Lineas De Campo Y Equipotenciales

“LINEAS EQUIPOTENCIALES Y DE CAMPO” Fernando Tejera González e-mail: ftejera@uninorte edu.co Ingeniería industrial

José Cera Jinete e-mail: [email protected] Ingeniería Mecánica

Fabio Iguaran e-mail: [email protected] Ingeniería Mecánica

Didier Bornacelli e-mail:[email protected] Ingeniería Mecánica

Abstract. Throughout this article to translate the general issues relating to the study of electric fields and the concept of equi-potential linease, based on previous experiments in the laboratory, and we will also discuss in detail some of the factors that influence the formation of the field lines, or, asking, why the field generated by dipoles, lines and circles are symmetrical and as from this symmetry can be established mathematical models that describe? The analysis of results in these experiments favors changing the way we see electricity, we know that all the forces of nature are important, and electricity is the engine of many of the activities of our daily lives.

Resumen A lo largo de este artículo plasmaremos algunos aspectos generales referentes al estudio de los campos eléctricos y el concepto de linease equi-potenciales, basándonos en experimentos realizados previamente en el laboratorio; además plantearemos y analizaremos detalladamente algunos de los factores que influyen en la formación de las líneas de campo, es decir, preguntándonos ¿Por qué el campo generado por dipolos, líneas y círculos concéntricos son simétricos y como a partir de esta simetría se pueden establecer modelos matemáticos que los describan? El análisis de los resultados en estas experiencias propicia el cambio de la manera en la cual vemos la electricidad; nos enseña que todas las fuerzas de la naturaleza son importantes y la electricidad es el motor de muchas de las actividades de nuestra vida diaria.

1. INTRODUCCION

En el estudio de la electroestática se hace esencial por tal motivo se presento el concepto de campo eléctrico del cual se dice que este es asociado a una distribución de carga, y se analiza las líneas de campo eléctrico en una región perturbada por dos electrodos obtenidos a partir del trazo de las Líneas Equipotenciales lo cual nos permite establecerlas.

Por medio de este informe buscamos aplicar el los principios de la electroestática en el desarrollo de nuestras actividades diarias y la importancia que esta puede llegar a presentar. Finalmente se presentan las conclusiones que se pueden exponer gracias a la elaboración de estas experiencias, explicando fenómenos que pasan en el común día a día y razonando por que suceden dichos fenómenos.

2. OBJETIVOS El objetivo general: En esta experiencia se buscan analizar las líneas de campo eléctrico electrómetros y el software Data Studio.

Los objetivos específicos: -

Determinar la dirección del campo eléctrico

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Determinar y bosquejar las líneas equipotenciales mediante la localización de puntos en los que la diferencia de potencial eléctrico es igual.

3. MARCO TEORICO El campo eléctrico es el modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. Matemáticamente se lo describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor “q” sufrirá los efectos de una fuerza mecánica “F” que vendrá dada por la siguiente ecuación:

Esta definición indica que el campo no es directamente medible, sino a través de la medición de la fuerza actuante sobre alguna carga. La idea de campo eléctrico fue propuesta por Michael Faraday al demostrar el principio de inducción electromagnética en el año 1832. Líneas de campo: • •

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Son líneas perpendiculares a la superficie del cuerpo, de manera que su tangente en un punto coincide con la dirección del campo en ese punto. A mayor concentración de líneas, mayor módulo. En el ejemplo de la moneda, el campo es mayor en las cercanías de esta y disminuye a medida que nos alejamos de ella. Uniendo los puntos en los que el campo eléctrico es igual, formamos superficies equipotenciales, puntos donde el potencial tiene el mismo valor numérico.

Líneas equipotenciales: •

La separación de las líneas equipotenciales indica la intensidad del campo eléctrico. Cuanto más juntas están, mayor es el módulo del campo. (Por supuesto, suponiendo que las líneas equipotenciales se hayan trazado con una diferencia de potencial fija de una a la siguiente) Si las líneas equipotenciales tienen una separación uniforme, se puede asumir que el campo eléctrico es constante.

