laboratorio de física ii

Universidad Nacional Experimental Politécnica

“Antonio José de Sucre”

Vice-rectorado Puerto Ordaz

Departamento de Estudios Generales

Sección de Física

Cátedra: Física II

Práctica Nº2 Campo Eléctrico

Profesor: Estudiantes:

Anthony Jacobs Oscar Romero C.I: 23.730.803

José Espinoza C.I: 25.084.179

Erwin Alfonzo C.I: 22.822.847

Ciudad Guayana, Junio de 2015

Resumen El objetivo general de esta práctica fue analizar y explicar el comportamiento del campo eléctrico a través del estudio de las líneas equipotenciales. Para lograr esto, mediante el uso de mapas con trazados de pintura a base de plata alimentados por una batería, se midieron valores de potencial en pares ordenados definidos para unir los puntos que tuviesen un mismo potencial para cumplir con el objetivo planteado, usando una conexión combinada de un multímetro y un amplificador lineal. Las líneas equipotenciales trazadas mostraron una trayectoria paralela a la superficie de cada conductor, y a través de las mismas se dibujaron las líneas de campo. Analizando cada mapa en particular, se llegó a la conclusión de que tanto las líneas de campo eléctrico como las equipotenciales nunca se cruzan, y la cercanía entre ellas (independientemente un tipo del otro) indica en que región la intensidad del campo eléctrico y el potencial es mayor.

Índice Pág.

INTRODUCCION ………………………………………………………………. 4

MARCO TEÓRICO ………………………………………………………………. 5

MÉTODOS UTILIZADOS ………………………………………………………. 6

RESULTADOS ………………………………………………………………. 7

CONCLUSIONES ………………………………………………………………. 14

BIBLIOGRAFIA ………………………………………………………………. 15

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Introducción En la actualidad, la mayoría de los seres humanos se ha acostumbrado a resolver muchos de sus problemas diarios mediante el uso de equipos o dispositivos que funcionan directamente con electricidad. Debido a que la electricidad se define como el flujo de electrones, se puede deducir que dichos electrones no se desplazan por cuenta propia: una fuerza interviene. A partir de esta deducción nace el concepto de un fenómeno que para determinadas aplicaciones es de mucha importancia tomar en cuenta: el campo eléctrico.

Si bien, entre dos cargas existe una interacción la cual dependerá del tipo de cada una independientemente (ya sean positivas o negativas), si se coloca una partícula de propiedades conocidas en un punto en el espacio y se miden las fuerzas que se ejercen sobre ella, es posible determinar las propiedades locales del espacio en ese punto. Esto es lo que se define como campo eléctrico, y debido a que está directamente relacionado con fuerzas, presenta un carácter vectorial. Ahora bien, el comportamiento del campo eléctrico generado por un cuerpo cargado en un espacio determinado puede estudiarse a través de unas líneas de acción imaginarias llamadas líneas de fuerza. Estas líneas siguen el principio de interacción entre cargas (signos iguales se repelen, y signos opuestos se atraen), y por lo tanto, en el caso de dos cuerpos con cargas de signos opuestos, las líneas de fuerza “salen” de la carga positiva y “entran” en la carga negativa. Por lo tanto, dependiendo de la forma de la superficie del cuerpo, el recorrido de estas líneas puede variar.

En este informe se hará énfasis en el comportamiento de las líneas fuerza en tres situaciones distintas, mediante la detección de lo que se denominan superficies equipotenciales, las cuales son las zonas presentes en un campo eléctrico donde el potencial permanece constante. Debido a que las líneas de fuerza son perpendiculares a las superficies equipotenciales, mediante la medición del potencial en determinados puntos anotados en forma de coordenadas se pueden unir los puntos con igual valor de potencial, y de esta forma analizar el comportamiento de las líneas de fuerza para distintas superficies posicionadas y cargadas eléctricamente en una región dada. Como la dirección del campo eléctrico es la misma que la dirección de las líneas de fuerza, a través de las mismas se puede estudiar el comportamiento del campo eléctrico.

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Marco Teórico Resulta conveniente representar el campo eléctrico dibujando las líneas

que indican la dirección del campo en cualquier punto. Faraday quien introdujo el uso de las líneas de campo, creía que estas eran reales y las doto de propiedades elásticas. Aun cuando desde el punto de vista moderno las líneas de campo no son reales, ayudan a visualizar el campo eléctrico, que si es real. 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, puesto que tiene magnitud y sentido, se trata de una cantidad vectorial, y las líneas de fuerza o líneas de campo eléctrico indican las trayectorias que seguirían las partículas positivas si se las abandonase libremente a la influencia de las fuerzas del campo. El campo eléctrico será un vector tangente a la línea de fuerza en cualquier punto considerado. 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 interactúantes, 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.

