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INFORME
LABORATORIO # 3
SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES
ESTUDIANTES:
CAMARGO GOENAGA GISSEL P.
CASTRO MARTINEZ YASIR
LABASTIDAS GOMEZ YULIANYS
DOCENTE:
JUAN PACHECO FERNANDEZ
UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR
FACULTAD DE INGENIERÍAS Y TECNOLÓGICAS
ELECTROMAGNETISMO – GRUPO 10-11
VALLEDUPAR – CESAR
2015
INTRODUCCION
Superficie equipotencial es el lugar geométrico de los puntos de un campo de
fuerza que tienen el mismo potencial. Los campos de fuerza se pueden
representar gráficamente por las superficies equipotenciales o por las líneas de
fuerza. Las superficies equipotenciales en un campo creado por una única masa o
una única carga eléctrica son superficies esféricas concéntricas con la masa o la
carga, respectivamente. Estas superficies se suelen representar a intervalos fijos
de diferencia de potencial, de modo que su mayor o menor proximidad indicará
una mayor o menor intensidad de campo. La diferencia de potencial entre dos
puntos cualesquiera de una superficie equipotencial es nula. Así, si desplazamos
una masa, en el caso del campo gravitatorio, o una carga, en un campo eléctrico,
a lo largo de una superficie equipotencial, el trabajo realizado es nulo. En
consecuencia, si el trabajo es nulo, la fuerza y el desplazamiento deben ser
perpendiculares, y como el vector fuerza tiene siempre la misma dirección que el
vector campo y el vector desplazamiento es siempre tangente a la superficie
equipotencial, se llega a la conclusión de que, en todo punto de una superficie
equipotencial, el vector campo es perpendicular a la misma, y que las superficies
equipotenciales y las líneas de fuerza se cortan siempre perpendicularmente.
CONCEPTOS BÁSICOS
Campo: región en la que se ejerce sobre un objeto una fuerza gravitatoria,
magnética, electrostática o de otro tipo. Se supone que estas regiones están
recorridas por líneas de fuerza imaginarias, muy juntas donde el campo es más
intenso, y más espaciadas donde es más débil. El concepto de campo fue muy
desarrollado por James Clerk Maxwell, físico británico del siglo XIX, en su teoría
electromagnética.
Línea de fuerza: línea continua asociada a un campo vectorial y trazada de modo
que, en todo punto, la línea de fuerza sea tangente a la dirección del campo en
dicho punto. Cada línea de fuerza está orientada positivamente en el sentido del
campo. Como en cada punto el campo sólo puede tener una dirección, sólo puede
pasar una línea de fuerza por cada punto del espacio, es decir, las líneas de
fuerza no se pueden cortar. Es evidente que si se dibujaran todas las líneas de
fuerza para todos los puntos del campo, no se podrían distinguir. Por este motivo
se suelen espaciar de manera que el número de ellas que atraviese la unidad de
superficie colocada perpendicularmente a la dirección del campo, sea proporcional
a la intensidad de éste. Así, las líneas se concentran en aquellas regiones del
espacio donde el campo es más intenso e, inversamente, están más separadas en
las regiones donde el campo es más débil. Un campo uniforme se representa
mediante líneas de fuerzas paralelas y equidistantes. A los puntos donde
convergen y acaban las líneas de fuerza se les da el nombre de sumideros, y a los
puntos de donde surgen manantiales.
OBJETIVO
Determinar las líneas de fuerza de un campo eléctrico a partir de regiones
equipotenciales
MATERIALES
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Una cubeta de ondas.
Una fuente (cc) variable.
Un multímetro.
Cables de conexión.
Hojas de papel cuadriculado
PROCEDIMIENTO
1. En hojas de papel, aliste tres con cuadrículas de 2cm de lado para
establecer planos cartesianos.
2. Pegue la cuadrícula por debajo del vidrio de la cubeta.
3. Realiza el montaje indicado.
4. Determine la diferencia de potencial entre el centro del plano cartesiano y
cada uno de los otros puntos coordenados de la cuadrícula. Anote estos
valores sobre la cuadrícula.
5. Cambie el montaje en la cubeta por dos placas planas y paralelas. Fije el
terminal positivo a una placa y desplace el otro terminal sobre los puntos de
la cuadrícula para establecer la respectiva diferencial de potencial. Anote
estos valores en la cuadrícula.
6. En cada una de las cuadrículas, conecte con una línea los puntos que
tienen el mismo valor o que se aproximen lo suficiente para considerarlos de
igual valor. Con base en estas líneas, trace las líneas del campo eléctrico
existentes en la cubeta. Argumente físicamente su procedimiento.
ANÁLISIS Y RESULTADOS
¿Qué representan las curvas resultantes de unir los puntos de igual
potencial?
Curvas de nivel o curvas equipotenciales. Una curva de nivel es aquella línea que
en un mapa une todos los puntos que tienen igualdad de condiciones y de altura.
La superficie equipotencial que pasa por cualquier punto es perpendicular a la
dirección del campo eléctrico E en ese punto. Las líneas de fuerzas y las
superficies equipotenciales forman una red de líneas y superficies perpendiculares
entre sí. En general las líneas de fuerzas de un campo son curvas y las
equipotenciales son superficies curvas. Por lo tanto, Podemos afirmar, que todas
las cargas que están en reposo e un conductor, entonces la superficie del
conductor siempre será una superficie equipotencial.
