Laboratorio 2: Campo y Potencial Elctrico

Objetivos Obtener experimentalmente el trazado de lneas equipotenciales para diferentes distribuciones de carga. Obtener experimentalmente el trazado de lneas de campo para diferentes distribuciones de carga.

TeoraSe puede definir el vector de intensidad del campo elctrico en un punto dado en el espacio como la fuerza por unidad de carga que actuara sobre una carga (carga puntual positiva de prueba o q ) dada situada en dicho punto. Puesto que conlleva la medida de una fuerza, el campo elctrico debe ser una cantidad vectorial, que designaremos con el smbolo E. La unidad del campo elctrico es N/C. Para representar el campo elctrico podemos utilizar el modelo de lneas de campo o de fuerza. Estas lneas se pueden trazar de manera aproximada siguiendo las siguientes reglas. La tangente a la lnea de fuerza en un punto que nos da la direccin del campo elctrico en dicho punto y las lneas de fuerza se dibujan de manera que el nmero de lneas de fuerza por unidad de rea transversal sea proporcional a la magnitud de E en dicho punto. El campo electrosttico puede describirse adems utilizando una cantidad escalar, llamada potencial. En equilibrio electrosttico, las superficies de los conductores son superficies equipotenciales. Se puede ver fcilmente que las lneas de E son siempre perpendiculares en cada punto a la superficie equipotencial atravesada por ella en dicho punto. Por ser E cos la proyeccin de E r sobre la direccin del elemento de longitud dl, esta ecuacin nos dice que la rapidez de variacin del potencial al movernos en una cierta direccin dl es igual con signo opuesto, a el componente del campo elctrico en esa direccin.

Equipo y materiales

EquipoCantidad

Interfase1

Sensor de voltaje1

Cable conector2

Configuracin de Electrodos en papel de carbn3

Procedimiento1. Enciende la interface 750 y la computadora conectada a la interface y conecte el sensor de voltaje en el canal analogo A.2. Poner el papel conductor de las placas paralelas sobre el panel deCorcho y conecte el negativo del sensor en la placa de referencia, o sea a laplaca negativa.Los pasos para realizar el experimento1. Comience el programa oprimiendo START.2. Busque 10 puntos que se encuentren al potencial de un voltio (1V)utilizando el cable rojo del sensor como referencia. Se recomiendaseguir un patrn en la lectura comenzando de abajo hacia arriba endireccin de y.3. Anote los valores de las coordenadas obtenidas por la escala de puntos en el papel conductor. Utilice la Tabla 1 para anotar los pares ordenados (x, y) de los puntos obtenidos.4. Repita el proceso para otros potenciales de 2V, 3V y 4V con respectoal electrodo de referencia (el polo negativo).5. Hacer el mismo procedimiento en la proxima, pero con los valores de 1V, 1.5V, 2V y 2.5V.6. Construya la grfica de las lneas equipotenciales para las placasutilizando las tablas preparadas en el programa.7. Guarde (Save) nuevamente los cambios editados en el programa ycierre el programa cuando halla terminado todo lo correspondiente a laconfiguracin de electrodos.TablasTabla 1: Datos Electrodos de Placas Paralelas PuntoCoordenadas de los potenciales

1 V2 V 3 V4 V

XYXYXYXY

110.51113116111911

210.5131312612.51912

310.51513146141914

410.51713156151915

510.52013176171916

610.5813969198

710.5613868197

810.5413666196

910.5213465193

1013264192

Tabla 2: Datos de Electrodos Cargas Puntuales OpuestasPuntoCoordenadas de los potenciales

