1. Septiembre 07, 2009 Departamento de Física Código: 1033-04 ©Ciencias Básicas Laboratorio de física electricidad Universidad del Norte - Colombia Informe de laboratorio: Líneas equipotenciales y campo eléctrico Marco mazo Diana Castaño mazom@uninorte.edu.co dbustos@uninorte.edu.co Ingeniería eléctrica Ingeniería electrónica Abstract This experience in the laboratory had as principal aim to analyze how the electric field lines and the equalpotential lines in certain discreet distributions of charges already established and to see how the fields of the charges interact more directly than with the taught theory during class time. Resumen Esta experiencia en el laboratorio tuvo como objetivo principal el analizar cómo se comportaban las líneas de campo y las líneas equipotenciales en ciertas distribuciones discretas de cargas ya establecida y ver cómo interactúan los campos de las cargas más directamente que con la teoría enseñada durante las clases. Introducción y objetivos En este nuevo laboratorio nos hemos trazado unos nuevos propósitos y preguntas sobre el tema que estamos estudiando, como es la distribución del campo y las líneas equipotenciales de una carga en una superficie? Por lo que volvemos a acudir a un nuevo experimento y a nuevos materiales, como así a nueva teoría. Por lo que usando de nueva el software datastudio y decidimos medir el campo y la diferencia de potencial en un dipolo y en una distribución de cargas en líneas paralelas. Otro objetivo es mirar que pasa con el campo y las líneas equipotenciales en la realidad y comparar esta con la teoría que hemos aprendido en clase. Marco teórico Campo Eléctrico: es un campo físico que es generado por partículas cargadas, pero a su vez también afecta a estas, es decir una partícula cargada generara un campo eléctrico pero dicha partícula puede ser influenciada o afectada por otro campo eléctrico generado por otra partícula que puede estar equidistante de esta. 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. Un ejemplo es el siguiente: 1663065-3442 Figura 1.0 Líneas de campo en un dipolo. Potencial eléctrico: 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. 1524044450 Figura 1.1 definición del potencial. Pero por lo general se define el potencial en función del campo como la integral del campo de los objetos cargados evaluada sobre la distancia entre estos. Matemáticamente hablando: Figura 1.2 Ecuacion del potencial electrico Donde los términos que se encuentran dentro de la integral son el campo y el diferencial de los elementos infinitesimales seleccionados para el cálculo, con los límites de la integral como la distancia inicial hasta la distancia final sobre la cual se va a evaluar el campo. Procedimiento experimental y Datos obtenidos Primero que todo se dispone a conectar y configurar la interfaz con las herramientas dispuestas para realizar los experimentos. Luego se procede a realizar un nuevo experimento en el Software DataStudio y se configura de acuerdo a las necesidades. Una vez que esta rodo en orden y listo para realizar el experimento, luego se procede a conectar la fuente de voltaje (previamente conectada a la interfaz) a el papel conductor que se dispuso en el laboratorio, uno representado un dipolo ( dos cargas de igual magnitud pero diferente signo) y otro representado dos líneas de cargas de diferentes signo o signos opuestos separadas una distancia. Luego se procede a configurar el multimetro para que cuantifique el potencial (V) y se conecta a nuestros cables para llevar a cabo la experiencia A continuación le presentamos una ilustración del montaje en general. Representación de una carga puntual En estos experimentos se utilizaron los siguientes elementos: un multimetro, papel conductor, fuente de voltaje, el software DataStudio, cables conductores. Experimento 1: Líneas de campo y Líneas equipotenciales en el dipolo Antes de realizar un experimento se debe tener una razón para hacerlo o cierta hipótesis para probar, nosotros tenemos una pregunta que debemos contestar en base a lo que observamos y la teoría que conocemos en este caso la pregunta y el objetivo es: Como es el Campo en un dipolo y como son las líneas equipotenciales de una carga del dipolo. Por lo que le damos inicio al DataStudio para que nos proporciona carga para nuestro dipolo, luego con la ayuda del multimetro ( previamente conectado a la