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EXPERIENCIA NO 2. LNEAS EQUIPOTENCIALES Y CAMPO ELCTRICOJohana HeldAndrea [email protected] 8 DE 2009

ABSTRACT

In this experience We will identify and analyze the generated electric field lines around two electrodes and between two charged plates, by drawing equipotential lines in which the potential field in each line is constant.Keywords: electric field, electric field lines, equipotential lines, potential.RESUMEN

En esta experiencia determinaremos y analizaremos las lneas de campo elctrico generadas alrededor de dos electrodos y entre dos placas cargadas, mediante el trazo de las lneas equipotenciales en las cuales el potencial de campo en cada lnea es constante.Palabras clave: campo elctrico, lneas de campo elctrico, lneas equipotenciales, potencial.

INTRODUCCION

Todo objeto que se encuentre cargado elctricamente, genera un campo elctrico alrededor de el, este ultimo esta asociado a cierta regin del espacio en donde se sienten los efectos de los objetos cargados.

William Gilbert hizo en 1600 uno de los primeros intentos para explicar como un cuerpo cargado poda alcanzar y afectar a otro. Afirmaba que un cuerpo electrificado desprenda vapores o efluvios cuando se frotaba y en consecuencia, produca una atmosfera alrededor de el. Al regresar los efluvios al cuerpo productor, la corriente arrastraba los objetos ligeros [1]As, todos los objetos cargados generan un campo elctrico alrededor de ellos el cual podemos visualizar mediante lneas imaginarias que nos indican la intensidad del campo elctrico en el espacio que rodea al objeto cargado. (Lneas equipotenciales).OBJETIVOS

General:Analizar las lneas de campo elctrico en una regin perturbada por dos electrodos, obtenidas a partir del trazo de las lneas equipotenciales.

Especficos:1. Trazar lneas equipotenciales en un campo elctrico generado por dos electrodos constituidos por dos lneas paralelas (placas paralelas).

2. Medir el campo elctrico en el punto medio de la regin entre las dos placas paralelas haciendo uso de las lneas equipotenciales.

3. Trazar lneas equipotenciales y de campo en una regin de un campo elctrico constituido por dos crculos concntricos.

MARCO TEORICO

CAMPO ELECTRICOElcampo elctrico, enfsica, es un ente fsico que es representado mediante un modeloque describe la interaccin entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturalezaelctrica. Matemticamente se describe como uncampo vectorialen el cual unacarga elctricapuntual de valorqsufre los efectos de Unafuerzamecnicadada por la siguiente ecuacin:

El campo elctrico en un punto del espacio depende, esencialmente, de la distribucin espacial de las cargas elctricas y de la distancia de stas al punto donde se desea conocer el campo.

El vector campo elctrico E en un punto dado del espacio se define en trminos de la fuerza elctrica F que la distribucin de cargas ejerce sobre la carga de prueba positiva q colocada en ese punto. Operacionalmente: Su direccin y sentido corresponde con la de la fuerza F.Una descripcin grfica y cualitativa del campo elctrico puede darse en trminos de las lneas de campo, definidas como aquellas curvas para las cuales el vector campo elctrico es Tangente a ella en todos sus puntos. Estas lneas de campo estn dirigidas Radialmente hacia afuera, prolongndose al infinito, para una carga puntual positiva; y estn dirigidas RadialmenteHacia la carga si sta es negativa.

Propiedades de las lneas de campo [2]:1. la direccin del campo en un punto es la direccin de la tangente a la lnea de campo

2. las lneas de campo comienzan en las cargas positivas y terminan en las negativas o en el infinito.

3. las lneas se dibujan simtricamente saliendo o entrando en la carga4. el nmero de lneas que abandonan la carga positiva o entran en una carga negativa es proporcional a la magnitud de carga.

5. la densidad de las lneas en un punto es proporcional al valor del campo en dicho punto.

6. a grandes distancias de un sistema de cargas, las lneas de campo estn igualmente espaciadas y son radiales, como si procediesen de una sola carga puntual igual a la carga neta del sistema.

7. las lneas de campo nunca se cruzan.DIPOLO ELECTRICO [3]:Es una configuracin de dos cargas elctricas puntuales iguales y opuestas muy prximas una a otra. La carga total del dipolo es cero, a pesar de lo cual genera uncampoelctrico. La intensidad de ese campo est determinada por el momento dipolar, que viene dado por el producto del valor de las cargas por la distancia entre ambas. Los momentos dipolares pueden ser generados o inducidos por la influencia de campos externos, y emitir ondas electromagnticas (radiacin del dipolo) si el campo externo vara en el tiempo.POTENCIAL ELECTRICO [4]:Elpotencial elctricoen un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza elctrica para mover una carga positivaqdesde 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 unitariaqdesde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza elctrica, dividido por esa carga. Matemticamente se expresa por:

Considrese una carga de prueba positiva, la cual se puede utilizar para hacer el mapa de un campo elctrico. Para tal carga de pruebalocalizada a una distanciarde una cargaq, la energa potencial electrosttica mutua es:

De manera equivalente, el potencial elctrico es=Ahora considrese una carga de prueba positivaen presencia de un campo elctrico y que se traslada desde el puntoAal puntoB conservndose siempre en equilibrio. Si se mide el trabajo que debe hacer el agente que mueve la carga, ladiferencia de potencial elctricose define como:

El trabajopuede ser positivo, negativo o nulo. En estos casos el potencial elctrico enBser respectivamente mayor, menor o igual que el potencial elctrico enA. La unidad en el SI para la diferencia de potencial que se deduce de la ecuacin anterior esJoule/Coulomby se representa mediante una nueva unidad, elvoltio, esto es:1 voltio = 1 joule/coulomb.

