Informe superficies equipotenciales

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Superficies Equipotenciales

Andres Felipe Cardoso Velasquez, Nicolas Keith Torregroza Neira

est.andres.cardoso, est.nicolas.torreg@unimilitar.edu.co 

Física Electricidad y Magnetismo            

  Universidad Militar Nueva Granada

20 de Febrero de 2023

Resumen

En el laboratorio presente, se identificó cual es el funcionamiento de las superficies equipotenciales, por medio del desarrollo practico se comprendieron los datos obtenidos, para poder garantizar el cumplimiento del resultado. El principal propósito de esta práctica es poder determinar cuáles son las líneas de campo eléctrico para diferentes configuraciones de carga y encontrar magnitudes de campo eléctrico a partir de las líneas equipotenciales, estas líneas y magnitudes de campo eléctrico son graficadas en papel milimetrado, teniendo una imagen clara para identificar el comportamiento  del  potencial eléctrico, comparando la relación entre la forma geométrica de las distribuciones de carga y las líneas equipotenciales. Esto se obtuvo gracias a los diferentes materiales utilizados, y al buen desarrollo del montaje.

1. Introducción

Las superficies equipotenciales nos sirven para determinar cuando el potencial toma un valor constante, al momento de realizar diferentes configuraciones de carga, teniendo en cuenta que estas configuraciones están compuestas de líneas y magnitudes de campo eléctrico, las cuales son graficadas para identificar qué el tipo de configuración. Según (Fernández, n.d.) “Las líneas de campo eléctrico son, en cada punto, perpendiculares a las superficies equipotenciales y se dirigen hacia donde el potencial disminuye”, esto se puede identificar, por medio del desarrollo de la gráfica. Al momento del desarrollo de la práctica, como estos y otros conceptos sirvieron como base para el desarrollo de la práctica, ya que se realizaron 3 procedimientos en los cuales, se graficaron las líneas equipotenciales, la magnitud del campo para una misma configuración de carga, para otra configuración se graficó solamente las líneas equipotenciales, y por último se tomaron las diferentes posiciones y de esta manera desarrollar una tabla por medio del software Excel.

En este informe se podrá identificar los diferentes conceptos previos para comprender el funcionamiento y la importancia de esta práctica, los materiales que fueron utilizados en el desarrollo de la práctica, los datos que se obtuvieron con sus respectivas ilustraciones además de esto el resultado obtenido y por ultimo las conclusiones.

1. Marco teórico

1. Carga Eléctrica 

La carga eléctrica es una propiedad de ciertas partículas subatómicas que se produce cuando se unen entre sí. Esta interacción es electromagnética y se logra mediante las cargas positivas y negativas de las partículas. Esta es una unidad perteneciente al sistema internacional de unidades (SIU), y su medida está dada en coulomb (C). Existen tres tipos de cargas en un átomo o partícula, primero encontramos los protones con carga positiva (+), lo electrones con carga negativa (-), y por último tenemos a los protones con carga neutra la cual ayuda a mantener el equilibrio entre las dos cargas positivas y negativas ya que según la ley de coulomb las cargas iguales se repelen y las opuestas se atraen.

1. Transferencia De Electrones

Esta ocurre cuando dos cuerpos entran en estrecho contacto y ocurre un flujo de electrones libres de uno a otro, por lo cual ambos quedan igualmente cargados eléctricamente formando así un campo eléctrico hasta que por medio de una tierra el elemento cargado pierde electrones y se descarga.

1. Campo Eléctrico

El campo eléctrico es una cantidad vectorial presente en todo punto del espacio. El campo eléctrico situado en una posición determinada muestra la fuerza que actúa sobre una carga puntual positiva unitaria en el caso de encontrarse en esa posición. Su unidad de medida está dada por Newtons sobre coulomb (N/C).

Los componentes del campo eléctrico se pueden determinar gracias a la siguiente formula: 

𝑬=𝑭𝒒𝒕=𝑲𝒒𝒓𝟐

1. Potencial Eléctrico

Es una magnitud escalar que permite obtener una medida determinada del campo eléctrico en un punto a través de la extensión de la energía potencial electrostática que adquiere la carga si la situamos en ese punto ya establecido.

1. Superficie Equipotencial

Son el tipo de superficies en las cuales el potencial eléctrico adquiere un valor constante, también hablamos de que el campo eléctrico que es paralelo a la fuerza debe ser siempre perpendicular a las superficies equipotenciales y se dirige hacia donde el potencial disminuye. Otra característica de estas superficies ocurre cuando hablamos del trabajo que se emplea para desplazar una carga entre dos puntos de la superficie, será siempre nulo.

Estas superficies tienen una característica que definimos como líneas equipotenciales, las cuales son perpendiculares a la superficie y al campo eléctrico y su dirección está dada hacia donde el potencial eléctrico disminuye.

1. Experimento

1. Materiales

• 2 electrodos rectangulares
• 2 electrodos circulares
• Fuente de voltaje DC
• Voltímetro
• Cubeta de vidrio
• 4 cables de conexiones
• Papel milimetrado
• Papel Conductor con electrodos impresos

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Figura 1: Montaje experimental

Figura 2: Montaje experimental Configuración (1) Carga de Electrodos Rectangulares

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Figura 3: Montaje experimental Configuración (2) Carga de Electrodos Circulares

1. Descripción general de la práctica

En la práctica realizada se identificaron los diferentes materiales ya mencionados, esto con el fin de realizar el procedimiento de manera específica, se realizaron  4 diferentes procedimientos esto con el fin de identificar las líneas equipotenciales de campo eléctrico, las magnitudes de campo eléctrico, en las diferentes configuraciones de carga realizadas en la práctica, las configuraciones que se realizaron fueron: la primera con electrodos rectangulares y la segunda con electrodos circulares, en donde en la primera configuración se tomaron tres tipos de datos, el primero fueron las líneas equipotenciales, el segundo fue la magnitud equipotencial, y el tercero se tomaron datos los cuales sirvieron para hallar la gráfica de voltaje en función de la posición, esto con el fin de poder hallar, por medio de una gráfica la formula V= Ex del modelo teórico, y en la segunda configuración utilizada se hallaron las líneas equipotenciales.

