“Campo y potencial eléctrico”

ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO PARA INGENIERIA

EXPERIENCIA: Nº2

“Campo y potencial eléctrico”.

1. Introducción

Dentro del área del electromagnetismo, podemos encontrarnos con distintos fenómenos que se presentan al hacer interactuar cargas. Estos fenómenos son el campo eléctrico y la diferencia de potencial. En el presente informe se desarrolla la experiencia N°2 del laboratorio basándose en  éstos últimos conceptos.

El campo eléctrico es una característica del espacio debido a la presencia de cargas eléctricas. Esta propiedad depende, esencialmente, de la distribución espacial de las cargas eléctricas y de la distancia de estas al punto donde se desea conocer el campo. El vector campo eléctrico () se define en términos de la Fuerza Eléctrica () que es la distribución de cargas que ejerce sobre una carga de prueba positiva colocada en ese punto. En general:   [N/C]. Su dirección y sentido depende de .[pic 1][pic 2][pic 3][pic 4][pic 5]

La diferencia de potencial es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica. Es decir, V() = W / . [Volts][pic 6][pic 7]

El campo eléctrico  y el potencial eléctrico o voltaje V() generado por un sistema de cargas eléctricas no son independientes entre sí. Conocida la función potencial en una cierta región del espacio, se puede determinar el campo eléctrico aplicando el gradiente de la función potencial: con  = x + y + z utilizando coordenadas cartesianas y  .[pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15]

Específicamente en un sistema de cargas que consiste en dos planos infinitos paralelos, con igual valor de cargas y signos contrarios, distribuida uniformemente da como resultado un campo eléctrico nulo y un potencial constante en las regiones externas, mientras que en la zona interelectródica se obtiene:       y    V(x) = .[pic 16][pic 17]

De esto se puede deducir, que las líneas de campo, es decir la descripción gráfica y cualitativa del campo eléctrico, son rectas paralelas entre sí y perpendiculares a las placas, en tanto que las superficies equipotenciales son planos paralelos a las placas cargada

1. Objetivos

• Obtener la relación funcional del potencial eléctrico generado por electrodos planos paralelos.
• Determinar las funciones campo eléctrico para electrodos planos paralelos.
• Obtener experimentalmente las líneas equipotenciales formadas entre electrodos planos paralelos.

1. Método experimental

            Materiales utilizados:

• Multimedidor (Téster).
• Fuente de poder.
• Cables de color negro y rojo.
• Papel conductor.
• Sonda o  punta de téster.
• Electrodos planos.
• Pinzas o caimanes.

.Montaje del experimento

[pic 18]

                                                       Figura 1: Montaje

En esta experiencia se realizaron dos actividades, las cuales se midieron el voltaje.

Sobre un papel conductor, se colocaron dos electrodos planos, paralelos entre sí a una distancia arbitraria, El electrodo izquierdo fue cargado positivamente y el derecho negativamente (figura 1). El electrodo negativo se conectó a una fuente de poder de 5 V en un extremo y al téster (COM) en el otro. El electrodo positivo fuente conectado con su respectivo color rojo en  la fuente de 5V y en el otro extremo en el téster (V/ Ω /Hz) fue conectado a una Sonda, la cual nos permitió tomar los voltajes sobre el papel conductor, en cada actividad se explica cómo fueron tomados los datos.

Actividad 1:

En esta actividad los electrodos fueron puestos a una distancia d = 20cm (figura 1). Gracias a las demarcaciones de los ejes XY y además de puntos cada 1 cm del papel conductor, se midió el voltaje con él voltímetro “téster” (ajustado a 20 V) desde el punto B a A cada 1 cm a lo largo del eje x, por medio de la sonda. El mismo procedimiento se realizó para el eje Y (21 cm), pero esta vez de manera paralela

Los datos obtenidos fueron graficados con el programa Data Studio para obtener la relación funcional entre voltaje y distancia.

[pic 19]

                     Figura 1: Electrodos planos

  [pic 20][pic 21]

          Medición en el eje X                                             Medición en el eje Y

Actividad 2:

En esta última actividad, se realizó un procedimiento similar al anterior, solo varió la distancia entre los electrodos. La nueva distancia fue de 8 cm. Se midió el voltaje por medio de la sonda desde B hasta A sobre el eje X pero esta vez 0.5 cm cada punto, se repitió el procedimiento 15 veces.

Sobre el eje Y, se iba midiendo 1 cm cada punto con la sonda para obtener 21 voltajes, de la misma manera que la actividad anterior.  Los datos fueron ingresados al programa data Studio y fueron graficarlos, además mediante éste se pudo encontrar la relación funcional entre las variables voltaje y distancia.

[pic 22] 

Figura 2: electrodos planos con una distancia menor.

En base a los valores obtenidos (previa elaboración de sus respectivas tablas explicadas más adelante) se analizó y comprobó cuál es el comportamiento del vector campo eléctrico dependiendo de la posición estudiada con respecto a los electrodos utilizados.

...