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INFORME DE LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO N°3 SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES PRESENTADO POR: ANDRES CAMILO GONZALEZ OTERO ROBINSON FELIPE CONTRERAS GUERRERO LIC. JUAN PACHECO FERNANDEZ UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR FACULTAD DE INGENIERIAS Y TECNOLOGIAS VALLEDUPAR – CESAR GRUPO: 10 2015 INTRODUCCIÓN Superficie equipotencial es el lugar geométrico de los puntos de un campo de fuerza que tienen el mismo potencial. Los campos de fuerza se pueden representar gráficamente por las superficies equipotenciales o por las líneas de fuerza. Las superficies equipotenciales en un campo creado por una única masa o una única carga eléctrica son superficies esféricas concéntricas con la masa o la carga, respectivamente. Estas superficies se suelen representar a intervalos fijos de diferencia de potencial, de modo que su mayor o menor proximidad indicará una mayor o menor intensidad de campo. La diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera de una superficie equipotencial es nula. Así, si desplazamos una masa, en el caso del campo gravitatorio, o una carga, en un campo eléctrico, a lo largo de una superficie equipotencial, el trabajo realizado es nulo. En consecuencia, si el trabajo es nulo, la fuerza y el desplazamiento deben ser perpendiculares, y como el vector fuerza tiene siempre la misma dirección que el vector campo y el vector desplazamiento es siempre tangente a la superficie equipotencial, se llega a la conclusión de que, en todo punto de una superficie equipotencial, el vector campo es perpendicular a la misma, y que las superficies equipotenciales y las líneas de fuerza se cortan siempre perpendicularmente. OBJETIVO GENERAL Determinar las líneas de fuerza de un campo eléctrico a partir de regiones equipotenciales. MATERIALES Una cubeta de ondas. Una fuente (cc) variable. Un multímetro. Cables de conexión. Hojas de papel cuadriculado MARCO TEÓRICO Superficies equipotenciales El potencial eléctrico en un punto, es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva 𝑞 desde el origen hasta un punto, por cada unidad de carga de prueba. En un campo eléctrico, el lugar conformado por puntos de igual potencial eléctrico se denomina superficie equipotencial, dichas superficies equipotenciales son siempre perpendiculares a las líneas de fuerza. Las superficies equipotenciales son aquellas en las que el potencial toma un valor constante. Por ejemplo, las superficies equipotenciales creadas por cargas puntuales son esferas concéntricas centradas en la carga, como se deduce de la definición de potencial (r = cte.) Si recordamos la expresión para el trabajo, es evidente que: Cuando una carga se mueve sobre una superficie equipotencial la fuerza electrostática no realiza trabajo, puesto que la ΔV es nula. Por otra parte, para que el trabajo realizado por una fuerza sea nulo, ésta debe ser perpendicular al desplazamiento, por lo que el campo eléctrico (paralelo a la fuerza) es siempre perpendicular a las superficies equipotenciales. En la figura anterior (a) se observa que en el desplazamiento sobre la superficie equipotencial desde el punto A hasta el B el campo eléctrico es perpendicular al desplazamiento. Las propiedades de las superficies equipotenciales se pueden resumir en: o Las líneas de campo eléctrico son, en cada punto, perpendiculares a las superficies equipotenciales y se dirigen hacia donde el potencial disminuye. o El trabajo para desplazar una carga entre dos puntos de una misma superficie equipotencial es nulo. o Dos superficies equipotenciales no se pueden cortar. El campo eléctrico producido por un anillo únicamente posee una componente paralela su eje de simetría, ya que las componentes perpendiculares al eje Z (de simetría) correspondientes a dos elementos de carga 𝑑𝑞 diametralmente opuestos se anulan. Campo En física, un campo representa la distribución espacial de una magnitud física que muestra cierta variación en una región del espacio. Matemáticamente, los campos se representan mediante la función que los define. Gráficamente, se suelen representar mediante líneas o superficies de igual magnitud. Históricamente fue introducido para explicar la acción a distancia de las fuerzas de gravedad, eléctrica y magnética, aunque con el tiempo su significado se ha extendido substancialmente, para describir variaciones temperatura, tensiones mecánicas en un cuerpo, propagación de ondas, etc. de Campo eléctrico Campo eléctrico producido por un conjunto de cargas puntuales. Se muestra en rosa la suma vectorial de los campos de las cargas individuales El campo eléctrico es un campo físico que es . representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. Se describe como un campo vectorial en el cual una eléctrica puntual de valor sufre los efectos de una fuerza eléctrica dada por la siguiente ecuación: En los modelos relativistas actuales, el campo eléctrico se incorpora, junto con el campo magnético, en campo tensorialcuadridimensional, denominado campo electromagnético Fμν. Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas eléctricas como en campos magnéticos variables. Las primeras descripciones de los fenómenos eléctricos, como la ley de Coulomb, solo tenían en cuenta las cargas eléctricas, pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que también se tiene en cuenta la variación del campo magnético. Esta definición general indica que el campo no es directamente medible, sino que lo que es observable es su efecto sobre alguna carga colocada en su seno. La idea de campo eléctrico fue propuesta por Faraday al demostrar el principio de inducción en el año 1832. La unidad del campo eléctrico en el SI es Newton por Culombio (N/C), Voltio por metro (V/m) o, en unidades básicas, kg·m·s−3·A−1 y la ecuación dimensional es MLT3I-1. Líneas de campo eléctrico Son líneas curvas paralelas al vector del campo eléctrico existente a cualquier punto en el espacio. No son objetos materiales, se usan como una representación gráfica para tener una descripción cualitativa del campo eléctrico, solo se debe dibujar un número finito de líneas partiendo de cada carga, parecería que el campo fue cuantiado y que solo existen en unas partes del espacio, pero todo el campo es continuo. Las líneas de campo eléctrico representan el campo en diversos puntos, hay casos especiales, pero en general no representan la trayectoria de una partícula cargada moviéndose en un campo eléctrico. PROCEDIMIENTO 1. En tres hojas de papel trazamos cuadriculas de 2 cm de lado para estableces planos cartesianos. 2. Pegamos la cuadricula No 1 por debajo del vidrio de la cubeta 3. Realizamos el montaje mostrado en la figura 4. Determinamos la diferencia de potencial entre el centro del plano cartesiano y cada uno de los otros puntos coordenados de la cuadricula y anotamos los valores 5. Cambiamos el montaje en la cubeta por dos placas planas paralelas , fijamos el terminal positivo a una placa y desplazamos el otro terminas sobre los puntos de la cuadricula para establecer la respectiva diferencial del potencial y anotamos 6. En cada una de las cuadrículas, conecte con una línea los puntos que tienen el mismo valor o que se aproximen lo suficiente para considerarlos de igual valor. Con base en estas líneas, trace las líneas del campo eléctrico existentes en la cubeta. Argumente físicamente su procedimiento. Descripción Tomamos la primera cubeta con la hoja de papel cuadriculada pegado por la parte de abajo. Con un breacker le echamos agua sobre la cubeta y colocamos el aro de cobre. Realizamos la conexión de la fuente de voltaje colocando el cable de conexión negativo en el aro de cobre, y el positivo se colocó en el centro de la hoja cuadriculada indicado por el plano cartesiano. Luego procedimos a utilizar el multímetro para medir la diferencia de potencial entre el centro del plano cartesiano y en cada uno de los puntos de la hoja cuadriculada como podemos ver en la imagen. Luego de realizar la medición en cada uno de los puntos de la cuadricula valores obtenidos fueron los siguientes: Al analizar la imagen de la cuadricula con los valores obtenidos podemos deducir que cada de uno de los puntos tienen aproximadamente los mismos valores obteniendo así las líneas de fuerza del campo eléctrico que representan la dirección de los valores. Con esto podemos decir que el campo eléctrico es radial ya cada uno de los valores parten del centro formando una superficie circular. En la segunda parte del procedimiento colocamos dos placas metálicas de forma paralela y separada. Conectamos el cable negativo y el positivo en cada una de ellas y empezamos a medir con el multímetro como lo muestra la imagen. Al realizar la medición con el multímetro en cada uno de los puntos de la cuadricula obtenemos los valores que podemos ver en la imagen Analizando la imagen anterior podemos decir que obtenemos líneas rectas de fuerza paralelas siendo un campo eléctrico lineal. ANÁLISIS Y RESULTADOS 1. ¿qué representan las curvas resultantes de unir los puntos de igual potencial? Al unir los puntos que de igual potencial lo que representan es una superficie equipotencial, que para el primer caso está dada en un círculo formando un campo eléctrico radial y para el segundo caso está dado por líneas rectas formando un campo eléctrico lineal. 2. ¿Cómo es posible establecer las líneas de fuerza del campo eléctrico a partir de estas curvas? 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. 3. ¿Qué tipo de campo eléctrico encontró según las curvas de la cuadricula #1 y la cuadricula #2? En ambas cuadriculas los campos eléctricos son escalares. CONCLUSIONES En el laboratorio anterior podemos verificar las propiedades de las líneas de campo que estas salen de cargas positivas y luego a las negativas, y que además no se cruzan y que las líneas equipotenciales son perpendiculares a las líneas de campo que la dirección del campo es tangente a la línea de campo. Las líneas equipotenciales son la unión que hay en los puntos de igual diferencia de potencial eléctrico. BIBLIOGRAFÍA https://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADnea_de_fuerza https://es.wikipedia.org/wiki/Campo_(f%C3%ADsica) http://www.protegetedelmovil.com/que-es-un-campo-electromagnetico/ http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/electro/cam po_electr.html