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Infome 2 Lineas Equipotenciales Y Campo Electrico
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Infome 2 Lineas Equipotenciales Y Campo Electrico

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  • 1. Departamento de física Universidad del Norte Barranquilla -Colombia EXPERIENCIA NO 2. LÍNEAS EQUIPOTENCIALES Y CAMPO ELÉCTRICO Johana Held Andrea Martínez Martinezheld1807@gmail.com SEPTIEMBRE 8 DE 2009 ABSTRACT In this experience We will identify and analyze the generated electric field lines around two electrodes and between two charged plates, by drawing equipotential lines in which the potential field in each line is constant. Keywords: electric field, electric field lines, equipotential lines, potential. RESUMEN En esta experiencia determinaremos y analizaremos las líneas de campo eléctrico generadas alrededor de dos electrodos y entre dos placas cargadas, mediante el trazo de las líneas equipotenciales en las cuales el potencial de campo en cada línea es constante. Palabras clave: campo eléctrico, líneas de campo eléctrico, líneas equipotenciales, potencial. INTRODUCCION Todo objeto que se encuentre cargado eléctricamente, genera un campo eléctrico alrededor de el, este ultimo esta asociado a cierta región del espacio en donde se “sienten los efectos de los objetos cargados”. William Gilbert hizo en 1600 uno de los primeros intentos para explicar como un cuerpo cargado podía “alcanzar” y afectar a otro. Afirmaba que “…un cuerpo electrificado desprendía vapores o efluvios cuando se frotaba y en consecuencia, producía una atmosfera alrededor de el. Al regresar los efluvios al cuerpo productor, la corriente arrastraba los objetos ligeros…” [1] 1 Johana Held Andrea Martínez 1807
  • 2. Departamento de física Universidad del Norte Barranquilla -Colombia Así, 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. (Líneas equipotenciales). OBJETIVOS General: Analizar las líneas de campo eléctrico en una región perturbada por dos electrodos, obtenidas a partir del trazo de las líneas equipotenciales. Específicos: 1. Trazar líneas equipotenciales en un campo eléctrico generado por dos electrodos constituidos por dos líneas paralelas (placas paralelas). 2. Medir el campo eléctrico en el punto medio de la región entre las dos placas paralelas haciendo uso de las líneas equipotenciales. 3. Trazar líneas equipotenciales y de campo en una región de un campo eléctrico constituido por dos círculos concéntricos. MARCO TEORICO CAMPO ELECTRICO El campo eléctrico, en física, es un ente físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica . Matemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de Una fuerza mecánica dada por la siguiente ecuación: El campo eléctrico en un punto del espacio depende, esencialmente, de la distribución espacial de las cargas eléctricas y de la distancia de éstas al punto donde se desea conocer el campo. El vector campo eléctrico E en un punto dado del espacio se define en términos de la fuerza eléctrica F que la distribución de cargas ejerce sobre la carga de prueba positiva q colocada en ese punto. Operacionalmente: 2 Johana Held Andrea Martínez 1807
  • 3. Departamento de física Universidad del Norte Barranquilla -Colombia Su dirección y sentido corresponde con la de la fuerza F. Una descripción gráfica y cualitativa del campo eléctrico puede darse en términos de las líneas de campo, definidas como aquellas curvas para las cuales el vector campo eléctrico es Tangente a ella en todos sus puntos. Estas líneas de campo están dirigidas Radialmente hacia afuera, prolongándose al infinito, para una carga puntual positiva; y están dirigidas Radialmente Hacia la carga si ésta es negativa. Propiedades de las líneas de campo [2]: 1. la dirección del campo en un punto es la dirección de la tangente a la línea de campo 2. las líneas de campo comienzan en las cargas positivas y terminan en las negativas o en el infinito. 3. las líneas se dibujan simétricamente saliendo o entrando en la carga 4. el número de líneas que abandonan la carga positiva o entran en una carga negativa es proporcional a la magnitud de carga. 5. la densidad de las líneas en un punto es proporcional al valor del campo en dicho punto. 