Líneas Equipotenciales y Campo Eléctrico
Jossy Aguas Medina
Email: aguasj@uninorte.edu.co
Ingeniería de Sistemas
Estefanía Becerra Sanabria
Email:sanabriae@uninorte.edu.co
Ingeniería Eléctrica
Elkin Cubas Mendoza
Email: ecubas@uninorte.edu.co
Ingeniería de Sistemas
Inírida Carrillo Foliaco
Email: ifoliaco@uninorte.edu.co
Ingeniería Electrónica
RESUMEN
En este trabajo analizaremos el comportamiento de las líneas de campo y las líneas equipotenciales en un medio establecido con partículas cargadas, teniendo en cuenta sus direcciones y sus magnitudes.
ABSTRACT
This report we will analyze the behavior of the field lines and equipotential lines in an established medium with charged particles, taking into account their directions and their magnitudes.
1. INTRODUCCION
En este trabajo hablaremos sobre el comportamiento y cualidades de los campos eléctricos y de las líneas de campo equipotenciales. Lo anterior fue evaluado en el laboratorio por medio de papel conductivo y cargas diferentes. Esta experiencia nos arrogó datos que fueron presentados en forma de gráficos y que se mostraran mas adelante en este trabajo.
2. OBJETIVOS
2.1 General:
• Analizar las líneas de campo eléctrico en una región perturbada por dos electrodos, obtenidas a partir del trazo de las líneas equipotenciales.
2.2 Específicos:
• 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.
3. MARCO TEORICO
3.1 Campo eléctrico: En general un campo es una región del espacio al que se le asigna un valor que depende de una función (en matemáticas). En particular un campo eléctrico esta dado por la acción de una fuerza eléctrica (en física la función es una fuerza como la eléctrica).
3.2 Campo eléctrico uniforme: Los campos eléctricos son vectores que tienen una magnitud y una dirección. Para una partícula muy pequeña con carga eléctrica el campo que la rodea cambia tanto de dirección como de magnitud, pero entre dos placas metálicas cargadas con una carga opuesta (es decir una positiva y otra negativa) el campo eléctrico siempre tiene la misma magnitud y la misma dirección, eso es campo eléctrico uniforme. Deben existir dos condiciones: las placas deben de ser infinitas (o muy grandes en su área) para evitar el efecto de borde (donde el campo se deforma) y la distancia entre las placas debe ser discreta, es decir que las placas no deben de estar muy alejadas (de lo contrario habría que aumentar la carga de cada placa) y no muy cerca pues pueden romper la constante dieléctrica del medio que las separa (lo que provocaría chispas eléctricas entre las placas).
3.3 Líneas de campo eléctrico: Las líneas de campo son una representación totalmente matemática de la distribución del campo en el espacio que rodea al sistema cargado, es decir, físicamente no existen pero estas ayudan a visualizar el campo eléctrico, que sí existe.
3.3.1 Propiedades del campo eléctrico: Las líneas de campo tienen unas propiedades:
1. Las líneas de campo se dibujan simétricamente saliendo o entrando a la carga.
2. Las líneas de campo eléctrico comienzan en las cargas positivas y terminan en las negativas o en el infinito.
3. La dirección del campo en un punto dado es la dirección de la tangente a la línea de campo.
4. Las líneas de campo nunca se cruzan.
5. La densidad de líneas en un punto es proporcional al valor del campo en dicho punto.
6. El número de líneas que abandonan una carga positiva o entran a una carga negativa es proporcional a la magnitud de la carga.
7. A grandes distancias de un sistema de cargas, las líneas de campo están igualmente espaciadas y son radiales, como si procediesen de una sola carga puntual igual a la carga neta del sistema.
3.4 Líneas equipotenciales: La región o superficie equipotencial, se produce cuando la magnitud del potencial eléctrico es constante. Por su parte las líneas equipotenciales son la intersección de las superficies equipotenciales en un campo, sobre estas líneas el potencial del campo es el mismo y las hallamos mediante ensayos de laboratorio.
