UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTA MARÍA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
PRÁCTICA 4 SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES
FÍSICA: ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
GRUPO 11
INTEGRANTES:
ARIAS OCSA, JHAIR ARRATIA MOSCOSO, GABRIELA JENNIFER PONCE DE LEÓN RAMÍREZ, XIOMARA HILLARY VALCARCEL HUACO, DARLENE VILCA DIAZ, LIZ NAYELI
-2018-
SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES
I.
UCSM
COMPETENCIAS
El estudiante verifica experimentalmente la existencia de las líneas de fuerza (campo eléctrico) ir a la superficies equipotenciales creadas por conductores cargados.
II.
El estudiante dibuja las superficies equipotenciales
FUNDAMENTOS FUNDAMENTOS TEORICOS Campo eléctrico es el espacio que rodea a las cargas eléctricas. Las líneas de campo son líneas imaginarias que ayudan a visualizar el campo eléctrico. Así mismo, el potencial en diferentes puntos de un campo eléctrico se puede representar gráficamente mediante superficies equipotenciales. Una línea equipotencial es una línea en un campo eléctrico trazado de tal manera que todos sus puntos están al mismo potencial, es decir, que la diferencia de potencial entre dos puntos de una línea equipotencial es nula. Una superficie equipotencial es una superficie tridimensional sobre el cual el potencial eléctrico V es igual A todos sus puntos. Líneas de campo y las superficies equipotenciales son siempre mutuamente perpendiculares. Cuando todas las cargas están en reposo, la superficie de un conductor es una superficie equipotencial. Cuando todas las cargas están en reposo, el campo eléctrico justo fuera de un conductor debe ser perpendicular a la superficie en todos sus puntos. Situar una carga de prueba q0 en un campo eléctrico E y luego se deja libre, esta carga se acelera en la dirección del campo eléctrico a lo largo de las líneas del campo E, entonces Se incrementa su energía eléctrica y disminuye su energía potencial en la misma cantidad. Por lo tanto las líneas de campo eléctrico señalan en la dirección en que el potencial eléctrico (V) disminuye. El potencial eléctrico (V) está dado por la siguiente relación:
=
Dónde: o
Q= carga eléctrica
o
r= distancia de la carga a un punto P
o
k= constante de Coulomb (8.99x10^9 Nm^2/C^2)
0
SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES
III.
MATERIALES MATERIALES Y ESQUEMA
Una fuente de tensión 12V/1A
Solución de sulfato de cobre
Una cubeta de vidrio
Dos electrodos puntuales
Un voltímetro digital
Dos electrodos planos
1
UCSM
SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES
Dos electrodos circulares
Hojas de papel milimetrado
Lápices de colores
Cuatro pinzas cocodrilos
Cuatro cables de conexión
Texto de consulta
2
UCSM
SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES
IV.
UCSM
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL a. UTILIZANDO LOS DOS ELECTRONOS PLANOS 1. Dibuje en el papel milimetrado los ejes de coordenadas (x,Y) y colóquelos debajo de la cubeta de vidrio.
2. Limpie los electrodos planos utilizando papel lijar y agua. 3.
Instale el equipo como le indica el
esquema de la figura 4.2 pero sin el líquido conductor y sin conectar a la fuente de tensión. Verifique que los electrodos planos estén paralelos al eje y.
4.
Haya
que
el
origen
del
eje
de
coordenadas coincida con el centro de la cubeta. Pida al profesor revisar la conexión.
5.
Vierta el sulfato de cobre en la cubeta y
enciéndala a la fuente de tensión.
6.
Coloque los electrodos puntuales en el
origen del eje de coordenadas y verifique que le voltímetro marque Ov
7.
Establezca
electrodo
8. Mantenga luego uno de los electrodos fijos en el origen y con el otro encuentre puntos para los cuales el voltímetro marque 0.5 V. existen muchos puntos
9. Anote las coordenadas de los puntos hallados en la tabla 1
10. De la misma manera halle los puntos coordenados en los que el voltímetro marque, ±1,0 V; ±1.5 V; ±2,1 V
11. Anote las coordenadas de los puntos en la tabla 1
3
la
polaridad
de
cada
SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES
UCSM
TABLA 1
V.
Voltaje Puntos (x1, y1)
1,0 V
1,5 V
2,0 V
-1.0 V
-1,5 V
-2.0 V
(1.8; 1.4)
(2.8;3.3)
(4;-8.6)
(-2.1;-4.3)
(-3;5.8)
(-4;-3)
(x2, y2)
(1.9;3.4)
(2.9;5.6)
(4;-6.7)
(-2.1;-3.5)
(-3.2;5.6)
(-3.9;-3.5)
(x3, y3)
(1.9;-2.5)
(3;-4.7)
(4.1;-7.4)
(-2.1;-2.3)
(-3.2;5.6)
(-4;-5.5) (-4;-5.5)
(x4, y4)
(2;2)
(2.9;-5.8)
(4.1;-5.6)
(-2.1;1)
(-3;-2.4)
(-4;-7.8)
(x5, y5)
(1.8;3.4)
(3;-8.2)
(3.98;4.8)
(-2.15;0.4)
(-3;-4)
(-4.2-2.3)
(x6, y6)
(1.9;5.4)
(3;-6.3)
(3.9;5.5) (3.9;5.5)
(-2;7)
(-3;-3)
(-4.1;6.2)
ANALISIS DE DATOS 1. Grafique en un papel milimetrado los puntos (x,y) de la t abla N°1, luego con lápices de colores una los puntos que tienen igual potencial. En la misma grafica dibuje las líneas de fuerza del campo eléctrico entre las dos placas planas (Grafica N°1)
TABLA N°1
4
SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES
UCSM
2. ¿Que se observa?