1 V1.5 V 2.0 V2.5 V

XYXYXYXY

110.510121013.114156.5

210.51111.910.512.915157.5

3101211.81112.815.5157

491311.61212.616156

5813.511.31313.59155

610.591113.513.381511

710810.5141371512

886.511.5812.761513

9761171514

106610.56

11714105

1261411.89

1397

GrficasPuntuales

placa

FigurasFig.1Fig.2Fig.3Fig.4

Preguntas: 1) Defina que es campo elctrico y sus unidades.Es la fuerza por la unidad de carga que acta sobre una carga situada en determinado punto.Unidad bsica N/C= newton/ coulomb Es el trabajo que por unidad de carga debe efectuarse para mover una carga de un punto A a un unto B, en fsica es importante la diferencia de potencial. Unidad bsica= joule/volt2) Defina potencial elctrico y sus unidades.Son proporcineles, mientras mayor sea el cargo elctrico mayor es el potencial elctrico. Van con signos opuesto. Ya que el campo est dirigido en direccin opuesta al sentido creciente del potencial.3) Qu relacin hay entre potencial elctrico y campo elctrico? E= -grad v Es la relacin existente entre el campo elctrico y el potencial elctrico donde el signo negativo no es una expresin matemtica sino una expresin netamente fsica que representa que el campo se encuentra dirigido en direccin opuesta al sentido creciente del potencial.4) Cul es el significado de la relacin E = - grad V?. Qu significa el smbolo negativo? E= -grad v Es la relacin existente entre el campo elctrico y el potencial elctrico donde el signo negativo no es una expresin matemtica sino una expresin netamente fsica que representa que el campo se encuentra dirigido en direccin opuesta al sentido creciente del potencial.5) Dado que el vector de intensidad del campo elctrico cumple con el principio de superposicin. Explica por qu el modelo de lneas de campo no cumplen con el Principio de Superposicin. Mencione las posibles fuentes de error presentes en el Laboratorio Campo Elctrico y Potencial Elctrico. Este es que la influencia de las cargas del sistema es aditiva o se suma vectorialmente. No tienen la forma simtrica radial que se observa comnmente en los modelos de lneas de campo. Esto puede ser debido a que estas lneas siguen las mismas reglas que las cargas ya que se atraen y repelen entre s dependiendo la naturaleza de la carga, es por esto que la forma que toman al interactuar no sigue un patrn de superposicin ya que se desvan. Los posibles fuentes de error se pueden mencionar que los cambios en el voltaje de corriente a travs del papel conductor quizs no se leyendo con precisin, y la humedad que est presente en el saln de laboratorio pudieron afectar las lecturas.6. Seala en el siguiente diagrama la direccin de las lneas de campo y la naturaleza de las cargas (positiva y negativa)

7. Seala en el diagrama los siguientes valores de los potenciales (15V, 12V, 9V, 6V y 3V)

ConclusinSe concluye que el campo elctrico se puede expresar grficamente mediante un sistema de lneas de fuerza que van de un polo hacia otro y lnea equi potenciales que son las que escriben el potencial elctrico presente en determinado punto del campo, las lneas equi potenciales son perpendiculares a las lneas de fuerza que representan el campo elctrico. La lnea equi potencial que representa el potencial elctrico demostr en el experimento que mientras ms se aleje de la carga saliente en este caso, la positiva, mayor va hacer potencial ya que mayor va hacer el requerimiento de energa, en este caso expresada en voltios, requerida para llegar al punto determinando por el alumno expresando una carga formal.En el caso de las cargas puntuales se busc un sistema de cinco voltios y a mayor cercana a la carga positiva ms curveada era la parbola descrita de la lnea equi potencial, sin embargo al llegar a dos puntos cinco volte la lnea equi potencial fue recta. Esto se dio gracias al hecho de que se lleg a la mitad de total del sistema en el que se estaba trabajando, por esta razn la lnea no presento curva.En un sistema de placas paraleles se ven que las lneas equi potenciales son paralelas y total mente rectas la una de la otra es decir no describe parbolas, esto se debe a que el campo elctrico se mantienen constante. Concluimos que el campo elctrico es proporcional al potencial ya que cada lnea equi potencial describa un voltaje diferente y que llevaba un signo contrario, el potencial va en contra del campo elctrico por esta razn el signo negativo en la expresin es fsico y no matemtico y expresa lo no anteriormente descrito.

Universidad del TuraboGurabo, Puerto Rico

Laboratorio 2: Campo y Potencial Elctrico

Linette Torres DvilaHarrison SolteroJuan Camilo Arango