Superficies equipotenciales Introducción Esta práctica de laboratorio se ha hecho con el fin de conocer las líneas de campos eléctricos que se generan alrededor de de 2 electrodos y entre dos placas cargadas eléctricamente, conocer como viajan los campos eléctricos para determinar en qué línea es constante la energía En !"", el inglés #ilbert concluyo que no solamente el ámbar frotado presenta la característica de atraer los cuerpos livianos sino también muchos otros cuerpos y los llamo eléctricos$ %oto la influencia de la humedad sobre los fenómenos eléctricos y fue el primero en separar los fenómenos eléctricos delos magnéticos$
Objetivos Encontrar las líneas de campo eléctrico generado por dos electrodos, tra&ar líneas equipotenciales 'ra&a 'ra&arr líne líneas as equi equipo pote tenci ncial ales es en un camp campo o eléct eléctri rico co genera generado do por por dos dos electrodos constituidos por dos líneas paralelas (placas paralelas)$ 2 *edir el campo campo eléctric eléctrico o en el punto medio de la región entre las dos dos placas placas paralelas haciendo uso de las líneas equipotenciales$ + 'ra&ar a&ar línea líneass equi equipo pote tenc ncia iale less y de campo campo en una una regi región ón de un campo campo eléctrico constituido por dos círculos concéntricos$
Marco teórico CAMPO ELECTRICO
El campo eléctrico, en física, es un ente físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción interacción entre cuerpos y sistemas sistemas con propiedades propiedades de naturale&a eléctrica$ *atemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de na fuer&a 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 fuer&a eléctrica . que la distribución de cargas ejerce sobre la carga de prueba positiva q colocada en ese punto$ /peracionalmente-
0u dirección y sentido corresponde con la de la fuer&a .$
na 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 'angente a ella en todos sus puntos$ Estas líneas de campo están dirigidas 1adialmente hacia afuera, prolongándose al infinito, para una carga puntual positiva y están dirigidas 1adialmente 3acia la carga si ésta es negativa$
4ropiedades de las líneas de campo [!"
$ la dirección del campo en un punto es la dirección de la tangente a la línea de campo
2$ las líneas de campo comien&an en las cargas positivas y terminan en las negativas o en el infinito$
+$ las líneas se dibujan simétricamente saliendo o entrando en la carga
5$ el n6mero de líneas que abandonan la carga positiva o entran en una carga negativa es proporcional a la magnitud de carga$
7$ la densidad de las líneas en un punto es proporcional al valor del campo en 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 puntual igual a la carga neta del sistema$
8$ las líneas de campo nunca se cru&an$
#IPOLO ELECTRICO [$!"
Es una configuración de dos cargas eléctricas puntuales iguales y opuestas muy pró9imas una a otra$ :a carga total del dipolo es cero, a pesar de lo cual genera un campo eléctrico$ :a 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$ :os momentos dipolares pueden ser generados o ;inducidos< por la influencia de campos e9ternos, y emitir ondas electromagnéticas (radiación del dipolo) si el campo e9terno varía en el tiempo$
POTE%CIAL ELECTRICO [&!"
El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe reali&ar una fuer&a eléctrica para mover una carga positiva q desde la referencia hasta ese punto, dividido por unidad de carga de prueba$ =icho de otra forma, es el trabajo que debe reali&ar una fuer&a e9terna para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuer&a eléctrica, dividido por esa carga$ *atemáticamente se e9presa por-
>onsidérese una carga de prueba positiva, la cual se puede utili&ar para hacer el mapa de un campo eléctrico$ 4ara tal carga de prueba locali&ada a una distancia r de una carga q, la energía potencial electrostática mutua es-
=e manera equivalente, el potencial eléctrico es ?
@hora considérese una carga de prueba positiva
en presencia de un campo eléctrico y
que se traslada desde el punto @ al punto A conservándose siempre en equilibrio$ 0i 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 A será respectivamente mayor, menor o igual que el potencial eléctrico en @$ :a unidad en el 0I para la diferencia de potencial que se deduce de la ecuación anterior es BouleC>oulomb y se representa mediante una nueva unidad, el voltio, esto es- voltio ? jouleCcoulomb$
LI%EAS E'(IPOTE%CIALES
na superficie equipotencial es el lugar geométrico de los puntos de un campo escalar en los cuales el Dpotencial de campoD o valor numérico de la función que representa el campo, es constante$ :as superficies equipotenciales pueden calcularse empleando la ecuación de 4oisson$ 4or 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$
E)peri*ento $ >onecte los electrodos del generador en los electrodos del papel tal como se muestra en la figura 2$ >oloque la fuente de => a 2 apro9imadamente +$ >on las puntas del voltímetro se miden los potenciales en distintos puntos del papel (utili&ando la simetría de cada configuración se evitara el tener que hacer muchas medidas) en el papel se anotan los valores del potencial en las coordenadas correspondientes del punto$ a) nir todos los puntos que tienen igual potencial para obtener las superficies equipotenciales b) Aasado en las superficies equipotenciales dibujar las líneas de campo eléctrico las cuales son perpendiculares c) >ompare las superficies obtenida en forma e9perimental con las teóricas$ 4rocedimiento 0e configuro la fuente a 2 voltios y se conectaron los caimanes a la fuente y a los electrodos del papel carbón, se encendió el voltímetro para medir si el voltaje era correcto en los electrodos del papel conductivo, se ubicó la punta negra del voltímetro en el caimán conectado a la fuente y se ubicó la punta roja del voltímetro en el papel conductivo para proceder a medir el potencial en el papel y poner las coordenadas para luego ubicarlas en el mapa y hallar las líneas equipotenciales >on la punta roja del voltímetro se procedió a medir el potencial en el papel, se debía encontrar los puntos en donde el potencial fuera del mismo voltaje para marcar las coordenadas y así anotarlas en nuestros datos para tra&ar líneas equipotenciales F así mismo con la otra placa de dipolo cargas opuestas$
4ara que esta relación sea válida no debe haber inducción magnética (que no hallan campos magnéticos variables en el tiempo)$ @hora bien, el gradiente de una curva o superficie de nivel (en este caso, una superficie equipotencial) siempre es perpendicular a dicha superficie de nivel
I%TE+RA%TES"
Bes6s @lbeiro :ópe&
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1ubby *arcela #uerrero #$
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0andra *ilena *olina
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*iguel Hngel 0ierra 1$
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Bonathan #arcía
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PRESE%TA#O A" In, $ Bavier @renales Aernal
