Practica de laboratorio. Campo y potencial electrico

PRACTICA Nº 2

POTENCIAL Y CAMPO ELÉCTRICO EMPLEANDO EL CAPACITOR DE PLACAS PARALELAS

Objetivo

• Medir el potencial eléctrico de una carga puntual en un simulador computacional
• Visualizar las curvas equipotenciales de una carga puntual y su ortogonalidad con el campo eléctrico

Teoría

Se define la diferencia de potencial eléctrico, DV, como la variación de la energía potencial eléctrica por unidad de carga de prueba q0 [1], esto es:

[pic 2]                 o bien,                 [pic 3]                        (1)

A semejanza de la energía potencial, el potencial eléctrico es un escalar y por lo regular se hace referencia a él simplemente como potencial. La unidad en el SI del potencial es Voltio (V), y viene expresada como [pic 4]. Cuando se ponen en contacto las dos puntas de prueba de un voltímetro con dos puntos de un circuito eléctrico, lo que realmente se mide es la diferencia de potencial o voltaje (en Voltios) entre ellos.

Se sabe que la fuerza eléctrica es conservativa, de modo que la diferencia de energía potencial al mover una carga entre dos puntos dependerá exclusivamente de la ubicación de los puntos y no de la trayectoria seguida para pasar de un punto a otro. Consideremos el caso en el que se tienen una carga puntual. La magnitud de su campo eléctrico es:

                                          (2)[pic 5]

Mientras que la función potencial eléctrico viene dada por

                                        (3)[pic 6]

En las ecuaciones (2) y (3) se puede apreciar la dependencia o conexión entre el campo E y el potencial V [2,3].

Bibliografía

[1] Sears & Zemansky. Física Universitaria.Pearson Vol.2, 13ª Ed. Págs: 761-808.

[2] Bauer W., Westfall G., Física para ingeniería y ciencias con física moderna Vol.2. MacGraw Hill, 2ª. Ed.

[3] http://web.mit.edu/viz/EM/visualizations/coursenotes/modules/guide05.pdf

Simuladores

• Simulador de visualización de curvas equipotenciales de una carga puntual.
• Simulador de cálculo de potencial de una carga puntual.

PROCEDIMIENTO E INFOME

1. Utiliza el simulador de visualización de potencial de una carga puntual y llena la siguiente Tabla 1 (ver abajo) para una carga de 1 nC. (Lo más recomendable es que abras una Hoja de Excel y llenes lo datos ahí, ya que en breve usarás esos datos para hacer gráficas). El simulador de cálculo de potencial de una carga puntual lo puedes usar para recordar la fórmula con que se obtienen los valores que van en la Tabla 1. Como verás, debes ingresar la carga y la distancia y el calcula el potencial.

[pic 7]

La imagen es un ejemplo de cómo se toman los datos. En este caso para r = 2,5 m, el potencial dio 3,6 V. (Se recomienda activar la casilla “Grilla” para usarla como guía mientras se desplaza el medidor potencial).

Tabla 1. Potenciales y distancias medidas

1. Por cada dato que tomes visualiza su superficie equipotencial correspondiente. Esto se logra dando click en el lápiz del medidor de potencial. La Figura 1 ejemplifica lo que debes obtener al final cuando hallas tomado todas las medidas (en la figura 1 sólo se muestran 2):

[pic 8]

Figura 1. Superficies equipotenciales de una carga puntual.

1. Mueve el medidor de potencial a lo largo de toda la superficie. Deberás obtener el mismo voltaje en todas partes ¿Por qué?

Al desplazar el sensor a lo largo de la circunferencia que forma el campo de la carga se puede obtener que el voltaje no cambia y esto se debe, a que dicho campo ocupa el espacio de forma uniforme sin tener preferencias hacia un lado u otro. Esto siempre y cuando no se encuentre en presencia de otra carga que deforme la expansión radial como se observa en la siguiente imagen:

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