LINEAS EQUIPOTENCIALESUnasuperficie equipotenciales ellugar geomtricode los puntos de uncampoescalaren los cuales el "potencial de campo" o valor numrico de la funcin que representa elcampo, es constante. Las superficies equipotenciales pueden calcularse empleando laecuacin de Poisson.

Por su parte las lneas equipotenciales son la interseccin de las superficies equipotenciales en un campo, sobre estas lneas el potencial del campo es el mismo y las hallamos mediante ensayos de laboratorio.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En esta experiencia utilizaremos un papel conductivo para hallar las lneas equipotenciales de campo.Esta experiencia se realizara en dos partes, en la primera aanalizaremos las lneas de campo elctrico en una regin perturbada por dos electrodos para ello fijamos el electrodo negativo al terminal negativo de la fuente y lo tomamos como referencia para determinar el potencial en cualquier otro punto, adems de esto tomamos el terminal positivo y lo conectamos al voltmetro para medir con este el potencial en cualquier punto.En nuestro papel conductivo, fijamos los electrodos cargados uno positivo y el otro negativo, tomamos el terminal positivo del voltmetro y lo desplazamos sobre el papel hasta que este ltimo registre tres voltios, cuando nos encontremos aqu, determinamos la coordenada de ese punto y la marcamos en nuestro registro. Repetimos este procedimiento hasta encontrar sobre la hoja conductora otros puntos que tambin registren tres (3) voltios hasta obtener suficientes para trazar las lneas equipotenciales.En segunda estancia, realizamos el mismo procedimiento anterior para 56 voltios y 7 voltios procurando que los puntos encontrados no queden muy unidos para obtener una distribucin adecuada.

En la segunda parte de la experiencia unimos con una punta de medicin los terminales positivos y negativos del voltmetro y empezamos nuestra toma de datos cerca de los electrodos colocndolas de tal manera que una de las puntas de medicin queden fijas y con la otra giramos levemente y observamos el voltmetro el mayor registro de potencial, anotamos este resultado y posteriormente fijamos nuestro extremo fijo en el extremo donde encontramos el mayor registro de potencial y nuevamente giramos levemente hasta encontrar el mayor registro de potencial, este procedimiento lo seguimos hasta determinar toda la lneas de campo elctrico.DATOS OBTENIDOS Ensayo 1: dos cargas puntuales

En esta primera parte de la experiencia obtuvimos las medidas de tres lneas equipotenciales de 3 voltios (amarilla), 5 voltios (verde) y 7 voltios (azul); tambin determinamos las lneas de campo (rojo) las cuales se muestran en la siguiente grafica (grafica 1):

Grafica 1: lneas equipotenciales y de campo para dos cargas puntuales opuestas

En la segunda parte de la experiencia, nuevamente determinamos las lneas de campo (rojo) y las lneas equipotenciales para 5 voltios (verde), 7 voltios (azul) y 3 voltios (amarillo) entre dos placas paralelas los cuales se observan en la grafica 2:Placa naranja (cargada negativamente)

Placa violeta (cargada positivamente)

Grafica 2: lneas equipotenciales y de campo para dos placas paralelas con cargas opuestas

ANALISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOSDe la grafica 1 podemos observar que el campo elctrico entre las cargas puntuales va de una carga a otra y el potencial es mayor cerca de la carga puntual positiva.En la segunda grafica observamos que el campo es uniforme en el centro de las placas y a los extremos se torna curvo; mientras que el potencial es mayor cerca de la placa positiva, caso similar a las cargas puntuales.Pregunta 1: En la configuracin de placas paralelas en que direccin, con respecto a las lneas equipotenciales, se midi la mayor diferencia de potencial? En que direccin apunta entonces el campo elctrico?R/= las diferencias de potencial son mayores a medida que nos acercamos a la placa positiva, en esta experiencia la carga de 7 voltios es la que se encuentra mas lejos de la placa negativa. La direccin del campo elctrico es perpendicular, cuando hay lneas equipotenciales paralelas producidas por campos

Pregunta 2: Para ambas configuraciones, dibuje las lneas de campo a partir de las lneas equipotenciales. Describa cualitativamente como estn dispuestas estas lneasR/= cuando son 2 cargas puntuales las lneas de campo adquieren una forma de parbolas y cuando hay dos placas las lneas de campo permanecen sobre el eje Y

Pregunta 3: Cmo esta distribuido el potencial elctrico en la regin entre los crculos concntricos?

R/= el potencial es el mismo en todos los puntos que tiene el mismo radioCONCLUSIONES

De este laboratorio podemos verificar las propiedades de las lneas de campo que estas salen de cargas positivas y luego a las negativas, que adems nunca se cruzan y que las lneas equipotenciales son perpendiculares a las lneas de campo, que la direccin del campo es tangente a la lnea de campo. Las lneas equipotenciales son las unin de hay puntos de igual diferencia de potencial elctrico.Las lneas equipotenciales y las lneas de campo varan su magnitud y direccin de acuerdo a la forma del cuerpo cargado a la distribucin de carga.REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS[1] FISICA ELECTRICIDAD PARA ESTUDIANTES DE Ingeniera, notas de clase DARIO CASTRO CASTRO, ANTALCIDES OLIVO BURGOS ediciones Uninorte, PAGINAS 18,19[2] FISICA ELECTRICIDAD PARA ESTUDIANTES DE INGENIERIA, notas de clase DARIO CASTRO CASTRO, ANTALCIDES OLIVO BURGOS ediciones Uninorte, PAGINAS 33,34[3] ENCICLOPEDIA VIRTUAL ENCARTA x.encarta.msn.com/encyclopedia.../Dipolo.html

[4] WIKIPEDIA, la enciclopedia libre http://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_elctrico.

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