! de agosto del
CAMPO ELÉCTRICO Y SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES Yesmith Medina Ruiz, Willlington Vertel Díaz y José Mestra Villegas. Curso de Física De!artamento de ngeniería ndustrial "ni#ersidad de C$rdo%a, Montería
RESUMEN &n esta !r'ctica estudiamos la relaci$n (ue se esta%lece entre la )uerza y el cam!o eléctrico, lo cual es im!ortante !ara entender, entender, identi)icar y de)inir una magnitud magnitud escalar, !otencial eléctrico *V+ (ue tenga en cuenta la !ertur%aci$n (ue la carga )uente ) uente (ue se !roduce en un !unto del es!acio. "tilizamos instrumentos (ue nos ayudaron a esta%lecer una di)erencia o relaciones entre los #alores !otenciales o%tenidos durante la !r'ctica. sí mismo, en la !r'ctica #i#enciamos muchos de los e)ectos (ue ocurren diariamente, y los cuales no entendíamos, !or e-em!lo, (ue las líneas l íneas de cam!o siem!re nacen de la carga !ositi#a y mueren en la carga negati#a.
1. INTR INTROD ODUC UCCI CIÓN ÓN 2. oda !artícula (ue tenga carga eléc léctric tricaa !ro !roduce duce un cam!o eléc eléctr tric ico. o. &l cam! cam!oo eléc eléctr tric icoo es!ec es!eci)i i)ica ca la intera interacci cci$n $n entre entre cuer! cuer!os os con carg cargaa eléctr eléctrica ica,, él cual )ue el moti#o de esta !r'ctica /ara !oder determinar la naturaleza del cam!o eléctrico es im!ortante !oder gra)icarlo. 0as líne líneas as e(ui e(ui!o !ote tenc ncia iale less son son de gran ayuda !ara este !ro!$sito ya (ue en una línea e(ui!otencial la ener energí gíaa !ote !otenc ncia iall no cam% cam%ia ia,, entonces no se necesita realizar tra%a-o !ara mo#er un cuer!o con carga a lo lar largo de la línea e(ui! e(ui!ote otenci ncial. al. /or esto esto se sa%e sa%e (ue (ue las las líne líneas as e(ui e(ui!o !ote tenc ncia iale less est'n a 'ngulos rectos res!ecto a la direcci$n del cam!o eléctrico en cual(uier !unto dado.
2.1.
OBJETIVOS
Determinar 3. * experimentalmente las las
dierencia de potencial aplicado en los electrodos de esta. Establ blec ecer er medi median ante te el 4. * Esta montaje montaje experim experimenta entall de la Fig. 1, la relación unid unidim imen ensi sion onal al exist xisten ente te entre la dierencia de potencial y campo eléctrico.
5. MARCO TEORICO 6. -CAMPOELECTRICO:
&ste es a(uel donde e1iste una )uerza (ue act2a a distancia, lo (ue no )ue )'cil de ace!tar !ara los !ensadores antiguos. 0a idea de cam! cam!oo se e1ti e1tien ende de de toda toda carga hacia )uera e in#ade todo el es!aci es!acio. o. Cuando Cuando se coloca coloca una segunda carga cerca de la !rimera, 3siente3 una )uerza de%ido a (ue el cam!o eléctrico est' est' allí allí.. 4e cons consid ider eraa (ue (ue el cam!o eléctrico en el lugar de la segunda carga interact2a directamente con esa carga !ara !roducir la )uerza.
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#. Matem'ticamente
se descri%e como un cam!o #ectorial en el cual una carga eléctrica !untual de #alor ( su)re los e)ectos de una )uerza mec'nica
!or
la
siguiente
1#.
F dada
ecuaci$n5
F q E =
8. . - L!NEAS DE CAMPO5 &stas son líneas !er!endiculares a la su!er)icie del cuer!o, de manera (ue su tangente geométrica en un !unto coincide con la direcci$n del cam!o en ese !unto. &sto es una consecuencia directa de la ley de 6auss, es decir encontramos (ue la mayor #ariaci$n direccional en el cam!o se dirige !er!endicularmente a la carga.
1".
1$. 15. - POTENCIAL ELÉCTRICO: &n un !unto es el tra%a-o (ue de%e realizar una )uerza eléctrica !ara mo#er una carga !ositi#a ( desde la re)erencia hasta ese !unto, di#idido !or unidad de carga de !rue%a. Dicho de otra )orma, es el tra%a-o (ue de%e realizar una )uerza e1terna !ara traer una carga unitaria ( desde la re)erencia hasta el !unto considerado en contra de la )uerza eléctrica, di#idido !or esa carga.
