INFORME DE LABORATORIO

LÍNEAS DE CAMPO Y SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES

MIGUEL LÓPEZ

PRICELIS POLANCO

KALED RUTTO

OMAR GOMEZ AFRICANO

DOCENTE

UNIVERSDIAD DE LA GUAJIRA

FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS Y APLICADAS

PROGRAMA DE BIOLOGÍA

ASIGNATURA DE BIOFISICA

RIOHACHA

2010

RESUMEN

Dentro de cualquier situación de cierto campo eléctrico, la disposición de las cargas varia o se mantiene dependiendo de la ubicación de la carga en el espacio; se planteo un montaje y un experimento para observar la variación mencionada, para describir diversos casos y explicar los voltajes entre puntos. La situación fue formulada en una bandeja de ondas con agua y sal, una fuente eléctrica y un voltímetro, evaluando con este ultimo los potenciales del campo en distintos puntos de la bandeja. Los puntos representaron igualdades en las disposiciones paralelas correspondiendo a sitios dentro de las áreas equipotenciales, permitiendo la representación vivencial de estos conceptos.

INTRODUCCIÓN

Un fenómeno físico como la electricidad aparece en el mundo real como manifestación accesible desde los sentidos de la vista, el tacto e incluso del oído de tal forma que los estudios que pueden realizarse a su alrededor pueden fiarse de la comprobación sistémica, más que de la teórica, de los resultados (hecho parcial para otros fenómenos tales como la luz). A pesar de ello podemos apreciar que a través de la historia los experimentos efectuados para entender el fenómeno de la electricidad solo aparecen verdaderamente desde el siglo XV y más rigurosamente desde el XVIII, claro está que a partir de este ultimo momento la situación cambio drásticamente convirtiéndose este fenómeno en uno de los pilares principales de ciencia. El fenómeno eléctrico abarca un amplio espectro de casos o fenómenos derivados que lo han acompañado durante el tiempo estudiado mencionado, y su determinación permite fortalecer tal pilar pero nos convierte la experimentación en una evaluación de las partes antes que del todo o dicho de otra manera, para entender el fenómeno eléctrico deben enfocarse experimento primero a aquellos fenómenos derivados e incluidos para elaborar una estructura general del todo.

Uno de esos derivados es el campo eléctrico, constituye

OBJETIVOS

Reconocer la configuración de equipotenciales y líneas de campo en la cubeta electrostática, para una configuración de electrodos.

Representar gráficamente la dirección y el sentido de un campo eléctrico uniforme y su normalidad con las equipotenciales.

MARCO TEÓRICO

Representación del campo eléctrico. Líneas de Fuerza

El concepto de campo eléctrico como vector no fue apreciado entre los primeros físicos, de ellos uno de los más importantes fue Michel Faraday (1791 – 1867), quien pensó siempre en función de líneas de fuerza. Las líneas de fuerza siguen siendo una manera conveniente de representarse en lamente la forma de los campos eléctricos. Se las usa con este fin, pero en general no se las usa cuantitativamente.

Es posible conseguir una representación gráfica de un campo de fuerzas empleando las llamadas líneas de fuerza. 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, las líneas de fuerza indican las trayectorias que seguirían las partículas positivas si se las abandonase libremente a la influencia de las fuerzas del campo. Le relación entre las líneas de fuerza y el vector intensidad de campo es la siguiente:

1 - El campo eléctrico será un vector tangente a la línea de fuerza en cualquier punto considerado.

2 – Las líneas de fuerza se dibujan de modo que el número de líneas por unidad de superficie de sección transversal sea proporcional a la magnitud de campo. En donde las líneas están muy cercanas, el campo es grande y en donde están separadas es pequeño.

Una carga puntual positiva dará lugar a un mapa de líneas de fuerza radiales, pues las fuerzas eléctricas actúan siempre en la dirección de la línea que une a las cargas interactuantes, y dirigidas hacia fuera porque las cargas móviles positivas se desplazarían en ese sentido (fuerzas repulsivas). En el caso del campo debido a una carga puntual negativa el mapa de líneas de fuerza sería análogo, pero dirigidas hacia la carga central. Como consecuencia de lo anterior, en el caso de los campos debidos a varias cargas las líneas de fuerza nacen siempre de las

cargas positivas y mueren en las negativas. Se dice por ello que las primeras son «manantiales» y las segundas «sumideros» de líneas de fuerza.

Las líneas de fuerza de una lámina uniforme de carga positiva, de grandes dimensiones uniforme serán igualmente espaciadas, rectas y paralelas.

Superficies equipotenciales

Una superficie equipotencial es aquella en la que el potencial es constante, decir tiene el mismo valor para todos sus puntos. Debido a esto, cuando partícula se mueve a lo largo de una superficie equipotencial las fuerzas eléctricas no realizan trabajo alguno. Al igual que las líneas de campo sirven para visualizar el campo, las superficies equipotenciales son útiles para visualizar el comportamiento espacial del potencial.

La figura muestra las superficies equipotenciales y las líneas de campo en el exterior de una esfera uniformemente cargada.

METODOLOGIA

Materiales

Cubeta de ondas Sal Agua Fuente de C.D. Sistema de electrodos, Voltímetro Cables Regla Paño Lino Barra de abonita Barra de vidrio Grafito

Procedimiento

A. Haga una solución salina y viértala en la cubeta de ondas, realice el montaje

B. Encontrar las líneas del campo en cuatro (04) puntos diferentes. Manteniendo una punta de los terminales del tester en el extremo de un electrodo, con la otra busque los puntos de la cubeta de igual potencial y marque estos puntos. Uniendo los puntos se tendrá una línea equipotencial.

