Universidad Nacional de Cajamarca Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería De Minas
“POTENCIAL ELÉCTRICO Y SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES”
Curso: Física III
Docente: TORRES ALVARES, Jorge Daniel
Grupo:
único Ciclo: III
Integrantes:
AYALA CHILON SHIRLEY HEREDIA CEVALLOS WILSON HILARIO ROMERO JOSE JONER OLORTEGUI QUISPE KEVIN SOBERON PALMA DENNIS
II.RESUMEN
En el presente informe realizado el día jueves 29 de junio del presente año; realizado en las instalaciones del campus universitario de la universidad nacional de Cajamarca donde se desarrolló el experimento de potencial eléctrico y superficies equipotenciales con la finalidad de comprobar lo realizado en clases. Se prosiguió a dicho experimento en donde nos dividimos de 5 alumnos por grupo para poder trabajar de una manera adecuada. Se prosiguió a realizar el experimento teniendo todos los materiales con los cuales efectuaríamos nuestra práctica para ello el profesor explico la secuencia y la forma como desarrollarirnos nuestra práctica; seguido a ello nos entregó los equipos necesarios a utilizarse. Después de lo explicado realizamos el experimento como primer paso para el desarrollo verificamos todos los materiales que vamos a util izar e identificamos su funcionamiento seguido a ello un del compañero realizo la medición en el papel milimetrado un plano de coordenadas donde tomaríamos los puntos. Mientras los restantes nos distribuimos de manera ordenada para lijar, lavar, secar, etc los materiales a utilizar. Terminado todo ello se vertió la sustancia (POWER ADE) a la cubeta de vidrio antes a ello se fijó el papel milimetrado bajo dicha cubeta; se instalaron las placas paralelas, Encienda la fuente de tensión estableciendo una diferencia de potencial de 5 V aproximadamente. para realizar la medición respectiva tomando punto fijado con un electrodo, los puntos fijos más conveniente para realizar la practica sin dificultas tomados ppor el elctrodo fijo fuero (10, 0) (9, 0) (8, 0) (7, 0) (6,0) y (-10, 0) (-9, 0) (-8, 0) (-7, 0) (-6,0) y con el otro electrodo buscamos los puntos donde el voltímetro marque de cero y allí se establecería otro punto para el campo eléctrico. Finalmente, tras seguir el mismo procedimiento con to dos los puntos establecidos se pudo concluir con la imagen de la línea de campo el cual fue producto de la experimentación.
OBJETIVOS
I.
Identificar, representar gráficamente e interpretar las regiones equipotenciales y líneas de fuerza del campo eléctrico.
Determinar la intensidad del campo eléctrico y la diferencia de potencial entre distintos puntos no equipotenciales
Encontrar una serie de superficies equipotenciales de varias distribuciones de carga, a partir de diferencias de potencial
II.
FUNDAMENTO TEÓRICO
a) LÍNEA DE CAMPO Las líneas de campo eléctrico indican las trayectorias que seguiría una partícula positiva de masa despreciable si fuera liberada en reposo respecto al campo eléctrico. La tangente en un punto de una línea de campo indica la dirección del vector intensidad de campo eléctrico. Una carga puntual positiva dará lugar a un mapa de líneas radiales, puesto que las fuerzas eléctricas actúan siempre en dirección de la línea que las une a las cargas interactuantes dirigidas hacia afuera debido a que las cargas móviles positivas se desplazarían en ese sentido, es decir serían fuerzas repulsivas.
b) CAMPO ELÉCTRICO Las cargas eléctricas no necesitan de algún tipo de material para poder ejercer su influencia sobre otras, es por eso que las fuerzas eléctricas son consideradas como fuerzas de acción a distancia, a esta fuerza de acción a distancia recibe el nombre de campo y cuando este campo de fuerzas es aquella región del espacio donde se dejan sentir los efectos de fuerzas a distancia. De este modo el campo eléctrico es aquella región del espacio en donde deja sentir sus efectos producidos por una carga, es decir, si en un punto cualquiera del espacio en donde está definido un campo eléctrico se coloca una carga de prueba, se observará la aparición de fuerzas eléctricas, es decir, fuerzas de atracción o repulsión.