¿Cómo es posible establecer las líneas de fuerza del campo eléctrico a partir
de estas curvas?
Una superficie equipotencial es un lugar geométrico donde existen puntos de igual
potencial eléctrico, logramos identificar que El corte de dichas superficies con un
plano genera las líneas equipotenciales, las cuales son ortogonales a las líneas de
campo y por ende al campo eléctrico. Los metales son un ejemplo de superficies
equipotenciales y estos son usados como electrodos. Cuando se tienen dos
electrodos con cargas opuestas se crea una diferencia de potencial eléctrico y así
se genera un campo eléctrico, cuyas líneas de campo dependen de la posición y
forma de los electrodos. Las líneas de campo y las superficies equipotenciales
forman una red de líneas y superficies perpendiculares entre sí. En general las
líneas de fuerzas de un campo son curvas y las equipotenciales son superficies
curvas. Una buena manera de visualizar el campo eléctrico producido por
cualquier distribución de cargas es trazar un diagrama de líneas de fuerza en ese
punto. Concepto que fue introducido por Michael Faraday. La dirección del vector
de campo eléctrico en cada punto es tangente a la línea de fuerza en ese punto
¿Qué tipo de campo eléctrico encontró según las curvas de la cuadrícula #1
y según la cuadrícula # 2?
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se determinó la diferencia de potencial entre el centro del plano cartesiano y
cada uno de los otros puntos coordenados de la cuadricula, cuatro cuadros
desde el centro.
Se anotaron todos los resultados en una de las cuadriculas.
Se hizo otro montaje con unas barras metálicas representadas como placas
paralelas, cada una se conectó a la fuente con unos cables conductores y
se comenzó a desplazar el terminal del multímetro por la cubeta y se
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anotaron las respectivas diferencias de potenciales en la otra hoja
cuadriculada preparada.
En cada una de la cuadriculas se conectaron los puntos que tenían
aproximadamente el mismo valor, para esto se promediaron los valores y a
partir de este promedio se ubicaron los puntos aproximadamente, y con
base a estas líneas, consideradas superficies equipotenciales, se trazaron
las líneas de fuerza del campo eléctrico que son perpendiculares a las
superficies equipotenciales.
Al unir los puntos que tienen aproximadamente igual potencial se obtienen
entonces las superficies equipotenciales, y al trazar líneas que pasan
perpendicularmente a las superficies equipotenciales se obtienen las líneas
de fuerza del campo eléctrico, que no son más que la representación
gráfica e imaginaria de la dirección del campo de mayor a menor potencial.
Por lo tanto, Como las superficies son o tienden a ser circulares las líneas
de fuerza parten desde el centro hacia afuera y entonces el campo
eléctrico es considerado RADIAL.
Cuadrícula #1
Al analizar esta imagen se interpretó sin duda lo mismo que en la primera
cuadricula, es decir se unieron los puntos de igual potencia, superficies
equipotenciales, y a partir de estas se trazaron perpendicularmente las
líneas de fuerza del campo eléctrico. Ante esto, como las superficies
equipotenciales son aproximadamente paralelas a las placas, y las líneas
de fuerza son perpendiculares a esta, se dice que el campo eléctrico es
LINEAL.
Cuadrícula #2
CONCLUSIONES
A partir de los experimentos y datos obtenidos por las gráficas logramos
probar que las líneas de campo jamás se cruzan a lo largo de su trayectoria
y su dirección en un punto es tangente a las líneas de campo. De igual
forma y pese a los errores cometidos durante esta práctica se pudo llegar al
objetivo de trazar las líneas de fuerza a partir de superficies
equipotenciales, todo esto representado de manera aproximada.
Se llevó a cabo un análisis experimental en el que se determinó los puntos
(X, Y) sobre el plano que están al mismo potencial eléctrico, en regiones
que contienen dos electrodos puntuales, un electrodo puntual y otro
circular, y electrodos paralelos. Las terminales de una fuente D.C están
conectadas a los electrodos durante la realización de cada experimento.
También pudimos apreciar los comportamientos de las cargas
equipotenciales en las placas paralelas y radiales, sus posibles
intensidades en determinado punto específico dentro de la interacción de
las cargas. Para ello se explicó un ejemplo del campo eléctrico en un simple
experimento de medición de voltajes
Como concepción principal, identificamos una superficie equipotencial es
aquella donde el potencial es constante, es decir, el campo no realiza
trabajo si nos movemos sobre ellas. Respecto a esto, Curva de nivel seria
lo mismo, pero una adaptación a un modelo 2d del problema (mientras que
superficie equipotencial es 3D). Por ejemplo si observamos el planeta tierra
desde el espacio y le sacamos una foto de manera que quede plano, las
líneas equipotenciales serán círculos concéntricos en la tierra, mientras que
las superficies equipotenciales serán esferas concéntricas en la tierra.
Comprendimos también que Toda carga puntual al interaccionar con otras
cargas o con el mismo espacio que la rodea, crea un campo eléctrico que
es una magnitud vectorial que depende directamente de la magnitud de la
carga fuente e inversamente del cuadrado de la distancia entre dicha carga
y la carga prueba. Es ante esto, que Cuando más de una carga
interacciona en un campo eléctrico y actúa como carga fuente respecto a
una carga prueba común, y se desea medir el campo eléctrico ejercido
sobre esta última se debe determinar el campo eléctrico que cada carga
fuente ejerce individualmente sobre la carga prueba y el campo total será
representado por la suma vectorial de los campos independientes.