CÁLCULOS Y RESULTADOS

Cálculo de los campos eléctricos:

E=Vd

Para los puntos de la primera etapa:

EA=Vd

=1,924,9

=0,39183673

EB=Vd

=1,814,9

=0,36938776

EC=Vd

=1,914,9

=0,38979592

ED=Vd

=1,894,9

=0,38571429

Para los puntos de la segunda etapa:

EA=Vd

=1,620,6

=2,7

EB=Vd

=2,054,9

=0,41836735

EC=Vd

=2,549,4

=0,27021277

Tabla 1: Puntos equidistantes

Prueba d (cm) V (mV) E (N/C)A 4,9 1,92 0,39183673B 4,9 1,81 0,36938776C 4,9 1,91 0,38979592D 4,9 1,89 0,38571429

Tabla 2: Puntos progresivos

Prueba d (cm) V (mV) E (N/C)A 0,6 1,62 2,7B 4,9 2,05 0,41836735C 9,4 2,54 0,27021277

Como puede observarse en las dos tablas, el comportamiento del potencial eléctrico es acorde con el esperado en la teoría. Para la tabla 1, los puntos del espacio evaluados al estar a la misma dirección directa de la fuente del campo eléctrico, expresaron datos bastante parecidos y teniendo en cuenta que la teoría nos dice que estos al estar en la misma área equipotencial del campo deberían tener el mismo potencial, podemos suponer las pequeñas variaciones como producto de la manipulación de aparato y preparación del montaje (errores humanos). De manera aproximada, la fuerza que ejerce el campo sobre los puntos es igual, y esta fuerza seria la fuerza promedio de los 4 puntos:

Ep=(E¿¿ A+EB+EC+ED)

4=0,38418367¿

La tabla 2 nos muestra como el potencial comienza a disminuir conforme nos alejamos de la fuente del campo, demostrándonos que la fuerza ejercida por este sobre una carga del espacio tenderá a ser cero como podemos comenzar a observar en los puntos B y C.

PREGUNTAS

1) ¿Cuál es el papel de la sal? ¿Qué otras sustancias se podrían emplear?

La sal aumenta la conductividad eléctrica del agua; cuando una sal se disuelve en agua, las moléculas se dividen en iones, es decir, átomos o moléculas cargados eléctricamente. Estos iones se pueden desplazar, por lo que al aplicar una diferencia de potencial, se crea una corriente eléctrica.En general, la presencia de sales en el agua aumenta la conductividad como los cloruros, y por ende sustancias tales como los nitratos y sulfatos podrían realizar el mismo efecto.

2) Describan las propiedades que tienen las líneas de fuerza de un campo eléctrico uniforme.

Las propiedades de las líneas de campo se pueden resumir en:

o El vector campo eléctrico es tangente a las líneas de campo en cada punto.

o Las líneas de campo eléctrico son abiertas; salen siempre de las cargas positivas o del infinito y terminan en el infinito o en las cargas negativas.

o El número de líneas que salen de una carga positiva o entran en una carga negativa es proporcional a dicha carga.

o La densidad de líneas de campo en un punto es proporcional al valor del campo eléctrico en dicho punto.

o Las líneas de campo no pueden cortarse. De lo contrario en el punto de corte existirían dos vectores campo eléctrico distintos.

o A grandes distancias de un sistema de cargas, las líneas están igualmente espaciadas y son radiales, comportándose el sistema como una carga puntual.

3) En el espacio las líneas equipotenciales, ¿Qué nombre reciben?

Se denominan superficies equipotenciales o superficies de nivel

4) ¿Qué tipo de magnitud es el potencial eléctrico? ¿Por qué?

El potencial eléctrico es una magnitud escalar porque V=Wq

, y tanto W como q

son escalares.

Recordemos que una magnitud física se denomina escalar cuando puede representarse con un único número (única coordenada) invariable en cualquier sistema de referencia.

5) Explique por qué las líneas de flujo son perpendiculares a las superficies equipotenciales.Si una línea de campo no fuera perpendicular a una superficie equipotencial, entonces tendría una componente paralela a la superficie, y si quisiera mover una carga en la dirección de esa componente del campo se tendría que realizar trabajo. Pero eso contradice el concepto de superficie equipotencial, en una superficie equipotencial se pueden mover cargas sin realizar trabajo.

CONCLUSIONES

Una carga en el espacio se encuentra sometida a la fuerza de campos eléctricos y dicha fuerza será igual a la que es sometida una segunda carga que se encuentra en la misma región o área equipotencial del campo, o dicho de otra manera, el campo eléctrico E zonifica sus alrededores de tal manera que las fuerzas que ejerce serán iguales para todos los puntos del espacio que compartan una región producto. La determinación de tal fenómeno es fácilmente observable y su comprobación no solo permite la acepción de la teoría sino a la vez, permite la prevención del movimiento de cargas y la estimación de sus niveles potenciales de acción sobre el resto del espacio.

Un segundo hecho producto de la experiencia de estudio previa seria que conforme una carga q se aleja del centro del campo E, el trabajo necesario para desplazarla de vuelta aumentara y por tanto el potencial eléctrico será mayor. Esto implica la “libertad” que adquiere la carga al verse siendo desatada de las fuerzas del campo. Cabe resaltar que este punto junto al expresado en el párrafo anterior permitiría la construcción de un sistema de mapeado de E para el montaje recreado durante el estudio. La falencia de no haber culminado esta parte recaería sobre la no utilización de un papel milimetrado a la hora de la práctica

BIBLIOGRAFIA

http://ing.unne.edu.ar/pub/fisica3/170308/lab/tpn2.pdf

http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/electro/campo_electr.html

http://www.hverdugo.cl/potencial.htm