c) CAMPO ELECTRICO UNIFORME Un campo eléctrico es uniforme cuando el módulo de dirección y sentido es constante. Cuando esto ocurre, las líneas de campo son rectas paralelas y las superficies equipotenciales son superficies paralelas entre si y perpendiculares a las líneas de campo como se muestra en el siguiente dibujo: Donde las superficies equipotenciales son V1, V2, V3 y las líneas de campo son las flechas perpendiculares a las superficies.
d) POTENCIAL ELECTRICO Y DIFERNCIA DE POTECIAL El potencial eléctrico esta dado cuando el campo eléctrico es conservativo porque el trabajo realizado por las fuerzas del campo cuando una carga se traslada de un punto a otro, no depende del camino. El potencial eléctrico en un punto dado, se puede definir como el trabajo que realizan las fuerzas del campo eléctrico cuando la unidad de carga se traslada desde ese punto hasta el infinito. La diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un campo, representa el trabajo requerido para mover una unidad positiva de carga, desde un punto al otro contra la dirección del campo, fuerza o el trabajo realizado por la unidad de carga, que se mueve desde un punto al otro en la dirección de campo. Las cargas positivas s e mueven de un punto potencial mayor a un punto de potencial menor.
e) LINEAS EQUIPOTENCIALES Las líneas equipotenciales son intersecciones (perpendicularmente) de las superficies equipotenciales con el plano del dibujo. Una superficie equipotencial es el lugar geométrico de un campo escalar donde el potencial de campo o valor numérico de la función que representa el campo, es constante, es decir, que son aquellas en las que todos sus puntos tienen el mismo potencial. Las líneas potenciales no pueden cortarse entre sí, por tanto, las líneas de campo eléctrico tampoco. Además, no tienen ninguna dirección definida, es decir, que una carga de prueba situada sobre una línea equipotencial, esta no tiende a seguirla, sino a avanzar hacia otras de menor potencial. Al contrario de las líneas de campo, las líneas equipotenciales son siempre continuas. No tienen ni principio ni final.
El trabajo desarrollado por el campo sobre la carga q0 cuando se mueve desde A hasta B sobre la circunferencia de radio r, viene expresado por
r
r
W AB Fe .ds q0
B r
A
r
E.ds q0
W AB 0
B
A
0
E cos 90 ds
La variación de energía potencial desde A hasta B será
U W AB 0
Sabemos además que la variación de potencial (diferencia de potencial) es la variación de energía potencial por unidad de carga. Por tanto se tiene
V V B V A
U
q0
0
q0
0
V B
V A
III.
METODOLOGUIAS Y TECNICAS a) EQUIPOS
multitester
b) MATERIALES
Papel milimetrado
Líquido que contenga sales minerales (esporade)
Fuente de vidrio
c) DISEÑO EXPERINMENTAL d) PROCEDIMIENTO
el docente encargado de dirigir el laboratorio antes de empezar el experimento no dio una noción previa de cómo realizar el experimento.
el profesor procedió a repartir los materiales a cada grupo e indicar el uso de estos.
Se ordeno los materiales y los equipos a usar luego se procedió a lavar el sostén del experimento que es la bandeja de vidrio.
Se divide le papel milimetrado en cuatro cuadrantes divididos por el eje de coordenada X, Y; que luego es colocada debajo de la bandeja de vidrio limpia.
