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Marzo 1, 2010 Código: 1695 Laboratorio 2 de Física Electricidad

Departamento de Física © Ciencias Básicas Universidad del Norte

LABORATORIO 2: LINEAS EQUIPOTENCIALES Y CAMPO ELÉCTRICO Vanessa Aarón Henríquez vaaron@uninorte.edu.co Ingeniería Industrial

Andrés Ortega Ariza arortega@uninorte.edu.co Ingeniería de Sistemas

Eduanis Salazar Rivera eduaniss@uninorte.edu.co Ingeniería Electrónica

RESUMEN Se estudió la distribución del campo eléctrico y el potencial eléctrico sobre una superficie conductora a partir de la búsqueda de las líneas equipotenciales y las líneas de campo, a fin de revisar qué tanto difieren de los esquemas teóricos de dicha distribución. ABSTRACT It’s been studied the distribution of the electric field and electric potential over a conductive surface by the search of equipotential and field lines, with the intention of checking how much they differ from the theoretical schemes of that distribution. PALABRAS CLAVES Campo eléctrico, Líneas de campo eléctrico, Potencial eléctrico, Diferencia de potencial, Líneas equipotenciales. OBJETIVOS General: Analizar las líneas equipotenciales y de campo eléctrico en una región perturbada por dos electrodos. Específicos: 1. Trazar líneas equipotenciales y de campo eléctrico generado por dos electrodos constituidos por dos líneas paralelas (placas paralelas). 2. Trazar líneas equipotenciales y de campo eléctrico generado por dos electrodos constituidos por dos puntos.


Marzo 1, 2010 Código: 1695 Laboratorio 2 de Física Electricidad

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Líneas equipotenciales Una vez configurados el Datastudio y la interfaz, se conectaron en el primer caso el electrodo positivo a uno de los chinches que sostenían un papel conductor sobre una base de corcho y el electrodo negativo se fijó a la terminal negativa de la fuente de manera que sobre el papel atuasen las cargas positiva y negativa. Se desplazó el electrodo positivo del voltímetro sobre el papel hasta que éste encontrase un potencial de tres voltios sobre el papel. Mientras un miembro del grupo buscaba más puntos donde el potencial eléctrico fuese de 3 voltios, otro miembro anotaba los puntos en una copia del papel hasta tener suficientes para juntar una sola línea, que sería la línea equipotencial de 3 voltios. Se realizó la misma tarea buscando esta vez líneas equipotenciales de 5 y 7 voltios. En la fig. 1.1 se observan claramente las líneas equipotenciales encontradas.

7V

5V

3V

Fig. 1.1. Líneas equipotenciales en azul. Electrodo positivo en rojo, electrodo negativo en negro

En las dos líneas paralelas se realizó el mismo procedimiento, el cual se ilustra en la fig. 1.2.


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Fig. 1.2. Líneas equipotenciales en azul, electrodo positivo en rojo, electrodo negativo en negro.

Resultados obtenidos: En el primer caso, los puntos de igual potencial eléctrico al unirse formaban curvas irregulares. A medida que se acercaban al electrodo positivo (el punto de referencia), el potencial se hacía mayor. En el segundo caso, los puntos de igual potencial eléctrico al unirse formaban aparentes rectas si se miraba únicamente la región entre los dos electrodos, pero si se medían fuera de ésta, tendían a formar curvas. Al igual que en el primer caso, a medida que se acercaban al electrodo positivo (el punto de referencia), el potencial se hacía mayor. 2. Campo eléctrico. La conexión en la interfaz, la fuente y los electrodos de la fuente permaneció igual, pero lo único variante fue que en este caso se buscó sobre el papel mediante las puntas de medición de campo la línea cuyo potencial eléctrico fuese mayor entre el electrodo positivo y el electrodo negativo. Mientras un miembro del grupo buscaba más puntos donde el potencial eléctrico fuese mayor, otro miembro anotaba los puntos en una copia del papel hasta tener suficientes para juntar una sola línea, que sería la línea de campo. En la fig. 2.1 se observan claramente las líneas equipotenciales encontradas.


