espacio en donde deja sentir sus efectos producidos por una carga y que las líneas equipotenciales no pueden cortarse entre sí, por tanto, las líneas de campo eléctrico tampoco, además no tienen ninguna dirección definida, es decir, que una carga de prueba situada sobre una línea equipotencial, esta no tiende a seguirla, sino a avanzar hacia otras de menor potencial.