6. a grandes distancias de un sistema de cargas, las líneas de campo están igualmente espaciadas y son radiales, como si procediesen de una sola carga puntual igual a la carga neta del sistema. 7. las líneas de campo nunca se cruzan. DIPOLO ELECTRICO [3]: Es una configuración de dos cargas eléctricas puntuales iguales y opuestas muy próximas una a otra. La carga total del dipolo es cero, a pesar de lo cual genera un campo eléctrico. La intensidad de ese campo está determinada por el momento dipolar, que viene dado por el producto del valor de las cargas por la distancia entre ambas. Los momentos dipolares pueden ser generados o “inducidos” por la influencia de campos externos, y emitir ondas electromagnéticas (radiación del dipolo) si el campo externo varía en el tiempo. 3 Johana Held Andrea Martínez 1807
  • 4. Departamento de física Universidad del Norte Barranquilla -Colombia POTENCIAL ELECTRICO [4]: El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva q desde la referencia hasta ese punto, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica, dividido por esa carga. Matemáticamente se expresa por: Considérese una carga de prueba positiva, la cual se puede utilizar para hacer el mapa de un campo eléctrico. Para tal carga de prueba localizada a una distancia r de una carga q, la energía potencial electrostática mutua es: De manera equivalente, el potencial eléctrico es = Ahora considérese una carga de prueba positiva en presencia de un campo eléctrico y que se traslada desde el punto A al punto B conservándose siempre en equilibrio. Si se mide el trabajo que debe hacer el agente que mueve la carga, la diferencia de potencial eléctrico se define como: El trabajo puede ser positivo, negativo o nulo. En estos casos el potencial eléctrico en B será respectivamente mayor, menor o igual que el potencial eléctrico en A. La unidad en el SI para la diferencia de potencial que se deduce de la ecuación anterior es Joule/Coulomb y se representa mediante una nueva unidad, el voltio, esto es: 1 voltio = 1 joule/coulomb. LINEAS EQUIPOTENCIALES 4 Johana Held Andrea Martínez 1807
  • 5. Departamento de física Universidad del Norte Barranquilla -Colombia Una superficie equipotencial es el lugar geométrico de los puntos de un campo escalar en los cuales el "potencial de campo" o valor numérico de la función que representa el campo, es constante. Las superficies equipotenciales pueden calcularse empleando la ecuación de Poisson. Por su parte las líneas equipotenciales son la intersección de las superficies equipotenciales en un campo, sobre estas líneas el potencial del campo es el mismo y las hallamos mediante ensayos de laboratorio. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL En esta experiencia utilizaremos un papel conductivo para hallar las líneas equipotenciales de campo. Esta experiencia se realizara en dos partes, en la primera aanalizaremos las líneas de campo eléctrico en una región perturbada por dos electrodos para ello fijamos el electrodo negativo al terminal negativo de la fuente y lo tomamos como referencia para determinar el potencial en cualquier otro punto, además de esto tomamos el terminal positivo y lo conectamos al voltímetro para medir con este el potencial en cualquier punto. En nuestro papel conductivo, fijamos los electrodos cargados uno positivo y el otro negativo, tomamos el terminal positivo del voltímetro y lo desplazamos sobre el papel hasta que este último registre tres voltios, cuando nos encontremos aquí, determinamos la coordenada de ese punto y la marcamos en nuestro registro. Repetimos este procedimiento hasta encontrar sobre la hoja conductora otros puntos que también registren tres (3) voltios hasta obtener suficientes para trazar las líneas equipotenciales. En segunda estancia, realizamos el mismo procedimiento anterior para 56 voltios y 7 voltios procurando que los puntos encontrados no queden muy unidos para obtener una distribución adecuada. 5 Johana Held Andrea Martínez 1807
