Calculo integral - Líneas Equipotenciales

Líneas Equipotenciales

Leonardo Espinosa, Dayan Moreno, Otoniel Hincapié, Tatiana Ardila

        Departamento de Ciencias Básicas: Electromagnetismo, Universidad Católica de Colombia, Bogotá.

jlespinosa27@ucatolica.edu.co, dnmoreno58@ucatolica.edu.co, tlardila28@ucatolica.edu.co, ohincapie71@ucatolica.edu.co

RESUMEN: Se realiza el uso adecuado de cada instrumento para determinar los diversos campos eléctricos que actúan sobre una superficie liquida (agua) teniendo en cuenta el concepto de jaula de Faraday y las líneas equipotenciales.

1. INTRODUCCIÓN

Toda carga puntual al interaccionar con otras cargas o con el mismo espacio que la rodea, crea un campo eléctrico que es una magnitud vectorial que depende directamente de la magnitud de la carga fuente e inversamente del cuadrado de la distancia entre dicha carga y la  carga prueba.

Cuando más de una carga interacciona en un campo eléctrico y actúa como carga fuente respecto a una carga prueba común, y se desea medir el campo eléctrico ejercido sobre esta última se debe determinar el campo eléctrico que cada carga fuente ejerce individualmente sobre la carga prueba y el campo total será representado por la suma vectorial de los campos independientes.

El campo eléctrico se puede representar gráficamente por medio de líneas llamadas líneas de campo, las cuales son líneas de fuerza imaginarias tangentes al campo eléctrico que representan la trayectoria de las cargas teniendo en cuenta que las líneas de campo eléctrico no pueden cruzarse en ningún momento

Aparte de crear un campo vectorial eléctrico, las cargas crean un campo  escalar llamado potencial eléctrico que se define como el trabajo como unidad de carga que debe realizar una fuerza eléctrica para traer una carga. [1]

1. MARCO TEORICO

Antes de comenzar con el análisis y práctica del laboratorio se deben tener en cuenta ciertos conceptos:

• Potencial: se define como una magnitud que puede ser escalar o vectorial, que sirve para describir la evolución o variación probable de otra magnitud. Generalmente los potenciales aparecen para describir a un campo físico.  [2]
• Línea equipotencial: son  las líneas de contorno de un mapa que tuviera trazada las líneas de igual altitud. En este caso la "altitud" es el potencial eléctrico o voltaje. Las líneas equipotenciales son siempre perpendiculares al campo eléctrico. [3]
• Energía potencial: la energía potencial es la energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración. [4]
• Jaula de Faraday: es un efecto provocado en el que el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio sea nulo, de paso anulando el efecto de los campos externos. Esto se debe a que, cuando el conductor está sujeto a un campo electromagnético externo, se polariza, de manera que queda cargado positivamente en la dirección en que va el campo electromagnético, y cargado negativamente en el sentido contrario lo cual hace que la suma de los dos campos de 0. Para este experimento la jaula de Faraday actúa como una jaula permitiendo que el agua como se dijo anteriormente quede con una carga neutra.  [5]

1. MONTAJE EXPERIMENTAL

Como primera medida se procede a colocar el recipiente con agua encima de la hoja milimetrada la cual está dividida en cuadros de un centímetro que a su vez esta fraccionada en cuatro partes iguales, en el eje Y se encuentra letras de la A-J y en el eje X numerado del  1 al 9 partiendo de 0 como 1. Se tienen tres figuras la primera con que se hará el ejercicio son las barras conductoras rectangulares ubicadas en el extremo del recipiente.

Se con continua colocando de la fuente de voltaje el cable positivo en el centro de las barra donde se encuentra una perforación y así con el cable negativo en la otra barra, para seguir con el ejercicio se ubica en  el multímetro la opción de voltímetro, se conecta el cable de color negro en el terminal común y el de color rojo en el terminal voltios, los extremos de estos  se conectan el primero al terminal que hay en el cable que conduce de la fuente de voltaje a la barra y el segundo a la sonda vertical. Así como se representa en la imagen 1.

[pic 1]Imagen 1.

Después de  tener conectado el sistema se enciende la fuente de voltaje y se predetermina un voltaje de 5v, seguido de esto se ubica la sonda en cualquier lugar de la cubeta y se toma este voltaje, se prosigue a encontrar a lo largo de la cubeta  seis sitios en los cuales se presente el mismo valor y se registra en la tabla las coordenadas en X, Y registradas en milímetros. Este procedimiento se realiza para seis voltajes diferentes registrándolos en la tabla 2.

Ahora se retiran las barras rectangulares  colocando las circulares, se cambia de lado la hoja milimetrada y se continúa realizando el procedimiento anterior registrando los datos en la tabla 2.

Por último se tiene un anillo conductor el cual ya retiradas las barras conductoras circulares se coloca en el centro, conectado únicamente el terminal positivo de la fuente de voltaje y con el multímetro se mide tanto el interior dejando los dos terminales dentro y  para el exterior del anillo se deja uno dentro y el otro fuera; estos resultados se registran en la tabla 3.

1. RESULTADOS

Los resultados obtenidos par cada uno de las tablas son:

En la tabla 1 se registran las coordenadas obtenidas para el caso de los conductores rectangulares.

Tabla1: Coordenadas de datos de líneas equipotenciales para conductores rectangulares.

En la tabla 2 se registran las coordenadas obtenidas para el caso de los conductores circulares.

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