fuente de voltaje) procedemos a tratar de encontrar puntos en los lugares en el cual el potencial (V) sea el mismo y los señalamos en una réplica del papel conductor. Una vez con las líneas equipotenciales de 3v, 5v y 7v procedemos a ver como es el campo de las cargas que están en el dipolo y nos damos cuenta que las líneas de campo unen a las dos cargas. A continuación les presentamos una ilustración de las líneas equipotenciales y las líneas de campo. Figura 2.3 lineas equipotenciales (rojas) y líneas de campo (azules) Analizando el dibujo obtenido nos damos cuenta que las líneas de campo une a los dos puntos del dipolo y las líneas equipotenciales son unas elipses con respecto a el punto A (izq) de nuestro dipolo, la única línea de potencial que no es una elipse es la línea de 5v que se encuentra en el centro de nuestra configuración la cual mas tarde le daremos un significado y una justificación de su forma. Experimento 2: líneas de campo y equipotenciales en dos placas paralelas Al igual que nuestro experimento anterior la pregunta a responder es: ¿Qué Diferencias habrán en las líneas equipotenciales y las líneas de campo en una distribución de placas paralelas? Por lo que procedemos a conectar la fuente en nuestro otro papel conductor ( el que representa las placas palalelas) y comenzamos a medir el potencial entre estas y el campo para luego dibujar las líneas tanto equipotenciales como las de campo en nuestra replica de nuestro montaje. Al dibujar las líneas de campo y equipotenciales obtuvimos el siguiente dibujo. 25336555880 Figura 2.4 líneas de campo y líneas equipotenciales entre unas placas paralelas Como observamos en la figura anterior el campo también se dirige hacia la placa negativa y las líneas de potenciales a diferencia de nuestro dipolo son rectas entre las placas. Análisis y Discusión de resultados Una vez que tenemos las ilustraciones de las lineas de campo y las lineas equipotenciales en nuestro poder tenemos la capacidad de responder las preguntas formuladas anteriormente pornosotros y las preguntas problematicas propuestas en el experimento por lo que responderemos una por una acontinuacion. ¿ Como esta distribuido el potencial eléctrico en la región entre círculos concéntricos ? Como observamos en nuestro primer dibujo las líneas equipotenciales representavan el potencial eléctrico de nuestra carga y como nos dimos cuenta cuando es un circulo o una carga puntual las líneas equipotenciales formaban elipses alrededor de este con mayor potencial (Voltios) la que se encontrara mas lejos de la esfera o carga y con menor las que se encontraban mas cerca de la carga de referencia. 2.¿ Qué significado físico tiene el hecho que las líneas equipotenciales estén igualmente espaciadas? El sentido físico de esto tiene que ver mucho con la definición del potencial y la ecuación del potencial ya conocida, si nos damos cuenta la ecuación del potencial depende directamente de la distancia que hay entre la carga que esta generando el potencial y el punto en el cual se esta midiendo por lo que si se considera la carga como una carga puntal o un circulo lo mas natural para estas lineal equipotenciales es formar elipses concéntricas a dicha carga que las genera y esto quiere decir que a un mismo radio R (hablando de una esfera) el potencial va a ser el mismo. 3.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?. Por definición ya demostrada y conocida el campo eléctrico siempre “fluirá” hacia el componente o la placa específicamente hablando que posea la carga de valor negativo, como se ve en la figura obtenida después de realizar la experiencia, el campo fluirá hacia donde las líneas equipotenciales alcanzen un valor menor sucesivamente. Conclusiones Gracias a esta experiencia en el laboratorio hemos rectificado y confirmado que la teoría aprendida enhoras de clase se aplica de manera muy directa en la realidad, un ejemplo muy claro fue las líneas equipotenciales que a cierta distancia se mantenían constantes y la relación que existe entre las líneas de potencial y las líneas de campo además no se debe olvidar el aprendizaje básico del uso de varias de las herramientas que se usan para medir entes físicos como lo fue el multimetro en esta experiencia. Bibliografía I1I. Dario Castro Castro y Antalcides Olivero Burgos, Física Electricidad para estudiantes de ingeniería, notas de clase,Ed Uninorte.