Marzo 1, 2010 Código: 1695 Laboratorio 2 de Física Electricidad

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Fig. 2.1. Línea de campo en púrpura. Electrodo positivo en rojo, electrodo negativo en negro

En las dos líneas paralelas se realizó el mismo procedimiento, el cual se ilustra en la fig. 1.2.

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Fig. 2.2. Línea de campo en púrpura, electrodo positivo en rojo, electrodo negativo en negro.


Marzo 1, 2010 Código: 1695 Laboratorio 2 de Física Electricidad

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Resultados obtenidos: En el primer caso, los puntos de igual potencial eléctrico al unirse formaron una curva irregular cuyo punto más bajo tendía al electrodo negativo. En el segundo caso, los puntos de igual potencial eléctrico al unirse formaron una curva de forma mucho más definida que la obtenida en el proceso anterior.

3. ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS Antes de iniciar un análisis concreto de los resultados, observemos las imágenes correspondientes a las líneas de campo eléctrico entre dos cargas, sean puntos o líneas paralelas, y las líneas equipotenciales entre dichas cargas:

Fig. 3.1. Líneas de campo (rojas) y equipotenciales (negras) entre dos cargas de signos diferentes.

Fig. 3.2. Líneas de campo (rojas) y equipotenciales (negras) entre dos cargas paralelas de signos diferentes.

Si se comparan las figuras anteriores con los resultados obtenidos podemos ver que hay cierta similitud y muy fácilmente concluir que en general las líneas equipotenciales son perpendiculares al campo eléctrico (recordemos que el vector E es tangente a las líneas de campo). En contraste con la figura 3.1, las líneas equipotenciales entre los dos puntos no son curvas simétricas, esto debido a que resultaba prácticamente imposible buscar puntos con exactamente 3, 5 o 7 voltios; se encontraban puntos que oscilaban entre los 3 y los 3,5 hasta 3,7 voltios. Dicha situación se presenta de igual modo en las líneas equipotenciales de las dos líneas paralelas. En cuanto al campo la misma situación se repite, pero en este caso los resultados se veían cada vez más afectados conforme vibraba la mano de quien sostenía las puntas de medición.


Marzo 1, 2010 Código: 1695 Laboratorio 2 de Física Electricidad

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1. ¿Qué significado físico tiene el hecho que las líneas equipotenciales estén igualmente espaciadas? El significado que tiene es que se encuentran igualmente espaciadas, es decir, por fenómenos físicos su campo es uniforme, debido a que las cargas del dipolo son uniformes también, lo que produce la subsistencia en el campo eléctrico, por lo que este varia solo en relación a la distancia respecto a la carga, conservando la misma magnitud, por consiguiente producen la misma diferencia de potencial a una determinada distancia. 2. Establezca la relación entre la separación de las líneas paralelas y la magnitud del campo eléctrico, en el centro de las placas. La relación que se establece entre la separación de líneas paralelas y la magnitud del campo eléctrico es debido a que la distribución del campo se origina por las líneas equipotenciales, las cuales forman círculos concéntricos en relación a la carga positiva, es decir que son inversamente proporcionales en relación al potencial eléctrico. La dirección del campo eléctrico es en la dirección de la fuerza experimentada por una carga positiva. Las líneas paralelas son dipolos que describen, los cambios en dirección de las fuerzas al pasar de un punto a otro. En el caso del campo eléctrico, puesto que tiene magnitud y sentido, se trata de una cantidad vectorial, y las líneas de fuerza o líneas de campo eléctrico indican las trayectorias

CONCLUSIONES El trazado de las líneas equipotenciales y del campo eléctrico, luego de esquemas experimentales (fig.: 1.1, 1.2, 2.1, 2.2), puede verse favorecido si para clarificarlo se utilizan programas que, a partir de un voltaje dado para la superficie, puede determinar la distancia entre línea y línea. Por diversas razones la superficie estudiada podría no tener su carga 100% uniformemente distribuida. Los resultados experimentales difícilmente igualan a los gráficos teóricos.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Castro, D. Olivos, A. (2008). FÍSICA ELECTRICIDAD PARA ESTUDIANTES DE INGENIERÍA. Barranquilla: Colombia. Ediciones Uninorte.


Laboratorio 2 - Lineas Equipotenciales y de campo