Lab Oratorio No. 02 Electrica

Febrero 11, 2009 Código: 200023929 – 200024457 200024044 - 200024043 Laboratorio de F´ısica Electricidad

Departamento de F´ısica

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➞ Ciencias B´asicas Universidad del Norte - Colombia

LABORATORIO LINEAS EQUIPOTENCIALES Y CAMPOS ELECTRICOS Luis

Email: [email protected]

Barrios

Arturo Castañeda Email: [email protected]

Roger Reinoso Cristian Torres Email: [email protected]

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INGENIERIA ELECTRONICA

ABSTRACT In this experiment we analyze the behavior of field lines (magnitude and direction). With the help of a driver, a load generator and a multimeter. We note some of the different directions that acquire the field lines, depending on the distribution of charges in a system. RESUMEN En esta experiencia analizamos el comportamiento de las líneas de campo (magnitud y dirección). Con la ayuda de un papel conductor, un generador de carga y un multímetro. Observamos algunas de las diferentes direcciones que adquieren las líneas de campo, dependiendo de la distribución de las cargas en un sistema.

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INTRODUCCIO´ N Y OBJETIVOS

A continuación, presenciaremos los resultados adquiridos tras realizar algunas pruebas concernientes con el tema de las líneas de campo, podremos identificar lo que sucede con el campo en diferentes distribuciones de carga. Además analizaremos lo que sucede con la magnitud de potencial en puntos x distantes a las cargas del sistema. Por ultimo mediremos el campo eléctrico a diferentes distancias de las cargas, para así poder interpretar el comportamiento de la magnitud de potencial.

OBJETIVO GENERAL Analizar las líneas de campo eléctrico en una región perturbada por dos electrodos, obtenidas a partir del trazo de las líneas equipotenciales. OBJETIVOS ESPECIFICOS -Trazar líneas equipotenciales en un campo eléctrico generado por dos electrodos constituidos por dos líneas paralelas (placas paralelas). -Medir el campo eléctrico en el punto medio de la región entre las dos placas paralelas haciendo uso de las líneas equipotenciales. -Trazar líneas equipotenciales y de campo en una región de un campo eléctrico constituido por dos círculos concéntricos.

HIPOTESIS ¿Qué sucederá con las líneas de campo, si tenemos dos sistemas cargados positiva y negativamente? ¿Como varia la magnitud del campo a diferentes distancias? ¿Varia la magnitud de potencial en puntos x distantes a la carga?

2 MARCO TEO´ RICO

Campo eléctrico y potencial de una carga puntual La existencia del campo eléctrico se propone para explicar la interacción entre cargas eléctricas, aún cuando no hay contacto físico entre ellas. En este modelo se asume que la carga positiva es la fuente de campo eléctrico, mientras que la carga negativa es el “desague” de campo eléctrico. Las líneas de campo empiezan en la carga positiva y se dirigen y terminan en la carga negativa. La existencia y propiedades básicas del campo eléctrico fue propuesta por el físico y químico inglés Michael Faraday (1791-1867), quien llamó líneas de fuerza a su representación gráfica. Según Faraday, la intensidad del campo eléctrico se visualiza a traves del acercamiento relativo entre las líneas de fuerza: a mayor densidad de líneas, mayor intensidad de campo eléctrico. Las líneas de fuerza, o líneas de campo, muestran la trayectoria que seguiría una pequeña carga puntiforme positiva, sin masa, si se colocara en el seno de un campo eléctrico. Por otro lado, puede decirse que las cargas eléctricas producen “desniveles eléctricos” en el espacio: cargas positivas dan lugar a elevaciones mientras cargas negativas, a depresiones. El “desnivel eléctrico” se puede representar gráficamente gracias a las llamadas líneas equipotenciales, similares a las curvas de nivel. La intersección entre las líneas equipotenciales y las líneas de fuerza ocurre a ángulos rectos

El campo eléctrico de una carga puntual Q en un punto P distante r de la carga viene representado por un vector de

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Módulo dirección radial sentido hacia afuera si la carga es positiva, y hacia la carga si es negativa

El potencial del punto P debido a la carga Q es un escalar y vale

Un campo eléctrico puede representarse por líneas de fuerza, líneas que son tangentes a la dirección del campo en cada uno de sus puntos. En la figura, se representan las líneas de fuerza de una carga puntual, que son líneas rectas que pasan por la carga. Las equipotenciales son superficies esféricas concéntricas.

En la figura 1 tenemos un ejemplo de representación de las líneas de fuerza y las equipotenciales correspondientes a una distribución de carga.