Que los puntos más lejanos son de menor longitud.
Los puntos menores son los que tienen mayor longitud.
Las líneas se alejan más del punto de inicio. 3. Repita el paso (1) para el electrodo plano y el cilindro de la Tabla N°2 N°2 (Grafica N°2)
TABLA N°2
VI.
COMPARACION COMPARACION Y EVALUACION DE RESULTADOS 1. Compare las gráficas obtenidas en el experimento con graficas teóricas ¿que observa? Comparando la primera grafica del experimento con la gráfica teórica podemos observar que ambas tienen líneas de campo paralelas lo que indica que es un campo uniforme y con respecto a la segunda grafica podemos decir que ambas son muy parecidas 2. Compare las líneas de campos eléctricos obtenidos en los dos casos ¿Qué se observa? En la primera grafica podemos observar que las líneas de campos eléctricos son paralelos a las superficies equipotenciales, es decir es un campo constante y la segunda grafica son curvas con respecto a las superficies equipotenciales. 3. En el experimento, diga ¿Cómo son las líneas de fuerza respecto a las equipotenciales? Las líneas de fuerza son perpendiculares a las equipotenciales en dirección de mayor a menor
5
SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES
VII.
CONCLUSIONES
VIII.
UCSM
En la práctica se pudo ver que en todo punto de una superficie equipotencial el vector campo es perpendicular a la misma. Conforme a las mediciones hechas, se determinó ciertas regiones donde los puntos coinciden en el potencial medido, al unir estos puntos sobre el papel milimetrado mediante una línea se determina las regiones equipotenciales (Estas regiones varían en forma según la forma del electrodo al cual están más próximos ) Se corroboró que las líneas de campo eléctrico entre dos barras cargadas uniformemente son paralelas Durante el desarrollo de esta práctica se comprendió con mayor claridad el concepto de líneas equipotenciales, siendo éstas la representación gráfica hecha.
CUESTIONARIO FINAL 1. En el experimento realizado ¿Qué función realiza el agua destilada o la solución de sulfato de cobre? El sulfato de cobre al ionizarse en el agua se c onvierte en electrolito y se separa ante el catión es Cu+ y aniones SO4- que en este caso es el responsable de que la disolución acuosa permita dar vía a través de ella al flujo de electrones (electricidad)
2. De igual manera, en el experimento e xperimento ¿Existe ¿Existe campo eléctrico detrás de las placas planas? ¿Por qué? Explique. Las placas planas están cargadas con cargas iguales y opuestas. En este dispositivo, que no es otra cosa que un condensador plano, solamente existe campo eléctrico en el espacio comprendido entre las placas y es: E = σ / ε₀ Siendo σ la densidad superficial de carga de las placas. Esta relación se obtiene aplicando el teorema de Gauss. Fuera de las placas el campo es nulo.
3. Cuando todas las cargas están en reposo ¿Cómo es la superficie de un conductor? Explique. Cuando las cargas están en reposo, la superficie del conductor, es siempre una superficie equipotencial, puesto que el campo eléctrico es siempre perpendicular a la superficie equipotencial.
Las líneas de campo (rojo) son perpendiculares perpendicular es a una su erf erfici icie e conduct conductor ora a
6
SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES
UCSM
4. En la experiencia ¿la diferencia de potencial potencial depende de la separación separación de los electrodos puntales? Explique Las cargas de prueba positivas se mueven hacia donde el potencial eléctrico disminuye y las cargas de prueba negativas se mueven hacia donde el potencial aumenta
IX.
BIBLIOGRAFIA [1] Curso de Física Básica (2018, Abril) Electrostática [En línea] Disponible en: http://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/cfisica/electro/potencial.html [2] “Guía de laboratorio de Física Electricidad y Magnetismo” . Dra. Rebecca Luz L. G. y Lic. Jorge G. Mamani C.; 2018, Arequipa.
[3] Academia.edu: Curvas Equipotenciales (2018, Abril) Física III [En línea] Disponible en: http://www.academia.edu/16122875/PRACTICA_4_FISICA_II_1 2018, Abril) [En línea] [4] Universidad de Valladolid, “SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES” ( 2018, Disponible en: http://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/cfisica/electro/fuerza_electr.html
7
