Líneas de campo eléctrico y superficies equipotenciales

Abstract

In this report there was to show the procedure, the obtained results and the interpretation of these themselves. The topic that we develop in this practice of laboratory was lines equipotentials and electrical field of two punctual loads of opposite signs and after two parallel plates as the previous experiment of opposite signs.

Resumen

En este informe se mostrara el procedimiento, los resultados obtenidos y la interpretación de estos mismos.

El tema que desarrollamos en esta práctica de laboratorio fue líneas equipotenciales y campo eléctrico de dos cargas puntuales de signos opuestos y luego de dos placas paralelas al igual que el anterior experimento de signos opuestos.

MARCO TEÓRICO

Campo eléctrico

El campo eléctrico se divide en dos partes unos es el campo eléctrico escalar como por ejemplo la presión y la temperatura o puede ser vectoriales como por ejemplo la velocidad o una fuerza.

El campo se genera debido que al tener una partícula cargada crea un campo eléctrico en el espacio que la rodea, si se toma un punto en dicho espacio de donde se encuentra la partícula cargada se puede observar que en dicho punto se encuentra sometido a la acción de una fuerza. El campo está definido como la fuerza por unidad de carga.

Hay que afirmar que el campo siempre es constante en un punto fijo, además hay que tener en cuenta que el campo es inversamente proporcional a su radio por lo tanto la intensidad del campo depende de su posición.

Energía potencial eléctrica

Es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva Q desde la referencia hasta un punto ya seleccionado, dividido por unidad de carga de prueba. Esta dada por la siguiente expresión:

Líneas de campo eléctrico: Las líneas de fuerza en un campo eléctrico están trazadas de modo que son, en todos sus puntos, tangentes a la dirección del campo, y su sentido positivo se considera que es el que partiendo de las cargas positivas termina en las negativas. La intensidad de un campo eléctrico creado por varias cargas se obtiene sumando vectorialmente las intensidades de los campos creados por cada carga de forma individual.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Para esta experiencia se utilizo papel conductor en escala de centímetros, con electrodos pintados con tinta conductora y los procedimientos se hacen a través de dipolos. Estos son los pasos para seguir en la experiencia, consta de los siguientes cuatro ítems expuestos a continuación:

Configuración del ordenador:

• Conectamos el interfaz ScienceWorkshop al ordenador, encendimos el interfaz luego el ordenador.
• Conectamos la clavija DIN del sensor de voltaje al Canal Analógico B del interfaz.
• Conectamos la clavija DIN del amplificador de potencia en el Canal Analógico A del interfaz. Enchufamos el cable de alimentación en la parte posterior del Amplificador de Potencia. Conectamos el otro extremo del cable de alimentación a una toma de corriente.
• Iniciamos Data Studio.
• Calibración del sensor y montaje del equipo.

• Tomamos dos cargas puntuales y a una la conectamos al terminal negativo del amplificador y a la otra al terminal positivo, creando así un dipolo eléctrico en el papel conductor.
  

Toma de datos

• Introducimos un valor de 10 voltios DC en la fuente de poder (Power Amplifier).
• Tomamos el terminal positivo del voltímetro y lo desplazamos sobre el papel conductor hasta que el voltímetro registre tres (3) voltios. Indicamos la coordenada obtenida, con la precaución de no apoyarnos con las manos en la hoja conductora.
• Repetimos el procedimiento anterior hasta encontrar sobre la hoja conductora otro punto que también registre tres (3) voltios.
• Identificamos sobre la hoja conductora otros puntos con el mismo potencial indicado en el numeral tres hasta completar un total de 6 puntos.
• Obtenidos todos los puntos anteriores en la hoja auxiliar suministrada, los unimos con una línea continua. (líneas equipotenciales). Y la marcamos con 3 voltios.
• Repetimos los pasos anteriores para potenciales de 5 y 7 voltios.
  