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Métodos Utilizados Durante la práctica, es necesario determinar el comportamiento del campo eléctrico en tres hojas conductoras o “mapas” (las cuales presentan distintas “superficies” independientemente una de otra, trazadas con pintura a base de plata) al alimentarlas con un valor de tensión específico. Para lograr esto fue necesario realizar el montaje presentado a continuación, en el cual se muestra una combinación de dos equipos de medición (un multímetro y un amplificador lineal) para medir el potencial en cada punto de las hojas, siendo el mismo suministrado por una batería de 2,5V:

Una vez realizado el montaje, para cada mapa se midió el potencial punto a punto, y las coordenadas en donde se mantenía constante un valor determinado de tensión fueron anotadas y archivadas en tablas. Posteriormente, para cada valor de tensión se ubicaron sus respectivas coordenadas en hojas milimetradas para unirlas y trazar así las líneas equipotenciales, tomando en cuenta las mismas para deducir y dibujar después las líneas de fuerza del campo eléctrico en cada mapa.

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Resultados

1) Mapa conductor con forma de placas paralelas:

Multímetro usado: Leybold 531-86 Escala V: 3V ∆V=0,033

(V± ∆V) P(x,y) 2,2 11, 4 2,2 11, 5 2,2 11, 6 2,2 11, 7 2,2 11, 8 2,2 11, 9 2,2 11, 10 2,2 11, 11 2,2 11, 12 2,2 11, 13


(V± ∆V) P(x,y) 0,6 16, 4 0,6 16, 5 0,6 16, 6 0,5 16, 7 0,5 16, 8 0,5 16, 9 0,4 16, 10 0,4 16, 11 0,4 16, 12 0,4 16, 13

Nota: Para la última línea equipotencial, debido a distracciones y dudas durante las mediciones se empleó más tiempo del necesario en comparación a las otras dos líneas y, por lo tanto los valores de tensión medidos no permanecieron constantes como debían de estar, puesto que la batería se iba descargando. Esto se omite al momento graficar, lo cual justifica la última línea equipotencial de la siguiente imagen.


(V± ∆V) P(x,y) 1,1 14, 4 1,1 14, 5 1,1 14, 6 1,1 14, 7 1,1 14, 8 1,1 14, 9 1,1 14, 10 1,1 14, 11 1,1 14, 12 1,1 14, 13

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Líneas Equipotenciales:

Líneas de Campo Eléctrico tomando en cuenta las líneas equipotenciales:

9

2) Mapa conductor con forma de corona circular:


(V± ∆V) P(x,y) 0,8 12, 10 0,8 11.8, 11 0,8 11.4, 12 0,8 11, 13 0,8 9, 15 0,8 11.8, 9 0,8 11.4, 8 0,8 10,7, 7 0,8 9.3, 4 0,8 9, 3


(V± ∆V) P(x,y) 0,2 16, 10 0,2 16.2, 11 0,2 17, 12 0,2 18, 12.5 0,2 19.5, 13.5 0,2 16.5, 8.5 0,2 17.5, 7.8 0,2 19, 7 0,2 20, 6.2 0,2 22.5, 4.5


(V± ∆V) P(x,y) 0,5 14, 5 0,5 14, 6 0,5 14, 7 0,5 14, 8 0,5 14, 9 0,5 14, 10 0,5 14, 11 0,5 14, 12 0,5 14, 13 0,5 14, 14

10


Líneas de Campo Eléctrico:

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3) Mapa con forma circular y en punta:


(V± ∆V) P(x,y) 0,05 13, 3 0,05 15, 3 0,05 9, 15 0,05 19, 15 0,05 13, 17 0,05 15, 17 0,1 14, 3 0,1 11, 4 0,1 17, 4 0,1 8, 7 0,1 20, 7 0,1 8, 11 0,1 8, 13 0,1 20, 13 0,1 11, 16 0,1 17, 16

0,15 12, 4 0,15 16, 4 0,15 10, 5 0,15 18, 5 0,15 10, 6 0,15 19, 6 0,15 8, 8 0,15 20, 8 0,15 20, 12 0,15 9, 14 0,15 19, 14 0,15 10, 15 0,15 18, 15 0,15 12, 6 0,15 16, 16 0,2 13, 4 0,2 14, 4 0,2 15, 4 0,2 8, 9 0,2 20, 9 0,2 8, 10 0,2 20, 10 0,2 20, 11 0,2 8, 12


(V± ∆V) P(x,y) 0,2 13, 3 0,2 15, 3 0,2 9, 15

0,25 11, 5 0,25 18, 5 0,25 11, 6 0,25 9, 7 0,25 19, 7 0,25 9, 13 0,25 11,15 0,25 17, 15 0,3 12, 5 0,3 16, 5 0,3 18, 6 0,3 9, 8 0,3 19, 8 0,3 10, 14 0,3 18, 14 0,3 12, 15 0,3 16, 15