  • 6. Departamento de física Universidad del Norte Barranquilla -Colombia En la segunda parte de la experiencia unimos con una punta de medición los terminales positivos y negativos del voltímetro y empezamos nuestra toma de datos cerca de los electrodos colocándolas de tal manera que una de las puntas de medición queden fijas y con la otra giramos levemente y observamos el voltímetro el mayor registro de potencial, anotamos este resultado y posteriormente fijamos nuestro extremo fijo en el extremo donde encontramos el mayor registro de potencial y nuevamente giramos levemente hasta encontrar el mayor registro de potencial, este procedimiento lo seguimos hasta determinar toda la líneas de campo eléctrico. DATOS OBTENIDOS Ensayo 1: dos cargas puntuales En esta primera parte de la experiencia obtuvimos las medidas de tres líneas equipotenciales de 3 voltios (amarilla), 5 voltios (verde) y 7 voltios (azul); también determinamos las líneas de campo (rojo) las cuales se muestran en la siguiente grafica (grafica 1): 6 Johana Held Andrea Martínez 1807
  • 7. Departamento de física Universidad del Norte Barranquilla -Colombia Grafica 1: líneas equipotenciales y de campo para dos cargas puntuales opuestas En la segunda parte de la experiencia, nuevamente determinamos las líneas de campo (rojo) y las líneas equipotenciales para 5 voltios (verde), 7 voltios (azul) y 3 voltios (amarillo) entre dos placas paralelas los cuales se observan en la grafica 2: Placa naranja (cargada negativamente) Placa violeta (cargada positivamente) Grafica 2: líneas equipotenciales y de campo para dos placas paralelas con cargas opuestas 7 Johana Held Andrea Martínez 1807
  • 8. Departamento de física Universidad del Norte Barranquilla -Colombia ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS De la grafica 1 podemos observar que el campo eléctrico entre las cargas puntuales va de una carga a otra y el potencial es mayor cerca de la carga puntual positiva. En la segunda grafica observamos que el campo es uniforme en el centro de las placas y a los extremos se torna curvo; mientras que el potencial es mayor cerca de la placa positiva, caso similar a las cargas puntuales. 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/= las diferencias de potencial son mayores a medida que nos acercamos a la placa positiva, en esta experiencia la carga de 7 voltios es la que se encuentra mas lejos de la placa negativa. La dirección del campo eléctrico es perpendicular, cuando hay líneas equipotenciales paralelas producidas por campos Pregunta 2: Para ambas configuraciones, dibuje las líneas de campo a partir de las líneas equipotenciales. Describa cualitativamente como están dispuestas estas líneas R/= cuando son 2 cargas puntuales las líneas de campo adquieren una forma de parábolas y cuando hay dos placas las líneas de campo permanecen sobre el eje Y Pregunta 3: ¿Cómo esta distribuido el potencial eléctrico en la región entre los círculos concéntricos? R/= el potencial es el mismo en todos los puntos que tiene el mismo radio 8 Johana Held Andrea Martínez 1807
  • 9. Departamento de física Universidad del Norte Barranquilla -Colombia CONCLUSIONES De este laboratorio podemos verificar las propiedades de las líneas de campo que estas salen de cargas positivas y luego a las negativas, que además nunca se cruzan y que las líneas equipotenciales son perpendiculares a las líneas de campo, que la dirección del campo es tangente a la línea de campo. Las líneas equipotenciales son las unión de hay puntos de igual diferencia de potencial eléctrico. Las líneas equipotenciales y las líneas de campo varían su magnitud y dirección de acuerdo a la forma del cuerpo cargado a la distribución de carga. 9 Johana Held Andrea Martínez 1807
  • 10. Departamento de física Universidad del Norte Barranquilla -Colombia REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS [1] FISICA ELECTRICIDAD PARA ESTUDIANTES DE Ingeniería, notas de clase DARIO CASTRO CASTRO, ANTALCIDES OLIVO BURGOS ediciones Uninorte, PAGINAS 18,19 [2] FISICA ELECTRICIDAD PARA ESTUDIANTES DE INGENIERIA, notas de clase DARIO CASTRO CASTRO, ANTALCIDES OLIVO BURGOS ediciones Uninorte, PAGINAS 33,34 [3] ENCICLOPEDIA VIRTUAL ENCARTA x.encarta.msn.com/encyclopedia.../Dipolo.html [4] WIKIPEDIA, la enciclopedia libre http://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_eléctrico. 10 Johana Held Andrea Martínez 1807