Preparacin de Informes en formato IEE

Informe de laboratorios de electricidad y magnetismo.

LINEAS EQUIPOTENCIALES Y CAMPO ELECTRICOAndrea Carolina Ballesteros Bula (andykarolhotmail.com)

Andrs Alberto Cardona Mercado (acamer9@hotmail.com)Jos David Difilippo Buitrago (jose-di-filippo@hotmail.com)

Samuel Medardo Hernndez Ortiz (smho-rey14@hotmail.com) Karen Margarita Viloria Crdenas(karen-margi@hotmail.com).

RESUMEN: Durante esta prctica de laboratorio se observ, practic y realiz un montaje para facilitar el estudio de las lneas equipotenciales y lneas de campo, el cual contaba de una plataforma que deba llenarse con agua (6mm) y traa consigo un plano cartesiano, voltmetro, fuente de voltaje, cables de conexin y electrodos, donde se analiz las lneas de campo elctrico perturbadas por dos electrodos, obtenidas a partir del trazo de las lneas equipotenciales identificando el porqu de los valores de dichas lneas en coordenadas especficas. Esto con el fin de familiarizarnos con las superficies equipotenciales, campo elctrico y todo lo que concierne a ello.PALABRAS CLAVE: voltajes, campo elctrico, electrodos. ABSTRACT: During this lab was observed, practiced and performed an assembly to facilitate the study of the equipotential lines and field lines, which had a platform that was filled with water (6mm) and came with a Cartesian plane, voltmeter, power voltage, wiring and electrodes, where the electric field lines disrupted by two electrodes, obtained from the trace of the equipotential lines identifying why the values of these lines was analyzed specific coordinates. This in order to familiarize ourselves with the equipotential surfaces, electric field and everything related to it.KEYWORDS: voltage, electric field electrodes.1 INTRODUCCIN

Teniendo en cuenta que las superficies equipotenciales son las formas geomtricas que se forman a partir de una partcula cargada, y estas estn conformadas por puntos de campo en los cuales el potencial de campo no vara; podremos decir que las lneas de campo elctrico se caracterizan por su trayectoria tangente a la direccin del campo. En base a esto se hall donde la intensidad del campo era mayor y se ubicaron los puntos o coordenadas correspondientes sobre la plataforma con numeracin cartesiana; posteriormente se ubicaron puntos con un mismo voltaje y por ltimo se repiti el procedimiento para los electrodos: plano plano; cilindro cilindro y plano cilindro.

2 FUNDAMENTO TEORICOLEY DE COULOMB

La ley de Coulomb establece el valor de una fuerza electrosttica. Esta fuerza depende de las cargas enfrentadas y de la distancia que hay entre ellas.

El valor de la fuerza electrosttica viene dada por la frmula:

Donde:

- F = fuerza electrosttica que acta sobre cada carga Q1 y Q2

- k = constante que depende del sistema de unidades y del medio en el cual se encuentran las cargas

- r = distancia entre cargas

CAMPO ELECTRICO:

Existe un campo elctrico cuando una carga Q es afectada por una fuerza electrosttica.

La frmula abajo muestra la relacin que existe entre ellos.

De la frmula se puede ver que la unidad del campo elctrico es: newton / coulomb, (en el sistema MKS) siendo el Newton la unidad de fuerza y el Coulomb la unidad de carga elctrica.

Nota:- Coulomb = carga elctrica de 6.28 x 1018 electrones.- 1 amperio = 1 coulomb / segundo

Si en cierto punto se conoce el campo elctrico se puede obtener la fuerza electrosttica sobre una carga Q en dicho punto.

Despejando de la anterior frmula se obtiene la frmula siguiente:

F = E x Q

LINEAS DE CAMPO.

Un campo elctrico se puede representar como lneas de Fuerza (no existen en realidad) y son tiles para el estudio del mismo. Ver el diagrama

Las lneas de fuerza indican en cada punto la direccin que tiene el campo elctrico (E).

Estas lneas nunca se cruzan entre s, y mientras ms cercanas estn significa que el campo elctrico es ms intenso.

Figura 1Sin embargo hay que tomar en cuenta de que para un campo elctrico determinado el nmero de lneas de fuerza es el mismo

Las lneas de fuerza de un campo elctrico siempre inician en la carga positiva y terminan en la carga negativa.POTENCIAL ELECTRICO:

El potencial elctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza elctrica para mover una carga positiva q 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 elctrica.

Considrese una carga puntual de prueba positiva, la cual se puede utilizar para hacer el mapa de un campo elctrico. Para tal carga de prueba localizada a una distancia r de una carga q, la energa potencial electrosttica mutua es:De manera equivalente, el potencial elctrico es

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 concntricas centradas en la carga, como se deduce de la definicin de potencial (r = cte).Por otra parte, para que el trabajo realizado por una fuerza sea nulo, sta debe ser perpendicular al desplazamiento, por lo que el campo elctrico (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 elctrico es perpendicular al desplazamiento.Las propiedades de las superficies equipotenciales se pueden resumir en: Las lneas de campo elctrico 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.

