Líneas de Campo Equipotenciales

Universidad de la Sabana

Departamento de Ingeniería

Laboratorio de Física II

Informe Práctica II:

Líneas de Campo Equipotenciales

María Paula Novoa Ramírez

Chía – Cundinamarca

Septiembre de 2015

OBJETIVOS

• Analizar, con ayuda del voltímetro, el comportamiento de las líneas equipotenciales.
• Realizar el gráfico correspondiente a las líneas equipotenciales tras la toma de datos.
• Interpretar la información obtenida y contrastarla con los gráficos de las líneas de campo eléctrico.

RESUMEN

Como tercera práctica de laboratorio de Física II, se realizaron las líneas equipotenciales en un campo eléctrico para distintos sistemas con el fin de identificar -y graficar posteriormente- el comportamiento de susodichas líneas. Para ello, se hizo uso de una fuente de poder, un voltímetro y los mismos sistemas de electrodos en el papel carbonado realizados en la segunda práctica de laboratorio.

MARCO TEÓRICO

Voltaje: Cambio de energía potencial eléctrica por unidad de carga, con unidades de Jules por Coulombs (Voltios). Corresponde a una magnitud física que conduce la energía eléctrica con diferentes valores de potencia, lo que significa que en un circuito eléctrico, impulsa a los electrones a lo largo de un conductor.

Líneas de campo: Son líneas que se suponen y permiten visualizar, como una aproximación, la dirección del campo eléctrico entre diferentes puntos.

Todas las cargas, bien sean de carácter negativo o positivo, crean en el espacio que lo rodea o un campo eléctrico vectorial y un campo de potencial eléctrico escalar, cuyas expresiones están en función de r (distancia de un punto dado) y de la magnitud de la carga.

Líneas equipotenciales: Corresponden a la unión de puntos en los cuales el campo eléctrico es de igual magnitud. Parte de las superficies equipotenciales que son aquellas donde el potencial tiene el mismo valor numérico.

Potencial eléctrico: En un punto, es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva (𝑞) desde el origen hasta dicho punto, por cada unidad de carga de prueba, así:

𝑉 = 𝑊/𝑞

Donde 𝑊 es el trabajo realizado por la fuerza eléctrica.

Para tal carga de prueba 𝑞0 localizada a una distancia 𝑟 de una carga 𝑞 la energía potencial electrostática entre las cargas es:

𝑈 = 𝐾 𝑞0𝑞 / 𝑟

Así, al hacer la equivalencia Trabajo-Energía y reemplazando U en V, se tiene:

𝑉 = 𝑈 / 𝑞0 = 𝐾 𝑞 / 𝑟

Entonces, en un campo eléctrico, el lugar conformado por puntos de igual potencial eléctrico se conoce como superficie equipotencial, las cuales son siempre perpendiculares a las líneas de fuerza.

Fuente de Poder: Genera una diferencia de potencial entre sus bornes o proporciona corriente eléctrica para que otros circuitos funcionen.

Voltímetro: Dispositivo que se utiliza para medir, de manera directa o indirecta, la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. En esencia, los voltímetros están constituidos de un galvanómetro sensible que se conecta en serie a una resistencia extra de mayor valor.

Dipolos eléctricos: Un dipolo eléctrico está formado por dos cargas, una positiva y otra negativa del mismo valor separadas por una distancia.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Para el experimento en el laboratorio se tomaron los mismos sistemas en los que se estudiaron las líneas de campo eléctrico, a fin de contraponer las líneas equipotenciales obtenidas con estas para determinar su comportamiento.

A los electrodos en los sistemas a estudiar, se les colocó un chinche metálico y a cada uno se les asignó uno de los cables de conexión de la fuente de alimentación -uno conectado al positivo (rojo) y otro al negativo (negro). Posteriormente, se toma el voltímetro (o multímetro en este caso, quien también mide voltaje) y se fija una de las sondas a su correspondiente cable de alimentación, que para ambos casos, fue el positivo (de color rojo). Con la sonda libre (negativa-negra) se procede a buscar puntos dentro del espacio que registren el mismo valor de voltaje y se anotan sus coordenadas para ser graficadas y observar el comportamiento de las líneas obtenidas.

Si bien el voltaje mide la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un campo, si bien el potencial eléctrico hace referencia al trabajo que debe realizar un campo eléctrico para mover una carga positiva desde dicho punto hasta un punto de referencia, si bien trabajo se define como fuerza por distancia y si siempre se mantiene una sonda en una posición fija (desde el electrodo correspondiente a su carga), el experimento permite fijar los puntos para los cuales un campo eléctrico realiza la misma cantidad de trabajo para mover una carga positiva desde el origen; a la unión de dichos puntos se le conoce como líneas equipotenciales.

Así entonces, tras realizar el experimento y registrar las coordenadas de los puntos fijados, se obtiene la siguiente información junto con sus correspondientes gráficas:

Sistema 1:

Carga positiva lineal distribuida del punto (9,6) al (9,14).

Carga distribuida negativa en forma de lágrima invertida. Punta en (20,10) y parte redonda en (20,13.5)

[pic 1]

Para los datos y su correspondiente gráfica del Sistema 1, puede verse un comportamiento ligeramente simétrico entre las líneas equipotenciales entre las cargas que tienden a curvarse en sus extremos hacia ellas. La distribución de la carga ubicada en el lado derecho hace que la curva que determina las líneas equipotenciales cerca de ella se abran un tanto más que las que están más cerca al electrodo recto (positivo). También es posible decir, según las tablas, que el potencial eléctrico aumenta a medida que nos acercamos a alguno de los electrodos.

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