3.5 Potencial eléctrico: El potencial eléctrico en un punto 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. Matemáticamente se expresa por:
Considérese una carga de prueba positiva, la cual se puede utilizar para hacer el mapa de un campo eléctrico. Para tal carga de prueba localizada a una distancia r de una carga q, la energía potencial electrostática mutua es:
De manera equivalente, el potencial eléctrico es =
3.6 Diferencia de potencial: Es la diferencia entre los potenciales de dos puntos entre los cuales se va a mover nuestra carga. Esta se representa con la letra V.
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Primero se conectaron todos los dispositivos necesarios a data studio, luego de esto se calibraron la fuente de poder y los sensores de voltaje. La fuente de poder se dejo calibrada a 10 voltios. Al tener ya fijados los electrodos, se procedió a fijar la hoja conductora a una tabla triplex con chinches metálicos. A dos de los chinches metálicos los cuales se encontraban en el centro de la hoja, separados un promedio de 20 cm, se le conecto a uno de los chinches el terminal negativo como punto de referencia. Al terminar toda esta preparación, se procedió con la toma de datos, para la hoja conductora sin placas paralelas. La toma de datos de esta consistió en deslizar por encima de los puntos de la hoja conductora el terminal positivo, con el fin de encontrar los puntos donde se mostraran los voltajes de valor 3, se tomaron por lo menos 5 puntos por cuadrante para poder trazar las líneas. Este procedimiento se repitió para 5 y 7 voltios.
Por segundo se cambio la hoja conductora sin placas paralelas y se coloco la hoja conductora con placas paralelas. La cual tenía las mismas características que la hoja anterior, solo que esta tenia adicionalmente dos barras paralelas separadas a lo más 20 centímetros entre ellas. Se repitió el procedimiento de la toma de datos del primer experimento.
5. DATOS OBTENIDOS
5.2 Experimento # 1(Caso de círculos concéntricos)
Fig.1 Líneas equipotenciales y líneas de campo para dos círculos concéntricos de cargas opuestas.
5.1 Experimento # 2 (Caso de las líneas paralelas)
Fig. 2 Líneas equipotenciales y líneas de campo para dos placas paralelas con cargas opuestas.
6. ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
6.1 Preguntas de Análisis
Pregunta 1: En la configuración de placas paralelas ¿en qué dirección, con respecto a las líneas equipotenciales, se midió la mayor diferencia de potencial? ¿En qué dirección apunta entonces el campo eléctrico?
Rta: La dirección de las líneas equipotenciales está con respecto a las líneas de campo puesto que las líneas de campo son perpendiculares a las líneas de campo y así se mide la mayor diferencia de potencial que fue en la placa negativa. El campo eléctrico va desde la placa positiva hacia la placa negativa.
Pregunta 2: Para ambas configuraciones, dibuje las líneas de campo a partir de las líneas equipotenciales. Describa cualitativamente como están dispuestas estas líneas
Rta: Cuando la carga es puntual el campo eléctrico va formado una curva, la forma de las líneas equipotenciales determinan la configuración de las líneas de campo; Cuando es para las placas paralelas se curvan en el extremo de las placas paralelas lo cual produce que las líneas se curven; Cuando es para circunferencia la línea va radial a la carga en línea recta desde el punto inicial hasta la circunferencia.
Pregunta 3: ¿Cómo está distribuido el potencial eléctrico en la región entre los círculos concéntricos?
Rta: Esta distribuido en el centro de la circunferencia entre más nos acerquemos el potencial va disminuyendo.
7. CONCLUSION
De esta experiencia, podemos concluir que las líneas de campo eléctrico comienzan en las cargas positivas y terminan en las negativas. Además las líneas nunca se cruzan. Las líneas equipotenciales es la unión de los puntos donde hay igual diferencia de potencial eléctrico, es decir donde hay igual voltaje.
BIBLIOGRAFIA
FISICA EXPERIMENTAL ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO. Mendoza Aníbal, Ripoll Luis, Miranda Juan; Ediciones Uninorte.
LINK DE DESCARGA DEL DOCUMENTO
miércoles, 10 de marzo de 2010
Suscribirse a:
Entradas (Atom)