0,35 13, 5 0,35 15, 5 0,35 12, 6 0,35 10, 7 0,35 19, 12 0,35 13, 15 0,35 15, 15 0,4 14, 5 0,4 18, 7 0,4 9, 9 0,4 19, 9 0,4 19, 10 0,4 9, 11 0,4 19, 11 0,4 9, 12 0,4 11, 14 0,4 17, 14 0,4 14, 15

0,45 9, 10 0,45 10, 13

12


(V± ∆V) P(x,y) 0,45 18, 13 0,5 13, 6 0,5 17, 6 0,5 17, 7 0,5 10, 8 0,5 18, 8 0,5 16, 14

0,55 14, 6 0,55 15, 6 0,55 16, 6 0,55 11, 7 0,55 18, 9 0,55 18, 12 0,55 17, 13 0,55 12, 14 0,6 16, 7 0,6 10, 9 0,6 18, 11 0,6 10, 12 0,6 11, 13 0,6 13, 14 0,6 15, 14

0,65 17, 8 0,65 18, 10 0,65 14, 14 0,7 12, 7 0,7 11, 8 0,7 10, 10 0,7 10, 11

0,75 12, 13 0,75 16, 13 0,8 13, 7 0,8 14, 7 0,8 15, 7 0,8 17, 9 0,8 11, 12 0,8 17, 12 0,9 16, 8 0,9 11, 9 0,9 11, 11 0,9 17, 11 0,9 13, 13 0,9 15, 13


(V± ∆V) P(x,y) 0,95 12, 8 0,95 17, 10 0,95 14, 13 1,0 11, 10 1,0 16, 12 1,1 15, 8 1,1 12, 12

1,15 13, 8 1,15 16, 9 1,2 14, 8 1,2 16, 11

1,25 12, 9 1,3 16, 10 1,3 12, 11 1,3 13, 12 1,3 15, 12 1,4 12, 10 1,6 14, 12

1,65 15, 9 1,7 13, 9 1,7 13, 11 1,7 13, 15

13


Líneas de Campo Eléctrico:

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Conclusiones

Analizados los resultados obtenidos durante la actividad se pueden establecer las siguientes conclusiones:

Las líneas equipotenciales son, efectivamente, perpendiculares a las líneas de fuerza de campo eléctrico. Del mismo modo son paralelas a la superficie del cuerpo cargado, por lo tanto su comportamiento depende principalmente de este aspecto.

Las líneas de campo eléctrico siempre salen del extremo cargado positivamente y entran en el extremo cargado negativamente, obedeciendo así el principio de interacción entre las cargas de signos opuestos. Es importante mencionar que estas nunca se cruzan entre sí, al igual que las líneas equipotenciales (como los trazos realizados fueron obtenidos de procedimientos experimentales, por errores humanos cometidos es que para el caso de la superficie circular se pueden observar algunas líneas cruzándose).

Tomando en cuenta que las líneas de campo salen del extremo positivo y entran al extremo negativo, se pudo observar que el valor del potencial es menor si la distancia del punto medido es muy cercana al extremo positivo, y que a medida que la distancia va aproximándose al extremo negativo, dicho potencial va incrementándose hasta alcanzar el valor de tensión total suministrado al cuerpo.

Analizando la distancia de separación entre las líneas equipotenciales (especialmente en el último caso, que es en donde se tomó mayor cantidad de medidas de posición), es posible dictaminar que, en donde estas líneas estén mucho más cercanas entre sí, el potencial es mayor, y viceversa. Algo similar ocurre con las líneas de campo eléctrico, concluyendo que en las zonas en donde estas se encuentren más alejadas entre sí, la intensidad del campo es menor, y viceversa.

Debido a que las líneas equipotenciales son perpendiculares a las de la fuerza ejercida por el campo eléctrico, a través de estas últimas se puede observar y analizar el comportamiento del mismo en cuanto a movimiento, dirección y ubicación en el espacio se refiere.

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Referencias Bibliográficas

(2011) Herrera, W. Física II. Consultado: [03/06/2015]. Disponible en: https://cesarguerra10.files.wordpress.com/2011/04/fisica-ii.pdf

(2009) Gomez A., Narvaez W., Quant C. y Ruiz M. Lineas Equipotenciales y Campo Electrico. Consultado: [03/06/2015]. Disponible en: https://es.scribd.com/doc/13219369/Laboratorio-lineas-equipotenciales-y-campo-electrico

https://cesarguerra10.files.wordpress.com/2011/04/fisica-ii.pdf

https://es.scribd.com/doc/13219369/Laboratorio-lineas-

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