Se vierte la solución, electrolítica en este experimento se usó pawerade
Se ligan los electrodos y las placas para que estén libres de oxido y las corrientes electicas pueda fluir mejor y no haya discontinuidad de voltaje y los datos que se obtendrán sean lo mayor precisos posibles
Se conecta cada uno de los dos electrodos en paralelo con la fuente de tensión; la terminal negativa del voltímetro debe ir conectada a la terminal negativa de la fuente o al electrodo conectado a la terminal negativa de la fuente, mientras que el otro terminal del voltímetro llevara una punta exploratoria que podrá moverse a través de la solución a fin de determinar el potencial correspondiente. La fuente de voltaje debe estar
Se arma en el equipo antes mencionada quedando tal i como esta en la
figura (A)
fig(A)
Se conecta la fuente de voltaje a la corriente electica encendiéndose y repartiendo voltaje a ambas placas y asi ovteniendoce un dieferncial de potencial
Se enciende el voltímetro y se verifica que lo electrodos estén bien conectados y limpios.
Se procede a colocar un electrodo fijo sobre el eje X y con el otro que llamaremos punta exploratoria se procede a encontrar los pondos donde el voltímetro marque 0.
fig(B)
Para obtener los puntos de la primera curva equipotencial, mida el potencial del punto (0, 0) registrando dicho valor en la tabla correspondiente. Para obtener otros puntos de igual potencial, desplace la punta exploratoria paralelamente al eje X, siendo Y un número entero (2 cm), hasta que el voltímetro registre el mismo potencial. Registre las coordenadas en la Tabla.
una ves encontrado 80 puntos en los 4 cuadrantes donde el voltímetro marco cero se procede a transcribirlos al papel milimetrado luego de esto se los une, de esta manera se descubrirán líneas que representa las líneas del campo eléctrico. Fig(C)
fig(B)
fig(C)
IV.
ANALISIS Y RESULTADOS
Mediante el desarrollo de esta práctica observamos como una carga eléctrica (o un conjunto de ellas, en nuestro caso dos cargas) genera un campo eléctrico alrededor de si misma, situación que fue analizada mediante la ayuda de equipos de laboratorio, midiendo el potencial eléctrico en ciertos puntos dentro de la cubeta con cada una de las configuraciones, para intentar encontrar aquellos en los que la diferencia de potencial era de igual magnitud, situación que nos comprobó de existencia de superficies equipotenciales. Nunca se cruzan entre si, debido a que la diferencia de potencial eléctrico entre cada línea generada en el campo eléctrico considerado no permite dicho entrecruzamiento.
a) DATOS EXPERIMENTALES b) ANALICIS DE LOS DATOS V.
CANCLUCIONES Y REFERENCIAS
Conforme a las mediciones se determinó ciertas regiones donde los puntos coinciden en el potencial medido, al unir estos puntos sobre el papel milimetrado mediante una línea se determina las regiones equipotenciales. Estas regiones varían en forma según la forma del electrodo al cual están más próximos, así las líneas equipotenciales son rectas en el electrodo de forma lineal, mientras que en el electrodo curvo las líneas adoptan una forma similar a este último.
Para tres regiones equipotenciales distintas se determinó la diferencia de potencial y las líneas de fuerzas del campo eléctrico, estas líneas son perpend iculares a las regiones equipotenciales y van dirigidas del el electrodo positivo (+) hacia el electrodo negativo (-), estas líneas están representadas enlas figuras del papel milimetrado
VI.
OBSERBACIONES
Mientras se realizaron algunas mediciones, no se pudo evitar desplazar algunos electrodos, generando que se volviese a repetir las mediciones desde las condiciones iníciales.
Los puntos dibujados sobre el papel milimetrado no son del todo precisos con respecto a la punta de prueba sobre el conductor, esto se debe a la perspectiva del observador con respecto al otro papel milimetrado debajo de la fuente de vidrio y el líquido conductor.
Se registraron regiones donde el potencial son casi similares, estas líneas varían de acuerdo al electrodo más cercano al cual se encuentran..
Ambos papeles milimetrados presentan unos ejes de referencia que no tienerelación con el experimento, estos ejes facilitan la ubicación de los puntosmedidos en ambos papeles.