Spetiembre 06, 2009 Código: 1033 Laboratorio de Lineas equipotenciales Y de capo. Física Eléctrica Departamento de Física ©Ciencias Básicas Universidad del Norte - Colombia Uriel Quiroga Alba uquiroga@uninorte.edu.co Ingeniería Industrial Jairo Rodríguez Lozada lozadad@uninorte.edu.co Ingeniería Industrial Abstract In this laboratory we studied the verification of the book on about how to relate the field lines between two charges next (dipole) disturbed and to determine their direction from the disruptive burden, we accomplish this through a stroke equipotential lines that we influence their characteristics. Resumen En este laboratorio llegamos a la comprobación de lo estudiado en el libro sobre como se relacionan las líneas de campo entre dos cargas próximas (dipolo) perturbadas y asi poder determinar su dirección respecto a la carga perturbadora, esto lo logramos por medio de un trazo de líneas equipotenciales que nos influirán sus características. Introducción En el estudio de la electrostática es de suma importancia estudiar como las cargas distribuyen sus valores emiten su fuerza en el medio que las rodea, esto se llama campo eléctrico. En este ensayo vamos a estudiar cómo se comportan los campos generados por cargas estáticas, aunque no son reales las líneas de campo ayudan a visualizar los campos eléctricos, estas líneas nos proporcionan información sobre las propiedades como la dirección y la intensidad del campo eléctrico originado por un dipolo. Objetivos 2.1. General: Analizar las líneas de campo eléctrico en una región perturbada por dos electrodos, obtenidas a partir del trazo de las líneas equipotenciales. 2.2. 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 Teórico Campo eléctrico: Es la distribución de valores sobre una región del espacio. Líneas de campo eléctrico: Las líneas de fuerza o líneas de campo eléctrico indican las trayectorias que seguirían las partículas positivas si se las abandonase libremente a la influencia de las fuerzas del campo. El campo eléctrico será un vector tangente a la línea de fuerza en cualquier punto considerado. Campo eléctrico uniforme: Entre dos placas metálicas cargadas con una carga opuesta (es decir una positiva y otra negativa) el campo eléctrico siempre tiene la misma magnitud y la misma dirección, eso es campo eléctrico uniforme. Potencial eléctrico y diferencia de potencial: diferencia de potencial entre dos puntos A y B de un campo eléctrico es un valor escalar que indica el trabajo que se debe realizar para mover una carga q0 desde A hasta B. La unidad en la que se mide el potencial es el Voltio. El potencial es una medida que se suele usar de forma relativa (entre dos puntos) y por eso se la llama diferencia de potencial. También es posible definir al potencial absoluto en un punto como el trabajo para mover una carga desde el infinito hasta ese punto. Si dos puntos entre los cuales hay una diferencia de potencial están unidos por un conductor, se produce un movimiento de cargas eléctricas generando una corriente eléctrica. Líneas equipotenciales: La separación de las líneas equipotenciales indica la intensidad del campo eléctrico. Cuanto más juntas están, mayor es el módulo del campo. (Por supuesto, suponiendo que las líneas equipotenciales se hayan trazado con una diferencia de potencial fija de una a la siguiente) Si las líneas equipotenciales tienen una separación uniforme, se puede asumir que el campo eléctrico es constante. Procedimiento En esta experiencia se usa papel conductivo cuadriculado en centímetros con cuatro diferentes configuraciones de electrodos dibujados con un bolígrafo de tinta conductoras. Se busca medir el campo eléctrico a partir de dos líneas equipotenciales muy cercanas y en segundo lugar trazar líneas equipotenciales a partir del trazado de líneas de campo eléctrico. 4.1. Configuración del ordenador Conecte el interfaz ScienceWorkshop al ordenador, encienda el interfaz y luego encienda el ordenador. Conecte la clavija DIN del sensor de voltaje al Canal Analógico B del interfaz. Conecte la clavija DIN del amplificador de potencia en el Canal Analógico A del interfaz. Enchufe el cable de alimentación en la parte posterior del Amplificador de Potencia. Conecte el otro extremo del cable de alimentación a una toma de corriente 4. Inicie Data studio. 4.2. Calibración del sensor y montaje del equipo. Realice el montaje como se indica en las figuras 2.1 y 2.2 4.3. Toma de datos Caso de las líneas paralelas: Realice un montaje como indica la Figura 2.1. 