Bservar las formas en que se forman las líneas equipotenciales

1. INTRODUCCION

La distribución del potencial en un campo eléctrico, se puede representar gráficamente por superficies perpendiculares a líneas de campo eléctrico equipotenciales. Una superficie equipotencial es aquella en la que el potencial tiene el mismo valor en todos sus puntos. Para los campos eléctricos constantes solamente se hacen necesario considerar un número pequeño de superficies equipotenciales, para la representación del potencial del sistema. Partiendo del potencial es posible hallar el campo eléctrico producido por esta, aplicando la forma escalar de: E= -▼V; E= -▼V/▼S. El objetivo de la práctica puede averiguar por la naturaleza del campo eléctrico mediante el mapeo de líneas equipotenciales.

En esta práctica de laboratorio se ha estudiado las superficies equipotenciales, en la cual se han ubicado lugares o puntos en los cuales el campo eléctrico es constante. Mediante de esta manera se han ubicado tres campos constantes en cada uno de los electrodos, por lo que se han formado tres esferas concéntricas alrededor de dicho campo. El objetivo de esta práctica es observa la forman las líneas equipotenciales.

2. OBJETIVOS

 Observar las formas en que se forman las líneas equipotenciales.

 Determinar los valores en los puntos en los cuales los poseen el mismo potencial eléctrico.

 Conocer que es una línea de campo y sus propiedades.

 Observar las distancias en las cuales las líneas equipotenciales son iguales.

3. MARCO TEORICO

3.1 Superficies equipotenciales

Una superficie equipotencial es el lugar geométrico de los puntos de un campo escalar en los cuales el potencial de campo o valor numérico de la función que representa el campo, es constante. Las superficies equipotenciales pueden calcularse empleando la ecuación de Poisson.

El caso más sencillo puede ser el de un campo gravitatorio en el que hay una masa puntual: las superficies equipotenciales son esferas concéntricas alrededor de dicho punto. El trabajo realizado por esa masa siendo el potencial constante, será pues, por definición, cero.

Cuando el campo potencial se restringe a un plano, la intersección de las superficies equipotenciales con dicho plano se llaman líneas equipotenciales.

3.2 Líneas de campo

En física, las líneas de campo son una ayuda para visualizar un campo electrostático, magnético o cualquier otro campo vectorial estático. Esencialmente forman un mapa del campo.

Cada línea está dibujada de forma que el campo es tangente a la misma en cada punto de ésta y las puntas de las flechas indican la dirección del campo (Suponiendo una carga positiva). El espacio entre ellas indica el valor del campo. En las regiones en donde las líneas están muy juntas este es muy grande, mientras que donde están muy separadas es muy pequeño.

De aquí se deduce que la densidad de líneas es proporcional al campo. Así, un campo uniforme estará representado por líneas de campo igualmente espaciadas, rectas y paralelas.

Además las líneas de campo definen superficies equipotenciales perpendiculares a estas.

3.2.1. Propiedades de las líneas de campo

 La dirección del recorrido es el mismo que el del vector en cada punto.

 Pueden ser cerradas, como en el campo magnético; o abiertas, como en el campo gravitatorio.

 No se pueden cortar.

 Si son salientes, el punto de donde proceden se llama fuente. Si son entrantes, se llama sumidero.

 Si el campo es uniforme, son rectas paralelas e igualmente espaciadas.

 Cuando tienden a converger el campo es más intenso.

 Son perpendiculares a las superficies equipotenciales

3.3 Potencial de campo

Concepto de campo

Es más útil, imaginar que cada uno de los cuerpos cargados modifica las propiedades del espacio que lo rodea con su sola presencia. Supongamos, que solamente está presente la carga Q, después de haber retirado la carga q del punto P. Se dice que la carga Q crea un campo eléctrico en el punto P. Al volver a poner la carga q en el punto P, cabe imaginar que la fuerza sobre esta carga la ejerce el campo eléctrico creado por la carga Q.

Cada punto P del espacio que rodea a la carga Q tiene una nueva propiedad, que se denomina campo eléctrico E que describiremos mediante una magnitud vectorial, que se define como la fuerza sobre la unidad de carga positiva imaginariamente situada en el punto P.

Concepto de potencial

Del mismo modo que hemos definido el campo eléctrico, el potencial es una propiedad del punto P del espacio que rodea la carga Q. Definimos potencial V como la energía potencial de la unidad de carga positiva imaginariamente situada en P, V=Ep/q. El potencial es una magnitud escalar.

La unidad de medida del potencial en el S.I. de unidades es el volt (V).

3.4 Esferas concéntricas

Son esferas que comparten el mismo centro y cada línea periférica de las esferas corresponde a una línea de campo de acuerdo a su potencial.

3.5 Trabajo eléctrico y energía potencial eléctrica

Considérese una carga eléctrica puntual en presencia de un campo eléctrico . La carga experimentará una fuerza eléctrica:

Esta fuerza realizará un trabajo para trasladar la carga de un punto A a otro B, de tal forma que para producir un pequeño desplazamiento la fuerza eléctrica hará un trabajo diferencial expresado como:

Por lo tanto, integrando la expresión se obtiene el trabajo total realizado por el campo eléctrico:

Figura

Un caso particular de la fórmula anterior, es el de un campo eléctrico definido creado por una carga puntual estática Q. Sea una carga puntual que recorre una determinada trayectoria A - B en las inmediaciones de una carga tal y como muestra la figura 1. Siendo el desplazamiento infinitesimal de la carga en la dirección radial, el trabajo diferencial se puede expresar así:

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