  
  Medida aproximada del campo eléctrico en el interior de la región entre las placas
  
• Seleccionamos el punto central entre los electrodos, colocamos en ese mismo punto las puntas de medición que nos entregaron. Las colocamos de tal manera que una de las puntas de medición quedo fija y la otra se pudiera mover. Variamos la posición de la punta móvil hasta encontrar la mayor diferencia de potencial. Anotamos este resultado.
• Repetimos todo el proceso desde el paso 1 hasta el 7 para el caso de una circunferencia negativa concéntrica con una carga puntual positiva

DATOS OBTENIDOS

A continuación daremos a conocer los datos obtenidos de las dos experiencias realizadas en el laboratorio, que gracias a herramientas interactivas como Data Studio en conjunto con el análisis personal nos obsequio lo siguiente:

Círculos concéntricos: En la gráfica podemos apreciar que la carga de la izquierda es la positiva y a la derecha se encuentra la negativa, esto generan unas lineas equipotenciales de 7V, 5V, 3V (de izquierda a derecha como se aprecia en la figura, son las que se encuentra de arriba hacia abajo) y a su vez generan unas lineas de campo( de izquierda a derecha en la figura).

Placas Paralelas: En el caso de las placas paralelas se ve que las el voltaje de las lineas equipotenciales va decreciendo de la parte inferior a la parte superior , cuyos valores son 7V, 5V y 3V respectivamente, analizando el comportamiento de las lineas de campo vemos que es similar al de las cargas puntuales, pero en el exterior se genera una especie de arco.

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Pregunta 1: En la configuración de placas paralelas ¿en que dirección, con respecto a las líneas equipotenciales, se midió la mayor diferencia de potencial? ¿en que dirección apunta entonces el campo eléctrico?.

R/ En el caso de las placas paralelas se encuentra mayor diferencia de potencial correspondiente a 7V en las líneas cercana a la carga positiva (línea ubicada en la parte inferior de la hoja cartesiana) y menor en las cercanas a las negativas; correspondiente a el comportamiento del campo en este caso va saliendo de la carga positiva a la carga negativa (en un punto que es perpendicular a las líneas equipotenciales).

Pregunta 2: Para ambas configuraciones, dibuje las líneas de campo a partir de las líneas equipotenciales. Describa cualitativamente como están dispuestas estas líneas

R/ En cargas puntuales las líneas equipotenciales muestran unas circunferencias concéntricas alrededor de la carga positiva donde el valor de la circunferencia de radio mas pequeño equivale al mayor voltaje que en este caso es 7V. las líneas de campose ven perpendiculares a las líneas equipotenciales que va desde la carga puntual positiva y llega a la carga puntual negativa.

En el caso de las placas paralelas, la líneas equipotenciales forman una figura semejante, una línea que es paralela a los dipolos, y de igual manera en un punto la dirección del campo es tangente a las líneas equipotenciales en los extremos de esta se generó un arco.

Pregunta 3:¿Cómo esta distribuido el potencial eléctrico en la región entre los círculos concéntricos?.

R/ Las líneas equipotenciales se relacionan con la distribución del potencial eléctrico mientras la medida radial aumente, el potencial eléctrico va decreciendo. En estas circunferencias concéntricas el potencial en todos los puntos es el mismo.

CONCLUSIONES

Después del laboratorio analizando los datos obtenidos se ve que las líneas de campo salen del objeto cargado positivamente al cargado negativamente, además podemos observar que en ningún momento se cruzan entre ellas.

Con respecto a las superficies equipotenciales vemos que son ortogonales a el campo en un punto específico. Se puede apreciar a su vez que el potencial eléctrico varia inversamente proporcional a la distancia, de manera que la diferencia de potencial se mantendrá a lo largo del campo eléctrico (este cambia solo en relación con la distancia respecto a la carga), por lo tanto de un punto cualquiera a otro habrá la misma diferencia de potencial.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Olivos y D. Castro, Física electricidad para estudiantes de ingeniería, 1ra Edición, Ediciones Uninorte (2008).

Paul G. Hewitt, Conceptos de Física, Edición en español, Limusa Noriega Editores (1999).