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SUPERFICIES
EQUIPOTENCIUALES
Laboratorio N° 3 de Electromagnetismo
GUÍA DE LABORATORIO NO. 3: SUPERFICIE EQUIPOTENCIALES
INTEGRANTES
JHELLEN DANITHZA PEÑA FIGUEROA
GUSTAVO VALDERRAMA ROJAS
CARLOS DANGOND ANGARITA
JOANA SANTIAGO FRANCO
IVAN JOSE LOPEZ SALAS
JUAN PACHECO
DOCENTE
UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR
FACULTAD DE INGENIERIAS Y TECNOLOGIAS
PROGRAMA DE INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA
VALLEDUPAR
2015
INTRODUCCIÓN
La colocación del potencial en un campo eléctrico, se puede simbolizar gráficamente
por superficies perpendiculares a líneas de campo eléctrico equipotenciales. Una
superficie equipotencial es aquella en la que el potencial tiene el mismo valor en
todos sus puntos.
Para los campos eléctricos constantes solamente se hacen necesario suponer un
número pequeño de superficies equipotenciales, para la forma del potencial del
sistema.
Partiendo del potencial es posible hallar el campo eléctrico producido por esta,
aplicando la forma escalar de: E= -▼V; E= -▼V/▼S.
El fin de la práctica es aprender la naturaleza del campo eléctrico por medio de el
mapeo de líneas equipotenciales generada entre las placas cargadas mediante el
trazo de las líneas equipotenciales en la cuales el potencial de campo en cada línea
es constante.
OBJETIVOS

Averiguar cómo son las líneas equipotenciales para dos placas paralelas con
cargas de distinto signo.

Examinar las líneas del campo eléctrico en la región perturbada por los
electrodos obtenidos a partir del trazo de las líneas equipotenciales.

Calcular el campo eléctrico en un punto medio de la región entre dos placas
paralelas.

Graficar las líneas de campo eléctrico a partir de las líneas equipotenciales
obtenidas en el objetivo previo.
MARCO TEORICO
Una carga eléctrica puntual tiene, en presencia de otra carga una energía potencial
electrostática. De modo semejante a la relación que se establece entre las fuerzas
y el campo eléctrico, se puede definir una magnitud escalar, potencial eléctrica que
tenga en cuenta la perturbación que la carga fuente produce en un punto del
espacio, de manera que cuando se sitúa en ese punto la carga de prueba, el sistema
adquiere una energía potencial.
El potencial eléctrico creado por una carga q1 en un punto a una distancia se define
como:
Por lo que una carga de prueba q situada en ese punto tendrá una energía potencial
U dada por:
El potencial depende sólo de la carga fuente y sus unidades en el Sistema
Internacional son los voltios (V). El origen para el potencial se toma en el infinito,
para mantener el criterio elegido para la energía.
Para calcular el potencial en un punto generado por varias cargas fuente se suman
los potenciales creados por cada una de ellas, teniendo en cuenta que es una
magnitud escalar y que será positivo o negativo dependiendo del signo de la carga
fuente.
El trabajo realizado por la fuerza electrostática para llevar una carga q desde un
punto A a un punto B se puede expresar entonces en función de la diferencia de
potencial entre A y B:
Bajo la única acción de la fuerza electrostática, todas las cargas tienden a moverse
de modo que el trabajo de la fuerza sea positivo, es decir, de modo que disminuye
su energía potencial.
Podemos obtener la relación entre el campo eléctrico y la diferencia de potencial
entre dos puntos:
De esta expresión se deduce que en una región del espacio en la que el campo
eléctrico es nulo, el potencial es constante.
Para calcular el campo eléctrico a partir del potencial se utiliza el operador gradiente,
de modo análogo a cómo se obtiene la fuerza a partir de la energía potencial:
SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES
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).
Superficies equipotenciales creadas por una carga puntual positiva (a) y otra
negativa (b).
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:

Las líneas de campo eléctrico son, en cada punto, perpendiculares a las
superficies equipotenciales y se dirigen hacia donde el potencial disminuye.

El trabajo para desplazar una carga entre dos puntos de una misma superficie
equipotencial es nulo.

Dos superficies equipotenciales no se pueden cortar.
MATERIALES Y EQUIPOS

Una mesa para mapeo de superficies equipotenciales.

Una cubeta de ondas.

Una fuente con salida de corriente continua (CC) variable de0-30 voltios

Cuatro cables para conexión.

Un Multímetro digital, marca UNI-T, modelo UT33C.

