2. Por otra parte, entendimos y comprendimos de mejor manera el significado
de líneas equipotenciales y su incidencia en el campo eléctrico.
Así mismo, en esta experiencia pudimos llevar a cabo cada uno de los
objetivos propuestos, razón por la cual, estamos en la capacidad de
responder las preguntas que se presentan mas adelante.
Por ultimo, podemos decir que por medio de este informe se buscan ampliar
los conceptos que se han dado teóricamente en las clases, es decir se
busca profundizar y aplicar los principios de la electrostática en nuestras
vidas, para así entender la importancia que esta tiene.
1.1 Objetivos
1.1.1 General
• Analizar las líneas de campo eléctrico en una región perturbada por dos
electrodos, obtenidas a partir del trazo de las líneas equipotenciales.
1.1.2 Específicos
• Trazar líneas equipotenciales en un campo eléctrico generado por dos
electrodos constituidos por dos líneas paralelas (placas paralelas).
• Medir el campo eléctrico en el punto medio de la región entre las dos
placas paralelas haciendo uso de las líneas equipotenciales.
• Trazar líneas equipotenciales y de campo en una región de un campo
eléctrico constituido por dos círculos concéntricos.
2 MARCO TEORICO
En esta experiencia, se hace necesario entender y clarificar algunos de los
conceptos que se pusieron en practica tales como:
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: .
Líneas de campo: Un campo eléctrico estático puede ser representado
geométricamente con líneas
vectoriales en dirección de la
variación del campo, a estas líneas
se las conoce como "líneas de
campo". Las líneas vectoriales se
utilizan para crear una
representación gráfica del campo, y
pueden ser tantas como sea
necesario visualizar.
Fig 1. Líneas de campo eléctrico
correspondientes a cargas iguales
3. y opuestas, respectivamente.
Las líneas de campo son líneas perpendiculares a la superficie del cuerpo,
de manera que su tangente geométrica en un punto coincide con la dirección
del campo en ese punto. Esto es una consecuencia directa de la ley de
Gauss, es decir encontramos que la mayor variación direccional en el campo
se dirige perpendicularmente a la carga.
Líneas equipotenciales: Al unir los puntos en los que el campo eléctrico es
de igual magnitud, se obtiene lo que se conoce como superficies
equipotenciales, son aquellas donde el potencial tiene el mismo valor
numérico.
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.
Diferencia de potencial: Es una magnitud física que impulsa a los
electrones a lo largo de un conductor en un circuito cerrado. La diferencia de
potencial también se define como el trabajo por unidad de carga ejercido por
el campo eléctrico, sobre una partícula cargada, para moverla de un lugar a
otro.
La diferencia de potencial entre dos puntos de un campo eléctrico es igual al
trabajo que realiza dicha unidad de carga positiva para transportarla desde
el punto A al punto B. En el Sistema Internacional de Unidades, la diferencia
de potencial se mide en voltios (V), al igual que el potencial.
Esta es independiente del camino recorrido por la carga, y depende
exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B en el campo.
3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Luego de configurar el ordenador, calibrar el sensor y hacer el montaje del
equipo a utilizar, proseguimos con la toma de datos, tal como se específica
a continuación.
Caso de las líneas paralelas:
• Introducimos un valor de 8 voltios DC en la fuente de poder (Power
Amplifier)
• Fijamos el electrodo negativo al terminal negativo de la fuente y lo
tomamos como referencia en el sensor de voltaje para determinar el
potencial en cualquier otro punto.
• Trazamos en la hoja auxiliar un par de líneas con las mismas medidas
que las de la hoja conductora, la cual utilizamos para marcar las
coordenadas obtenidas en la medición
4. • Tomamos el terminal positivo del voltímetro y lo desplazamos sobre el
papel conductor hasta que el voltímetro registrara tres (3) voltios.
• Repetimos el procedimiento anterior hasta encontrar sobre la hoja
conductora otro punto que también registrara 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. Tratamos que los puntos no quedaran muy unidos para
obtener una distribución adecuada.
• Al obtener todos los puntos anteriores en la hoja auxiliar suministrada,
los unimos con una línea continua. Estas líneas son llamadas líneas
equipotenciales. Las marcamos como línea de 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 entregó el profesor.
• Las colocamos de tal manera que una de las puntas de medición
quedara fija y la otra se pudiera mover . Variamos la posición de la
punta móvil hasta que se registrara la mayor diferencia de potencial.
Anotamos este resultado.
• Con una regla medimos la distancia entre los puntos marcados por la
puntas.
• Calculamos el campo eléctrico aproximado en ese punto sabiendo
que el campo eléctrico apunta en la dirección donde el potencial
decrece con mayor proporción.
4 DATOS OBTENIDOS
Gráfica 1
5. Fig 2. Grafica de líneas equipotenciales y líneas de campo en un dipolo.
En esta grafica podemos observar diferentes fenómenos entre el dipolo.