Figura 1. Líneas de fuerza y líneas equipotenciales de una carga

La distribución de carga está representada a la izquierda con el signo + y una región negra. Las líneas de fuerza empiezan en la carga positiva y se dirigen hacia la carga negativa, que en este caso estaría a la derecha del dibujo, aunque no se muestra en él. Observamos que las líneas de fuerza terminan con flechas. Hemos identificado algunas de ellas con los números (1), (2), ... (6). Las líneas equipotenciales aparecen como arcos haciendo ángulos de 90° con las líneas de fuerza. Hemos representado algunas de estas equipotenciales con las letras A, B, C y D. Podemos notar que las líneas de fuerza están más cercanas entre sí en el área donde empiezan, y luego van separándose cada vez más a medida que se alejan de la carga positiva, es decir, hacia el lado derecho de la figura. Esto significa que el campo eléctrico es más intenso del lado izquierdo, y disminuye su intensidad cuando nos movemos hacia la derecha. La línea equipotencial A está a un potencial más alto que la B y esta está a un potencial más alto que la C y así, sucesivamente.

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Para este procedimiento utilizamos papel conductivo cuadriculado con tres diferentes configuraciones de electrodos dibujados con un bolígrafo de tinta conductoras ( circular, placas paralelas, 2 cargas puntuales separadas). Mediremos el campo eléctrico a partir de líneas equipotenciales a diferentes distancias y en segundo lugar trazar líneas equipotenciales a partir del trazado de líneas de campo eléctrico.

Procedimiento paso a paso: 1. Configuramos Datastudio, con el objetivo de producir un voltaje de 10 V en el amplificador de potencia. 2. Realizamos el montaje de las dos cargas puntuales en el papel conductor. 3. Adecuamos el Multímetro para poder medir el potencial en diferentes puntos. 3. Buscamos varios puntos en el papel conductor, donde encontráramos 3, 5 y 7 voltios. 4. Tomamos los apuntes en las graficas (dibujamos las equipotenciales). 5. Buscamos la dirección del campo eléctrico a partir del equipotencial de 7 voltios. 6. Graficamos las líneas de campo. 7. Repetimos los pasos anteriores para la experiencia de las placas paralelas y la hoja circular.

4. DATOS

OBTENIDOS

GRAFICAS DE LINEAS DE CAMPO CARGAS PUNTUALES (Graf. 01)

7v

5v

PLACAS PARALELAS (Graf. 02)

3v

7v

5v

3v

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CIRCUNFERENCIA (Graf 03)

7v 5v 3v

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ANA´ LISIS Y DISCUSIO´ N DE RESULTADOS

-Pregunta 1: En la configuración de placas paralelas ¿en que dirección, con respecto a las líneas equipotenciales, se midió la mayor diferencia de potencial? ¿en que dirección apunta entonces el campo eléctrico?. R/ La mayor diferencia de potencial, se midió cuando esta es perpendicular a la línea equipotencial, esto debido a que el campo eléctrico entre dos placas paralelas es una linea recta. El campo eléctrico en las placas paralelas, es una línea recta que empieza en la placa positiva y se dirige hacia la placa negativa. En nuestra experiencia como teníamos la REFERENC AS

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placa cargada positivamente arriba, el campo eléctrico se dirigía en dirección –j. (grafica2) Pregunta 2: Describa cualitativamente como están dispuestas las líneas de campo en las tres experiencias. R/ . Cargas Puntuales: Las líneas de campo se dirigen en forma de arco (en los lados) y es una línea recta, en el centro de la grafica. Además de que estas son simétricas. Placas Paralelas: Las líneas de campo en la región encerrada entre las placas son perpendiculares a las placas. Y a los lados son curvadas, arqueadas (grafica 2). También son simétricas. Circunferencia: Debido a que la figura es una circunferencia, las líneas de campo son radiales (en dirección del radio), hacia fuera y simétricas.

Pregunta 3:¿Cómo esta distribuido el potencial eléctrico en la región entre los círculos concéntricos? R/ Las líneas potenciales de 3. 5 y 7 V forman circunferencias concéntricas, de radios menores, con lo que podemos concluir que a medida que nos alejamos del centro de la circunferencia, el potencial eléctrico se hace menor. 6 -

CONCLUSIONES

Las líneas de campo son simétricas sin importar la forma en que este distribuida la carga y nunca se cruzan. Las líneas de campo comienzan en las cargas positivas y terminan en las negativas. Las líneas equipotenciales en una circunferencia, siempre son concéntricos. A medida que nos alejamos de una carga positiva la magnitud del campo disminuye. Aun cuando desde el punto de vista moderno, las líneas de campo no son reales, ayudan a visualizar el campo eléctrico.

7 REFERENCIAS BIBLIOGRA´ FICAS -

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/electrico/cElectrico.htmlEnciclopedia Encarta 2009 www.wikipedia.com Física Electricidad – Ediciones Uninorte para estudiantes de ingeniería – Darío Castro Castro http://www1.uprh.edu/clguve/labfis2/experimento2.htm

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UNIVERSIDAD DEL NORTE

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