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Primera Experiencia Esta práctica consistió en establecer, en primera instancia, las líneas equipotenciales de un dipolo eléctrico (Es una configuración de dos cargas eléctricas puntuales iguales y opuestas muy próximas una a otra), para lo cual se empleo una hoja conductora en la cual se configuro el dipolo; también utilizamos una hoja numerada, similar a la hoja de contacto, para plasmar en ella el trazo de las líneas equipotenciales que se obtuvieron con ayuda del voltímetro buscando los valores de 3V y 5V, para la cargas. Con la ayuda del software DATA Studio, empleando el voltímetro, logramos establecer la diferencia de potencial tanto en la carga puntual positiva como en la carga negativa, con el fin de establecer la dirección de las líneas de campo. La segunda parte de la experiencia, consistió en buscar las líneas equipotenciales de dos cargas puntuales de igual signo, en nuestro caso dos cargas positivas, para lo cual empleamos nuevamente la hoja conductora y una hoja auxiliar para plasmar el experimento. Empleando nuevamente el voltímetro, ubicamos los valores de 1.1 V, 2.7 V y 3.9 V, esto para ambas cargas, con el fin de trazar o localizar algunas de las líneas equipotenciales de estas. Segunda Experiencia. En esta experiencia, los objetivos principales eran analizar las Líneas Equipotenciales y las del Campo Eléctrico. Para ello se realizaron dos pruebas que son: •

Líneas Equipotenciales y campo eléctrico generado por dos placas paralelas: Para llevar a cabo este experimento se usó un papel conductivo cuadriculado. En el papel conductor hallábamos puntos (por medio del voltímetro) en donde el voltaje tenía que ser de 3 voltio, 5 voltios, 7 voltios. Cuando se encontraban los valores anteriormente mencionados en el papel cuadriculado señalaban de acuerdo a lo mostrado en la hoja o papel conductor con el único fin de encontrar las líneas equipotenciales de las placas y posteriormente evaluar la dirección de las líneas de campo que se forman.

4. DATOS OBTENIDOS Revisar archivo adjunto.

5. ANALISIS Y 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?. Por medio de la experiencia se aprecia que la mayor diferencia de potencial con respecto a las líneas equipotenciales, se encuentra cuando las líneas de campo son perpendiculares a las líneas equipotenciales. La dirección de las líneas de campo en placas paralelas son líneas recta que van desde la placa positiva hasta la placa negativas, entonces son perpendiculares a las placas paralelas y líneas equipotenciales. Pregunta 2: Para ambas configuraciones, dibuje las líneas de campo a partir de las líneas equipotenciales. Describa cualitativamente como están dispuestas estas líneas Ver Anexos 

Para placas paralelas como se muestra en la figura, al obtener las líneas equipotenciales pódemos encontrar las líneas de campo ya que estas son perpendiculares entre si. Ademas se logra apresiar que las líneas de campo en los extremos de las placas se curvan.

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Para cargas puntuales como se aprecia en la grafica las líneas de campo se curvan de tal manera que parece la forma de una elipse.

Pregunta 3:¿Cómo esta distribuido el potencial eléctrico en la región entre los círculos concéntricos?.

El máximo potencial eléctrico se encuentra en el centro de la circunferencia.

6. CONCLUSIONES A través de la realización de estas experiencias y al analizar los fenómenos físicos que causan las líneas de campo eléctrico en una región perturbada por dos electrodos, obtenidas a partir del trazo de las líneas equipotenciales, se puede: •

Determinar el signo de la carga que puede presentar un productor cuando es cargado por un proceso de electrificación.

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Observar que las líneas equipotenciales y las líneas de campo eléctrico varían su magnitud y dirección de acuerdo a la forma del cuerpo cargado a la distribución de su carga. Como por ejemplo, en las placas paralelas las líneas equipotenciales son paralelas a dichas placas y las líneas de campo eléctrico van de la placa positiva a la placa negativa y en un círculo concéntrico las líneas equipotenciales van de forma circular y las de campo van de forma radial disminuyendo a medida que se aleja del polo cargado.

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Por medio de los diferentes experimentos llevados a cabo pudimos dar respuesta a los diferentes fenómenos planteados y explicar por que suceden, teniendo un mejor concepto y claridad de lo que llamamos “Electroestática”.

Podemos decir que el campo generado por diferentes cargas, como son los dipolos, líneas y círculos concéntricos son simétricos debido a que las cargas que se encuentran en cada uno de estos esta ubicadas de una manera uniforme, lo que conlleva a la aparición de líneas de campos con una simetría especifica, la cual depende de la disposición y ubicación de las cargas.

7. BIBLIOGRAFÍA •

MENDOZA PÉREZ, Aníbal., RIPOLL MORALES, Luís., MIRANDA CRESPO, Juan. Física Experimental Electricidad y Magnetismo. 2 ED. Barranquilla: Ediciones Uninorte, 2005. 132 p.

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SEARS, Francis W., ZEMANSKY, Mark W., YOUNG, Hugh D., FREEDMAN, Roger A., Física universitaria con física moderna. Vol. 2. Undécima edición. México: Pearson Educación, 2005. 1008p.

8. ANEXOS

Placas Paralelas

Cargas Puntuales