Primero que todo observamos que la líneas de campo van desde la carga
positiva a la carga negativa. Por otra parte, las líneas equipotenciales son
perpendiculares a las de campo y las curvaturas que realizan son para
mantener la perpendicularidad.
Gráfica 2
Fig 3. Gráfica de líneas equipotenciales y líneas de campo en placas
paralelas.
En esta gráfica de dos placas paralelas, encontramos que en el interior de
las dos placas, las líneas de campo son líneas rectas que van de la carga
positiva a la negativa, pero en el borde reflejan una curvatura, lo que
genera un exceso de líneas de campo en los bordes de las placas. Las
líneas equipotenciales siguen siendo perpendiculares a las líneas de
campo.
5 ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS
5.1 Análisis de resultados
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?.
6. En la configuración de placas paralelas, con respecto a las líneas
equipotenciales, la mayor diferencia de potencial se encuentras cuando
las líneas de campo son perpendiculares a las líneas equipotenciales.
Tal como se ve en la figura 3 (placas paralelas), el campo eléctrico
apunta en dirección perpendicular a las placas paralelas y a las líneas
equipotenciales, teniendo en cuenta que las líneas de campo son líneas
semi-rectas que siempre salen de la carga positiva a la negativa.
2. Para ambas configuraciones, dibuje las líneas de campo a partir de las
líneas equipotenciales. Describa cualitativamente como están dispuestas
estas líneas.
(Ver figuras 2 -cargas puntuales- y 3 -placas paralelas-.)
Para el caso de las cargas puntuales, tal como se observa en la figura 2,
notamos que las líneas de campo se curvan, dando la apariencia de ser
una elipse. Estas líneas, sale de la carga negativa a la positiva.
Por otra parte, para el caso de las placas paralelas, como se aprecia en
la figura 3, las líneas de campo van en dirección perpendicular a las
líneas equipotenciales y a la placas, de tal forma que al encontrar las
líneas equipotenciales, sabemos la dirección de las líneas de campo
(perpendiculares). Además se hace notorio en la figura 3, que las líneas
de campo se curvan en los extremos de las placas.
5.2 Preguntas Problematológicas
1. ¿Qué significado físico tiene el hecho que las líneas equipotenciales
estén igualmente espaciadas?
La separación de las líneas equipotenciales tiene una relación directa con
la intensidad del campo eléctrico. Entre más juntas éstas se encuentren
mayor es el módulo del campo, siempre y cuando las líneas
equipotenciales se tracen con una diferencia de potencial fija.
Encontramos entonces que si las líneas equipotenciales tienen una
separación uniforme, se puede asumir que el campo eléctrico es
constante.
2. Compare la información recogida por los demás grupos sobre el valor del
campo eléctrico en el centro de las placas, y establezca la relación entre
la separación de las líneas paralelas y la magnitud del campo eléctrico, en
el centro de las placas
Las líneas equipotenciales son, en el centro, rectas verticales, pero cerca
de las placas curvan hacia ellas cerca de los extremos. Eso quiere decir
que hay una concentración adicional de carga en el borde. Las líneas de
campo serán, en la zona media, rectas perpendiculares a ambas placas.
Las que están por encima y por debajo se curvarán en los extremos para
mantener la relación de perpendicularidad con las equipotenciales.
7. 6. CONCLUSION
Esta experiencia nos ayudó a comprender mejor los fenómenos de campo
eléctrico y los efectos que éste produce. Además gracias a la practica en el
laboratorio, implementamos conceptos como el de diferencia de potencial y
líneas equipotenciales, con los cuales podemos llegar a diversas
conclusiones.
Primero que todo se hace necesario enunciar que las líneas de campo
siempre van dirigidas de cargas positivas a negativas o al infinito, y estas se
relacionan con las líneas equipotenciales de una manera directa. Por otra
parte, y gracias a las graficas obtenidas, podemos deducir que las líneas de
campo son perpendiculares a las líneas equipotenciales y que cuando éstas
líneas están igualmente espaciadas, el valor del campo eléctrico es
constante.
Por ultimo, pero no menos importante, por medio de esta experiencia,
pudimos dar respuesta a los diferentes fenómenos planteados,
entendiéndolos, comprendiéndolos y teniendo mas claridad de éstos, hasta
el punto de estar en la capacidad de responder las preguntas referentes a la
electroestática.
7. BIBLIOGRAFIA
[1] C.C. Darío, O.B. Antalcides. “Física electricidad para estudiantes de
ingeniería”. Ediciones Uninorte. 2008.
[2] SEARS, Francis W., ZEMANSKY, Mark W., YOUNG, Hugh D.,
FREEDMAN, Roger A., “Física Universitaria con física moderna”. Vol. 2.
Undécima edición. 2005.