1. Introduzca un valor de 8 voltios DC en la fuente de poder (Power Amplifier) 2. Fije el electrodo negativo al terminal negativo de la fuente y tómelo como referencia, en el sensor de voltaje para determinar el potencial en cualquier otro punto. 3. Trace en la hoja auxiliar un par de líneas con las mismas medidas que las de la hoja conductora la cual será utilizada para marcar las coordenadas obtenidas en la medición 4. Tome el terminal positivo del voltímetro y desplácelo sobre el papel conductor hasta que el voltímetro registre tres (3) voltios. Indíquele a su compañero la coordenada obtenida. Tenga la precaución de no apoyarse con sus manos en la hoja conductora 5. Repita el procedimiento anterior hasta encontrar sobre la hoja conductora otro punto que también registre tres (3) voltios. 6. Identifique sobre la hoja conductora otros puntos con el mismo potencial indicado en el numeral tres hasta completar un total de 6 puntos. Trate que los puntos no queden muy unidos para obtener una distribución adecuada. 7. Obtenidos todos los puntos anteriores en la hoja auxiliar suministrada, únalos con una línea continua. Estas líneas son llamadas líneas equipotenciales. Márquela como línea de 3 voltios.. 8. Repita los pasos anteriores para potenciales de 1 y 5 voltios. Medida aproximada del campo eléctrico en el interior de la región entre las placas Seleccione el punto central entre los electrodos, coloque en ese mismo punto las puntas de medición que le entrega el profesor. Colóquelas de tal manera que una de las puntas de medición quede fija y la otra se pueda mover . Varíe la posición de la punta móvil hasta que se registre la mayor diferencia de potencial. Anote este resultado. Con una regla mida la distancia entre los puntos marcados por la puntas Calcule el campo eléctrico aproximado en ese punto sabiendo que el campo eléctrico apunta en la dirección donde el potencial decrece con mayor proporción. Recuerde que E V rˆ , donde el r término del numerador representa la diferencia de potencial medida y el denominador representa la distancia medida. Datos Obtenidos y Análisis Grafica 1 Grafica cargas puntuales (dipolo) Grafica 2 Grafico placas paralelas Análisis resultados Análisis de los datos 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?. En las placas paralelas, se observo que las líneas de campo eran Perpendiculares a las líneas equipotenciales, por lo siguiente , el campo Eléctrico es perpendicular a las líneas equipotenciales y También determinamos que la mayor diferencia de potencial se midió hacia la placa Negativa. Pregunta 2: Para ambas configuraciones, dibuje las líneas de campo a partir de las líneas equipotenciales. Describa cualitativamente como están dispuestas estas líneas Estas líneas constan de ciertas propiedades como dirección en un punto dado es la dirección de la tangente a la línea de campo. Estas líneas comienzan en las cargas positivas y terminan en las negativas (o en el infinito). Se dibujan simétricamente saliendo y entrando en la carga. El número de líneas que abandonan o entran en una carga es proporcional a la magnitud de la carga. La densidad de las líneas de un punto es proporcional al dicho punto. 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 puntal igual a la carga neta des sistema. Las líneas de campo nunca se cruzan. Pregunta 3:¿Cómo esta distribuido el potencial eléctrico en la región entre los círculos concéntricos?. En el caso de las fuentes puntuales, se observa que 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, como se observa en la gráfica 1. Conclusiones Como inicialmente a explicado y planteado las líneas equipotenciales y de campo son un buen Modelo para representar y poder observar los campos de cada carga y el voltaje de estas. Las graficas sirvieron para confirmar lo explicado y estudiado en el libro y diferentes medios donde nos explican cuales son las características de la líneas de campo. Uno de estas propiedades que resakta a simple vista es que las líneas de campo se dibujan simétricamente saliendo o entrando en la carga y que nunca se cruzan entre sí. Se dedujo la gráficamente la perpendicularidad que existe entre las líneas de campo y las equipotenciales y que las llamadas líneas concéntricas equipotenciales se comportan como superficies en donde el potencial eléctrico o voltaje es el mismo. Bibliografia Castro C., Darío; Olivos B., Antálcides, Física Electricidad para Estudiantes de Ingeniería, Notas de Clase, Barranquilla. Ediciones UniNorte 2008. . Sears, F.; Zemansky, M.; Young, H.; Freedman, R.; Física Universitaria, 11 ed.