1%.
11. 12. L!NEAS EQUIPOTENCIALES: l unir los !untos en los (ue el cam!o eléctrico es de igual magnitud, se o%tiene lo (ue se conoce como su!er)icies e(ui!otenciales, son a(uellas donde el !otencial tiene el mismo #alor numérico.
1&. MATERIALES' MONTAJE Y PROCEDIMIENTO 18. 18.1. MATERIALES 1.
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2".
21.
F(g.7 Materiales
22. 2#. 2$. 25. 2%. 2&.
Fuente de #olta-e. /inzas de cocodrilo. /lastilina. 0'minas de aluminio. Ca%les de cone1i$n *!ara el #olumetría se de%e tener uno de los dos con !unta de !rue%a+ 28. Milímetro. 2. Cu%eta de ondas. #". 8o-a milimetrada.
#1. #1.1. MONTAJE Y PROCEDIMIENTO #2. ##.
#$.
la di)erencia de !otencial, esta%lecidos !or una F&M *de 9 a :;V en DC+ conectada a los dos electrodos met'licos, re!resentado uno como el 'nodo y el otro como el c'todo. Des!ués de esto se de%en hacer los siguientes !asos5
#&. 1. Conecte el #oltímetro al 'nodo y con el otro e1tremo del ca%le !ositi#o identi)i(ue !or lo menos tres de las su!er)icies e(ui!otenciales !er!endiculares al cam!o generado !or los electrodos met'licos, mida el !otencial en tres !untos !ara cada su!er)icie y registre los resultados o%tenidos en la ta%la :.
#8. 2. Mida la di)erencia de !otencial del cam!o eléctrico, !artiendo de la !laca negati#a a la !ositi#a con se!araci$n de a!ro1imadamente 7cm, tomando como re)erencia la ho-a milimetrada (ue se encuentra en el )ondo del reci!iente. Re!ita dos o tres #eces estas medidas seg2n el com!ortamiento de los datos y an$telos en la ta%la 7.
Fig.7. Monta-e e1!erimental
#5. PROCEDIMIENTO
#.
#%. /ara el estudio de esta !r'ctica, el
$".
monta-e e1!erimental se hace como se indica en la )igura 7. Consiste en una %ande-a rectangular de #idrio trans!arente, a la cual se le agrega agua como material conductor *de %a-a conducti#idad eléctrica+. De%a-o de la %ande-a *o cu%eta+ se coloca una ho-a de !a!el milimetrado (ue !ermite conocer a!ro1imadamente las coordenadas de cada !unto en donde se desea medir el cam!o o
$1. $2. $#. $$. $5. ) + , $
$%. $
$&. &
$8. 12
51
52
5#
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5". V V
V $ V
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55. 7.
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ΔV
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7
7
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1"#.F(34/ 2: 6ra)ica de datos su!er)iciales e(ui!otencial •
75.
$
/odemos notar (ue se o%tu#o una gr')ica creciente con los datos o%tenidos de su!er)icies e(ui!otenciales.
1"$. 1"5.
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82.
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:
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7
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ΔV
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7
7
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1"%.
%. T/0/ 25 Medidas de di)erencia
*)cm
F(34/ #: 6ra)ica de las
medidas de di)erencias 1"&. de !otenciales.
de !otencial.
1"8.
&.
•
8.EVALUACIÓN . 1"".1. Realice la gr')ica de la di)erencia de !otencial *@V+ en )unci$n de la distancia *1+. ABué ti!o de gra)ica se o%tiene
/odemos notar (ue se o%tu#o una gr')ica creciente con los datos o%tenidos de las medidas de di)erencias de !otencial.
1".2. Deduzca la relaci$n em!írica entre las #aria%les del !unto
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anterior e intér!rete )ísicamente sus constantes.
11".R. /odemos deducir (ue la selecci$n em!írica (ue se da entre la #aria%le de @V y , nos arro-$ como resultado el cam!o eléctrico y realizamos la !ro!orci$n entre am%as #aria%les así5
111. ΔV ( V ) Ē= 112. X ( m) o%ser#ar de las gr')icas anteriores (ue el cam!o eléctrico *E+, aumenta a medida (ue se toma m's distancia.
