Septiembre, 2009Código: 1033Laboratorio de Electroestática, Física Eléctrica

Departamento de Física©Ciencias Básicas

Universidad del Norte - Colombia

Luis Carlos Farelofarelol@uninorte.edu.co

Ingeniería Mecánica

Laura Palominolpalomino@uninorte.edu.co

Ingeniería Industrial

Abstract

Through this experiment we analyze the shape and direction of the equipotential lines and electric field lines that it causes for different things that we can found in different shapes, either in a timely manner and parallel lines, and we explain the way how the one with the other interact, having the two objects with different load.

Resumen

Por medio de este experimento, analizamos la forma y dirección de las líneas equipotenciales y campo eléctrico que son causadas por elementos que encontramos en diferentes formas, ya sea de maneras puntuales y en líneas paralelas, y explicamos la forma cómo interactúan la una con la otra, teniendo las 2 objetos con diferente carga.

Introducción

En nuestra época casi todos los objetos de nuestra vida cotidiana producen un campo y un diferencial de potencial, para entender esto primero tenemos que entender lo que quiere decir estos dos términos, lo cual explicaremos mas adelate, y también explicaremos por qué ocurre cada una.

Objetivos

Analizar las líneas de campo eléctrico en una región perturbada por dos electrodos, obtenidas a partir del trazo de las líneas equipotenciales.

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 puntos.

Marco Teórico

Campo eléctrico: Campo es una región del espacio donde existe una distribución de una magnitud escalar o vectorial, que puede además ser o no dependiente del tiempo. Campo eléctrico es la región del espacio donde actúan las fuerzas eléctricas.

Línea de campo eléctrico: Son líneas imaginarias que describen, si los hubiere, 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 que seguirían las partículas positivas si se las abandonase libremente a la influencia de las fuerzas del campo. El campo eléctrico será un vector tangente a la línea de fuerza en cualquier punto considerado.

Energía potencial eléctrica: cantidad de trabajo que se necesita realizar para acercar una carga puntual de masa nula con velocidad constante desde el infinito hasta una distancia r de una carga del mismo signo, la cual utilizamos como referencia. En el infinito la carga de referencia ejerce una fuerza nula.

Potencial eléctrico: es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica 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 eléctrica, dividido por esa carga.

Líneas equipotenciales: son el lugar geométrico de los puntos del espacio en los que el potencial tiene un mismo valor.

Procedimiento

En esta experiencia se usa papel conductivo cuadriculado en centímetros con cuatro diferentes configuraciones de electrodos dibujados con un bolígrafo de tinta conductoras. Se busca medir el campo eléctrico a partir de dos líneas equipotenciales muy cercanas y en segundo lugar trazar líneas equipotenciales a partir del trazado de líneas de campo eléctrico.

Configuración del ordenador

1. Conecte el interfaz ScienceWorkshop al ordenador, encienda el interfaz y luego encienda el ordenador.

2. Conecte la clavija DIN del sensor de voltaje al Canal Analógico B del interfaz.

3. Conecte la clavija DIN del amplificador de potencia en el Canal Analógico A del interfaz. Enchufe el cable de alimentación en la parte posterior del Amplificador de Potencia. Conecte el otro extremo del cable de alimentación a una toma de corriente.

4. Inicie Data studio.

Calibración del sensor y montaje del equipo.

Realice el montaje como se indica en las figuras 2.1 y 2.2

Toma de datosCaso de las líneas paralelas:

Realice un montaje como indica la Figura 2.1.

1. Introduzca un valor de 8 voltios DC en la fuente de poder (Power Amplifier)

2. Fije el electrodo negativo al terminal negativo de la fuente y tómelo como referencia, en el sensor de voltaje para determinar el potencial en cualquier otro punto.

3. Trace en la hoja auxiliar un par de líneas con las mismas medidas que las de la hoja conductora la cual será utilizada para marcar las coordenadas obtenidas en la medición

4. Tome el terminal positivo del voltímetro y desplácelo sobre el papel conductor hasta que el voltímetro registre tres (3) voltios. Indíquele a su compañero la coordenada obtenida. Tenga la precaución de no apoyarse con sus manos en la hoja conductora

5. Repita el procedimiento anterior hasta encontrar sobre la hoja conductora otro punto que también registre tres (3) voltios.

6. Identifique sobre la hoja conductora otros puntos con el mismo potencial indicado en el numeral tres hasta completar un total de 6 puntos. Trate que los puntos no queden muy unidos para obtener una distribución adecuada.

7. Obtenidos todos los puntos anteriores en la hoja auxiliar suministrada, únalos con una línea continua. Estas líneas son llamadas líneas equipotenciales. Márquela como línea de 3 voltios..

8. Repita los pasos anteriores para potenciales de 1 y 5 voltios.

Caso de puntos

9. Haga el montaje de la figura 2.2

10. Repita los pasos del 1 al 7

Datos Obtenidos y Análisis

Grafica 1 – Puntos. Los puntos están ubicados a una distancia de 16 cm entre ellos, se ve que las líneas de campo van en dirección del positivo hacia el negativo, y vemos que las líneas equipotenciales van aumentando a medida que nos acercamos a la carga positiva.

Grafica 2 – Líneas paralelas. Las líneas tienen una longitud de 16 cm y están separadas entre sí por 8 cm, aquí como en la grafica anterior también vemos que las líneas de campo van en dirección del positivo hacia el negativo, y las líneas equipotenciales son mayores a medida que nos acercamos a la línea positiva.

Conclusiones

Con esta experiencia vemos que las líneas equipotenciales, que son las que nos indican el potencial eléctrico, van a ir aumentando a medida que nos acercamos a la carga positiva, y se va a ir reduciendo a medida que nos acercamos a la carga negativa o nos alejamos una cada vez mas de la carga positiva, podemos ver que el campo eléctrico va a ir en dirección de el objeto que este cargado positivamente hacia el que está cargado negativamente.

También vemos que las líneas equipotenciales están igualmente espaciadas y las cargas de los dipolos tienen la misma magnitud, esto quiere decir físicamente que producen la misma diferencia de potencial a una distancia dada

Bibliografia

[1] SEARS, Francis W. ZEMANSKY, Mark W, YOUNG; Hugh D; FREEDMAN, Roger A; fisica universitaria con fisica moderna. Undecima edicion, Mexico: Pearson Educacion 2005