Al momento de obtener los diferentes datos, se identificó por medio de las gráficas, el sentido de las líneas equipotenciales, la magnitud equipotencial y cuál es el comportamiento que este presenta dependiendo de la configuración de la carga.

1. Datos y Análisis de Resultados

1. Montaje Líneas Equivalentes (configuración 1)

En la configuración numero 1 utilizamos dos electrodos con una geometría rectangular para realizar el experimento y hallar las líneas equipotenciales que se encontraban a lo largo de ele coordenado ubicado debajo de la bandeja con agua, identificando inicialmente puntos específicos para realizar la medición, los datos tomados para este caso mostrados en la figura numero 3 nos indican que entre más nos alejemos del electrodo positivo el voltaje disminuye y viceversa, dándonos a entender que las líneas equipotenciales presentes a lo largo del experimento van perdiendo energía según como se distribuyan las cargas iniciales y que estas se encuentran de forma perpendicular a los electrodos cargados adoptando su forma, tal como lo podemos observar en la figura número 4.

[pic 6]Figura 3: Tabla de datos Líneas Equivalentes

Figura 4: Gráfica Líneas Equivalentes

1. Montaje Magnitudes Equivalentes (configuración 1)[pic 7]

Para este caso debemos medir con el multímetro el lugar donde existía un mayor voltaje, lo cual nos indicaba que ahí se encontraban lo puntos de campo eléctrico más fuerte a lo largo del eje coordenado como en la figura 6, donde podemos ver de color rosa los puntos experimentales en donde encontramos una mayor medición de voltaje.

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Figura 5: Tablas de Datos Magnitudes Equivalente

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Figura 6: Gráfica Magnitudes Equivalentes

1. Montaje Modelo Teórico (configuración 1)

Gracias a la medición del punto anterior podemos determinar de forma teórica la tendencia que tienen estos datos con su respectiva ecuación, como lo podemos ver en la figura 7 y 8, en las cuales vemos la relación de posición con respecto al voltaje medido en puntos específicos.

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Figura 7: Tabla De Datos X(cm) vs V(v)

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Figura 8: Montaje Barra de Plástico y Piel por Inducción

1. Montaje Líneas Equivalentes (configuración 2)

En este tercer montaje realizamos el mismo procedimiento del caso uno, con la diferencia que cambiamos la forma geométrica de los electrodos por unas circulares, ya que al realizar dicho cambio, las líneas equipotenciales adoptan la forma de estos en puntos específicos, tal como lo observamos en la figura 9 y 10, donde las mediciones realizadas en los puntos expuestos en la tabla indican que a medida que nos acercamos al electrodo positivo, hay un mayor voltaje y las líneas adoptan las formas circulares de estos (figura 10).[pic 12]

Figura 9: Datos Líneas Equivalentes[pic 13]

Figura 10: Datos Líneas Equivalentes

1. Conclusiones

• A través del trabajo practico, se comprendió la funcionalidad e importancia que tienen las superficies equipotenciales al momento de determinar el potencial que se puede identificar en una configuración de carga. Proporcionando un conocimiento previo sobre este método y como por medio de las gráficas, se puede identificar su comportamiento.

• Gracias a este experimento podemos concluir que el método de conducción en el cual existe un contacto entre las dos superficies, hay un mejor flujo de electrones, por lo cual es más efectivo al momento de realizar este tipo de mediciones y entender que es lo que realmente sucede entre las cargas de ambos elementos.

Referencias

1.  Weiterleitungshinweis. (s.f.). Google. https://www.google.com/url?sa=i&url=http://ex0 00290.ferozo.com/fisica/fig/archivos/laboratorio%204%20201 9.pdf&psig=AOvVaw3aGMc0gXygLfHJsNIRlQpJ& ;ust=1676568019771000&source=images&cd=vfe& amp;ved=0CBAQjRxqFwoTCNjD5OeEmP0CFQAAAAAdA AAAABAD

2. El campo eléctrico (artículo) | Khan Academy. (s.f.). Khan Academy. https://es.khanacademy.org/science/electricalengineering/ee-electrostatics/ee-electric-force-and-electricfield/a/ee-electric-field.

3.  (s.f.). Universidad Complutense de Madrid. https://www.ucm.es/data/cont/docs/76-2013-07-11- 11_Stirling_engine.pdf

4. (s.f.). Le proporcionamos las herramientas cómodas y gratuitas para publicar y compartir la información. https://docplayer.es/docs-images/53/33062581/images/3-0.jpg.

5. (s.f.). Universidad Complutense de Madrid. https://www.ucm.es/data/cont/docs/76-2013-07-11-11_Stirling_engine.pdf.

6. Electrostática. Potencial eléctrico. Superficies equipotenciales. (s.f.). 403 - Prohibido: acceso denegado. https://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/cfisica/electro/potencial.html#:~:text=Las%20superficies%20equipotenciales%20son%20aquellas,potencial%20(r%20=%20cte).

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