11$.#. Com!are el #alor del cam!o eléctrico o%tenido con la di)erencia de !otencial de la F&M y la distancia entre las !lacas de aluminio, con el o%tenido mediante la relaci$n em!írica.
115. 11%.R. tenemos los siguientes dos casos5
11&.
/ara el : caso tenemos
témenos5 =
11. X 12".
E ₁=
121.
=
V m
125. /or lo tanto, !odemos notar claramente (ue &₁G&₂.
12%.$. A4on iguales o di)erentes la di)erencia de !otencial entre las !lacas y la !eri)eria de estas, a una distancia )i-a con res!ecto a la !laca negati#a &1!li(ue. las !lacas se genera cuando cam%iamos a una !osici$n horizontal la !laca !ositi#a a negati#a, entonces la energía !otencial #a a de!ender de la distancia del !unto, !ero si cam%iamos a una !osici$n #ertical a las !lacas, la energía !otencial es igual al mo#erse rectamente. am%ién se de%e tener en cuenta (ue en un cam!o eléctrico uni)orme lle#ar la carga de !rue%a del !unto al !unto H es el mismo a lo largo de toda la trayectoria es decir es conser#ati#o.
128.5. AC$mo se garantiza (ue las
:. &#identemente sacamos V de la F.&.M y la distancia (ue hay entre las !lacas ;,:7m. 7. &m!íricamente el #olta-e nos arro-$ un resultado de >,:V y la distancia entre las !lacas es de ;,:7m.
118. ΔV
12$. 0,12 m
= 34,6
12&.R. 0a di)erencia !otencial entre
11#. /odemos
E
12#. 4,16 V
E ₂=
V m
6 V 0,12 m
=
50
V m
122./ara el 7 caso tenemos5
líneas de cam!o eléctrico y las su!er)icies e(ui!otenciales sean !er!endiculares entre sí
12.R. /ara (ue el tra%a-o realizado !or una recta sea nulo, esta de%e ser !er!endicular al des!lazamiento, entonces cuando una carga se mue#e so%re una su!er)icie e(ui!otencial, la )uerza electa est'tica no realiza tra%a-os, !uesto (ue la @V es nula. /or lo (ue el cam!o eléctrico *!aralelo a la )uerza+ es siem!re !er!endicular a las su!er)icies e(ui!otenciales. '3(.
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1#1.
CONCLUSIÓN
1#2.&sta e1!eriencia nos ayud$ a com!render me-or los )en$menos de cam!o eléctrico y los e)ectos (ue éste !roduce. dem's, gracias a la !r'ctica en el la%oratorio, im!lementamos conce!tos como el de di)erencia de !otencial y líneas e(ui!otenciales, con los cuales !odemos llegar a di#ersas conclusiones.
1##.I &l cam!o eléctrico, aumenta a medida (ue se toma m's distancia, (ue la !osici$n de las !lacas ya sea ya sea horizontal o #ertical genera un cam%io en la energía !otencial, (ue !ara (ue el tra%a-o realizado !or una recta sea nulo, esta de%e ser !er!endicular al des!lazamiento y (ue esta !ro!iedades !ueden ser im!ortantes !ara el entendimiento de las )unciones en algunas ramas la ciencia.
1#$.I /or 2ltimo, !ero no menos im!ortante, !or medio de esta e1!eriencia, !udimos dar res!uesta a los di)erentes )en$menos !lanteados, entendiéndolos, com!rendiéndolos y teniendo m's claridad de éstos, hasta el !unto de estar en la ca!acidad de res!onder las !reguntas re)erentes l tema dado.
1#5. 1#%.
1#&.
REFERENCIAS
1#8. •
•
•
•
. R, 4eray, J. W. Jeett. Física !ara ciencias e ingeniería. &ditorial homson. *Junio 7;;9+. Volumen htt!5KKdocencia.udea.edu.coKregion alizacionKirsI >;>KcontenidoKca!itulo>.html htt!5KK.scri%d.comKdocK7;9=9 ?=>K0L&4&B"/&LC0& 4IYICM/I&0&CRC htt!5KK.slideshare.netKguestd?< e%)Kin)omeI7I linease(ui!otencialesIyIcam!oI electrico Consultado el día 79K;NK:: '3). '4(. '4'. '4*. '43. '44. '4+.
1$%. 1$&. 1$8. 1$. 15". 151. 152. 15#. 15$.
155. 156.