3 DESCRIPCION DEL MONTAJE EXPERIMENTAL

Figura 2

Para la realizacin de la prctica de laboratorio se utilizaron los siguientes equipos de laboratorio:

Agua

Fuente de voltaje, Voltmetro, Zondas, Cables de conexin

Electrodos (planos y cilindros)Se realiz el montaje de la figura anterior mantenindonos asegurados de tener la fuente apagada, luego se llen la cubeta con agua hasta una profundidad de 6 mm. A continuacin se mantuvieron los electrodos separados a una distancia de 20 cm y se coloc la sonda fija equidistante de los electrodos. Se encendi la fuente y se introdujo la sonda mvil del voltmetro y se buscaron posiciones para las cuales el voltaje fuera el mismo, se anot en una tabla las posiciones (Xi, Yi) y los voltajes correspondientes. Se repitieron los pasos anteriores para los electrodos: plano-plano; cilindro-cilindro y plano-cilindro.

4 RESULTADOS Y DISCUSIONES Tablas de datos (Ver Anexos) ANALISIS DE RESULTADOS Una vez obtenidos los resultados ( las tablas cilindro-cilindro, placa-placa y placa-cilindro) podemos afirmar que las lneas equipotenciales dependen del electrodo utilizado, especficamente de su geometra, en una combinacin de electrodos rectangulares o placas, las lneas equipotenciales son paralelas a las placas rectangulares, anotando que cerca de los bordes sta distribucin vara y tienda a tomar forma radial.En la combinacin cilindro-cilindro se observa un comportamiento cncavo hacia el cilindro cargado negativamente y dicha concavidad se pierde cerca del electrodo que se carg positivamente, es necesario apuntar que los resultados se ven afectados por la cantidad de agua presente en cada punto.

Como las lneas equipotenciales son perpendiculares a las de campo elctrico, stas en la configuracin cilindro-placa tienen una forma paralela a la placa y se van tornando radiales o cncavas cerca del cilindro.

Qu se entiende por potencial elctrico?

El potencial es la energa potencial por unidad de carga. Se define el potencial Ven cualquier punto en el campo elctrico como la energa potencial U por unidad de carga asociada con una carga de pruebaq0 en ese punto:

Qu son superficies equipotenciales?

Una superficie equipotenciales una superficie tridimensional sobre la que el potencial elctrico V es el mismo en todos los puntos. Si una carga de prueba q0 se desplaza de un punto a otro sobre tal superficie, la energa potencial elctrica q0V permanece constante.

Cules son las propiedades ms importantes de las lneas de campo elctrico?

Las lneas de campo el campo elctrico es tangente en cualquier punto que est en la direccin del vector del campo elctrico en dicho punto.

Muestran la direccin de en cada punto, y su espaciamiento da una idea general de la magnitud del campo elctrico en cada punto.

Las lneas del campo elctrico divergen de las cargas elctricas positivas y convergen en las cargas positivas.

Las lneas de campo y las superficies equipotenciales siempre son perpendiculares entre s.

Las lneas de campo elctrico siempre apuntan en direccin en que disminuye el potencial elctrico.

Por qu las lneas de campo elctrico deben ser en cada punto perpendiculares a las superficies equipotenciales?

Cuando una carga se mueve sobre una superficie equipotencial la fuerza electrosttica no realiza trabajo, pues es conservativo, as es cero, y para que sea cero, este debe ser perpendicular al desplazamiento, por lo que el campo elctrico (paralelo a la fuerza) es siempre perpendicular a las superficies equipotenciales.

Por qu dos lneas de campo elctrico no pueden cruzarse?

Dos lneas no se cortan en ninguna forma, pues ello significara que en dicho punto existen diferentes direcciones del campo elctrico.

Las lneas de campo elctrico son perpendiculares a las superficies que las generan, estas se van a extender paralelamente hasta el infinito, o a otra carga, pero jams llegaran a cruzarse.

5 CONCLUSIONDespus de investigar sobre temas sobre campo elctrico, superficies equipotenciales, ley de Coulomb, potencial elctrico, lneas de campo, ley de Gauss, y adems hecho esta prctica ultimar que el campo elctrico puede representarse mediante lneas del

campo elctrico o de fuerza que se originan en las cargas positivas y terminan en las cargas negativas, dirigidas hacia la regin que tenga menor potencial. A dems que el potencial elctrico es inversamente proporcional a la distancia y directamente proporcional a la carga. Y que las lneas equipotenciales son concntricas a las cargas que las generan, adems son perpendiculares a las lneas de campo elctrico.

5 REFERENCIAS

[1] GIANCOLI Douglas C. FISICA. PRINCIPIOS CON APLICACIONES. Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A. Mxico, 1997[2] E.M.PURCELL: "Electricidad y Magnetismo", Berkeley PhysicsCourse Vol. 2, Ed. Revert S.A., Barcelona, 1969[3]SEARS, ZEMANSKY, YOUNG, FREEDMAN: '" FisicaUniversitaria", Vol. I y II, Pearson, 1999

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Figura tomada de: Programa de Fsica. Guas de laboratorio Lneas equipotenciales y campo elctrico. Universidad del Atlantico.

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