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LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO # 3 SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES ANDREA CAROLINA CUADRO JACOME CAROLINA PATRICIA HERRERA DAVID LUIS GUILLERMO VALLE ROJAS JULIO ELIAS VASQUEZ ROJAS JORGE LEONARDO PADILLA CORDOBA PROF. JUAN PACHECO FERNANDEZ GRUPO 12 UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR FACULTAD DE INGENIERIAS Y TECNOLOGICAS VALLEDUPAR – CESAR 2015 INTRODUCCION Las líneas equipotenciales son como 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. En tres dimensiones esas líneas forman superficies equipotenciales. En esta práctica, observaremos el comportamiento de las líneas equipotenciales de forma gráfica, donde una superficie equipotencial es aquella forma geométrica que se forma a partir de una partícula cargada y su potencial es constante (no varía), una característica de las superficies equipotenciales es que las líneas equipotenciales son perpendiculares al campo eléctrico. Se trazaran y las líneas de fuerza de un campo eléctrico, teniendo en cuenta la teoría aprendida en clases utilizando los respectivos instrumentos de medición para la elaboración de las gráficas. OBJETIVO GENERAL Determinar las líneas de fuerza de un campo eléctrico a partir de regiones equipotenciales. OBJETIVOS ESPECIFICOS Trazar superficies equipotenciales. Aplicar el concepto de líneas de fuerza, campo eléctrico, y su relación con las superficies equipotenciales por medio de métodos experimentales. MARCO TEORICO En esta experiencia, se hace necesario entender y clarificar algunos de los conceptos que se ponen en práctica tales como: Campo eléctrico: En física, es un ente físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. Matemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza mecánica F dada por la siguiente ecuación: Líneas de campo: Un campo eléctrico estático puede ser representado geométricamente con líneas vectoriales en dirección de la variación del campo, a estas líneas se las conoce como “líneas de campo”. Las líneas vectoriales se utilizan para crear una representación gráfica del campo, y pueden ser tantas como sea necesario visualizar. Fig. 1: Líneas de campo eléctrico correspondiente a cargar iguales y opuestas respectivamente. Las líneas de campo son líneas perpendiculares a la superficie del cuerpo, de manera que su tangente geométrica en un punto coincide con la dirección del campo en ese punto. Esto es una consecuencia directa de la ley de Gauss, es decir, encontramos que la mayor variación direccional en el campo se dirige perpendicularmente a la carga. Líneas equipotenciales: Al unir los puntos en los que el campo eléctrico es de igual magnitud, se obtiene lo que se conoce como superficies equipotenciales, 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 que desde la referencia hasta ese punto, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica, dividido por esa carga. Diferencia de potencial: Es una magnitud física que impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito cerrado. La diferencia de potencial también se define como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico, sobre una partícula cargada, para moverla de un lugar a otro. La diferencia de potencial entre dos puntos de un campo eléctrico es igual al trabajo que realiza dicha unidad de carga positiva para transportarla desde el punto A al punto B. En el Sistema Internacional de Unidades, la diferencia de potencial se mide en voltios (V), al igual que el potencial. Esta es independiente del camino recorrido por la carga, y depende exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B en el campo. MATERIALES Y EQUIPOS 1 cubeta de ondas 1 fuente variable 1 multímetro 2 cables de conexión 3 hojas de papel cuadriculado 2 barras metálicas 1 aro conductor Fig. 1: Cubeta de ondas con el aro conductor y el multímetro. Fig. 2: Fuente de poder. PROCEDIMIENTO Se realiza el siguiente montaje con los materiales y equipos mencionados anteriormente. Fig. 3: Montaje 1. En una hoja de papel cuadriculado se realizan cuadriculas de 2 cm de lado y se establecen planos cartesianos. 2. En una cubeta de ondas con el montaje anterior (con la hoja cuadriculada en la parte de abajo del vidrio, agua, un aro conductor y el multimetro, conectado a una fuente variable), se determina la diferente de potencial entre el centro del plano cartesiano y cada uno de los otros puntos coordenados de la cuadricula. Fig. 4: Cubeta de ondas con el aro conductor determinando las diferencias de potencial 3. Se anotan todos los valores en una cuadricula diferente. 4. Luego se realiza el mismo procedimiento, pero en este caso con unas barras metálicas representadas como placas paralelas, cada una se conecta a la fuente con unos cables conductores y se comienza a desplazar el terminal del multímetro por la cubeta y se anotan las respectivas diferencias de potenciales en la otra hoja cuadriculada. Las líneas de fuerza en forma radial, las superficies equipotenciales suceden como se presentan en la imagen anterior. Las líneas de fuerza van de + a – de forma lineal y horizontales decir + - Y las superficies equipotenciales van de forma vertical + - ANALISIS DE RESULTADOS En cada una de las cuadriculas se unieron los puntos que tenían aproximadamente el mismo valor, para estos se promedian los valores y a partir de este promedio se ubicaron los puntos. Con base a estas líneas, que son consideradas las superficies equipotenciales, se trazaron las líneas de fuerza del campo eléctrico que son perpendiculares a las superficies equipotenciales, como resultado tenemos lo siguiente: ¿Qué representan las curvas resultantes de unir los puntos de igual potencial? Las curvas resultantes representan las curvas equipotenciales, las cuales son el lugar geométrico de los puntos de igual potencial, donde se cumple que el potencial eléctrico generado por alguna distribución de carga o carga puntual es constante. ¿Cómo es posible establecer las líneas de fuerza del campo eléctrico a partir de estas curvas? Las líneas de fuerza del campo eléctrico son perpendiculares a la superficie equipotencial, estas van hacia afuera por lo que son una carga puntual positiva. Estas dependen de la forma del mismo. ¿Qué tipo de campo eléctrico encontró según las curvas de la cuadricula # 1 y según la cuadricula # 2? En la cuadricula 1, se encontró que el tipo de campo eléctrico es variable, ya que las líneas de fuerzas que la representan van dirigidas en forma radial hacia afuera de la carga en diferentes direcciones En la cuadricula 2, se encontró que el tipo de campo eléctrico es uniforme, porque las líneas de fuerza representadas son paralelas entre si y equidistantes. CONCLUSIONES A partir de los experimentos y datos obtenidos por las gráficas logramos probar que las líneas de campo jamás se cruzan a lo largo de su trayectoria y su dirección en un punto es tangente a las líneas de campo. De igual forma y pese a los errores cometidos durante esta práctica se pudo llegar al objetivo de trazar las líneas de fuerza a partir de superficies equipotenciales, todo esto representado de manera aproximada. BIBLIOGRAFIA Alonso, M. Finn, J.E., Física, volumen 2 http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/electro/potencial.ht ml Fecha de consulta: 30 de octubre 2015