Tres hojas de papel cuadriculado tamaño oficio. .
PROCEDIMIENTO
1. Se tomaron tres hojas de papel cuadriculado (papel semiconductor) y se
alisto con cuadrillas de 2cm de lado para establecer planos cartesianos, ver
imagen 2.
2. Una vez dibujados los discos, se sujeta la hoja en la mesa de mapeo con
ayuda de los cables de conexión y se colocan dos barras metálicas paralelas
en los lados opuestos de la hoja previamente centrada como se ilustra en la
imagen 1.
Imagen 1
Imagen 2
3. Colocamos los cables de conexión en el centro de cada una de las
cuadriculas para establecer el contacto eléctrico con las mismas.
4. Se realiza el siguiente montaje como indica la guía y se presenta a
continuación en la figura 1.
Figura 1
5. Luego conectamos la fuente de voltaje cómo se aprecia en la figura anterior,
cerciorándose de que la fuente de voltaje esté apagada y en cero volts.
6. Conectamos el multímetro en el modo de medidor de voltaje de CC, en el
rango de 0-20 volts, con la terminal denominada común al negativo de la
fuente de voltaje y la terminal positiva del medidor, la cual se usará para
buscar los puntos que se encuentran al mismo potencial. Es decir que dicha
terminal será la parte que detecte los potenciales en la hoja semiconductora,
como se indica en la figura1.
7. Bajo las condiciones anteriores, encendemos la fuente y con la perilla
subimos el voltaje hasta 10 volts.
8. Con la punta detectora del medidor, tocamos la hoja semiconductora y
buscamos el primer punto que se encuentre al potencial de 1 volt. Para
hallarlo observamos constantemente los valores que marca la carátula del
medidor.
9. Una vez localizado ese primer punto, buscamos en la hoja semiconductora
entre 10 y 15 puntos que se encuentren al mismo potencial (1 volt), los cuales
determinarán al ser unidos, una línea equipotencial. Usamos el
procedimiento descrito en el paso anterior, para encontrarlos. Una vez que
los hemos localizado, etiquetamos la serie de puntos equipotenciales con el
voltaje que les corresponde para que no se confundan con otros puntos
distintos y registramos nuestros resultados en nuestra tabla de resultados.
10. Repetimos los pasos 7 y 8 para hallar la línea equipotencial correspondiente
a 2 volts.
11. Repetimos el procedimiento del paso 7 y 8 para hallar las líneas
equipotenciales correspondientes a 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9 volts.
12. Determinamos la diferencia potencial entre el centro del plano cartesiano y
cada uno de los otros puntos coordenados de la cuadricula y anotamos los
valores sobre la cuadricula numero 2 y asi hasta llenar todos nuestros
potenciales encontrados a su equidistancia
A continuación reportamos lo anteriormente dicho.
RESULTADOS Y ANALISIS

La experiencia consistió en la medición mediante un multímetro con la
configuración que se muestra en la figura 1 del diferencial de potencial
suministrado por placas que hacen las veces de electrodos (positivo y negativo).
Con una configuración simétrica determinada, sobre una superficie totalmente
cubierta por una capa de agua que se presta como medio para el mapeo de las
líneas equipotenciales, mediante esto se logró identificar puntos con el mismo
diferencial de potencial y esquematizar las líneas equipotenciales y las líneas de
campo eléctrico.

Las superficies equipotenciales representan la zona del espacio, en este
caso del plano donde el voltaje es constante y las líneas de campo eléctrico son
perpendiculares a esta.

En la experiencia pudimos notar que al medir potenciales eléctricos, fuera los
limites de las placas se alteran las superficies equipotenciales, debido e lo mas
probablemente a que al salir de la región determinada por las placas se
distorsionan.
Dos placas (electrodos) son simétricas con respecto al origen y ubicadas en el
eje y sometidas a un diferencial de potencial, producen un campo eléctrico
constante dirigido, desde la placa positiva hasta la negativa.
Líneas de fuerza, campo eléctrico (radiales)
Estas son las superficies equipotenciales que
Suceden en el círculo
Las líneas de fuerza van de + a – de forma lineal y horizontales decir
+
-
Y las superficies equipotenciales van de forma vertical
+
-
PREGUNTAS
1. ¿Qué representan las curvas resultantes de unir los puntos de igual
potencial?
RTA: Estas representan curvas de niveles o curvas equipotenciales
2. ¿Cómo es posible establecer las líneas de fuerza del campo eléctrico a
partir de estas curvas?
RTA: Es posible trazando líneas ortogonales a estas ya que así se consiguió
graficar las líneas de campo, donde se observó que el campo es perpendicular a la
superficie del electrodo y por tanto depende de la forma del mismo.
3. ¿Qué tipo de campo eléctrico encontró según las curvas de la cuadrilla # 1
y la cuadrilla # 2?
RTA: Según las curvas que se trazaron el tipo de campo que se encontraron fueron
positivas y negativas ya que estábamos manejando dos cargas desiguales y esto
debido a que una carga entra y la otra sale.
CONCLUSION


Evidenciamos como actúa un campo eléctrico en un pequeño experimento.
Analizamos el concepto de energía potencial, de equipotenciales.

Estudiamos aquello de que el campo eléctrico de un conductor cargado es
normal a la superficie. Además de explicar que son superficies equipotenciales
y que queremos decir cuando decimos campo eléctrico.

Pudimos construir un análisis completo sobre el complejo tema de potencial
eléctrico.
BIBLIOGRAFIA

Michel Valero. Física 2 fundamental, Grupo Editorial Norma Educativa. 1996.

Michel Valero. Física 2 fundamental, Grupo Editorial Norma Educativa. 1982.

ELECTROMAGNETISMO Y OPTICA. Gutiérrez Aranzeta Carlos. Limusa
Noriega editores. México. 2002.

FISICA. Vol 4 Segunda edición. Comité de MIT Club de Colombia. Editorial
Bedout. Medellín-Colombia.1969.