SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES Y LINEAS DE CAMPO

1. INTRODUCCION

La práctica numero 3 denominada “Superficies equipotenciales y líneas de campo” se realizó con el fin de conocer la configuración de cargas eléctricas para que resulte un potencial electrostático, seguidamente se analizó gráficamente las superficies equipotenciales mediante la utilización de una cubeta electrolítica.

En la práctica de laboratorio fueron empleados conceptos como campo eléctrico, potencial electrostático, superficies equipotenciales principalmente paralelas (las circulares no fueron analizadas), líneas de campo eléctrico.

Inicialmente se realizó el montaje de la cubeta electrolítica, puestas dos placas paralelas a determinadas distancias se determinaron superficies equipotenciales paralelas midiendo en cada punto con la ayuda del multímetro y posteriormente se realizaron cálculos de campo eléctrico y se hizo el análisis gráfico.

2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GENERAL

Obtener gráficamente las líneas de fuerza para diferentes configuraciones de carga, a partir de superficies equipotenciales mediante el empleo de una cubeta electrolítica.

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

2.2.1. Identificar las líneas de campo obtenidas mediante una perturbación de cargas que generan superficies equipotenciales y graficar.

2.2.2. Dibujar las líneas de fuerza del campo eléctrico perpendiculares a las superficies equipotenciales.

2.2.3. Determinar el campo eléctrico para un sistema de electrodos ubicados en paralelo.

3. MARCO TEORICO

El campo eléctrico

Producido por:

Cargas eléctricasPotencial electrostático

Puede ser obtenido a partir del

Como

E=−∂∅∂ x

i−∂∅∂ y

j−∂∅∂ z

k

Líneas equipotenciales

Definen los puntos del valor potencial

Se toman valores constantes

Son perpendiculares a

Superficie equipotencial

Relación que se establece entre la fuerza y el campo

eléctrico

Por lo tanto

La carga de prueba tendrá una energía

potencial

Se da una

Que genera

Superficie equipotencial

Sirve para Registrar las líneas equipotenciales

Por medio de

Electrodos

Ánodo Cátodo

Mediante

Cubeta electrostatica

Proceso de

Convertir

Energia electrica

En Convertir

Energia quimica

y

Electrolisis

Separar un compuesto en los elementos que lo conforman

4. MATERIALES Y EQUIPO

Cubeta electrolítica Fuente de voltaje Conectores Multímetro Electrodos

5. MONTEJE

Se llevo a cabo el siguiente montaje.

Figura 1

La figura 1 es un montaje de una cubeta electrolítica mediante la cual se hizo pasar corriente mediante la fuente de voltaje para generar las superficies equipotenciales en los electrodos, en estos se encuentran un cátodo y un ánodo.

Figura 2

En la figura 2, se evidencian las partes de la cubeta electrolítica tiene un ánodo q atrae un catión y un cátodo que atrae un anión, mediante este montaje se genera el proceso de electrolisis.

6. PROCEDIMENTO

6.1. Verter el agua en la cubeta con un altura de 0.5 cm y agregue un poco de sal común.

6.2. Sumergir las placas realizando el montaje de la figura 1, suministrando el voltaje mediante la fuente.

6.3. Hallar los puntos de igual potencia utilizando el multímetro y conectando los cables en las placas.

6.4. Realizar la gráfica del sistema en papel milimetrado y registrar los puntos de la superficie equipotencial.

6.5. Dibujar las líneas de fuerza del campo, teniendo en cuenta que son perpendiculares a las superficies equipotenciales y a la superficie del conductor.

6.6. Hallar el campo eléctrico para el sistema de electrodos de placas paralelas

6.7. Determinar la densidad de carga superficial a partir del campo eléctrico.

6.8. Realizar la gráfica de voltaje contra longitud.6.9. Encuentre la pendiente de la recta 6.10. Cambie los el4ctrodos y repita los procedimientos (Este

procedimiento no fue realizado, las razones son expuestas en el numeral 8)

7. DATOS

Al realizar el montaje de la figura 2, y suministrar voltaje entre las placas, se hallaron puntos con igual potencial, para a continuación se muestra la Tabla 1 con las coordenadas de dichos puntos y su respectivo voltaje:

N° COORDENADAS(x,y)

VOLTAJE(V)

1 (-4,7) 4,232 (-4,0) 3,68

3 (-4,3) 3,824 (-4,-2) 3,715 (-4,-5) 3,926 (1,6) 7,067 (1,2) 6,988 (1,-1) 6,849 (1,-4) 6,7210 (1,-7) 6,5711 (-6,6) 2,6812 (-6,3) 2,2113 (-6,0) 2,0814 (-6,-2) 2,1115 (-6,-6) 2,9516 (4,8) 8,8717 (4,4) 9,0518 (4,0) 8,9819 (4,-2) 8,7820 (4,-7) 8,06

Tabla 1

8. RESULTADOS

En la Tabla 1 se puede evidenciar los distintos puntos de potencial similar, los puntos del 1 al 5, del 6 al 10, del 11 al 15 y de 16 al 20 corresponden a un grupo distinto en el cual los puntos tienen una potencial similar; con dichos puntos se dibujó las superficies equipotenciales, uniendo cada grupo de puntos con potencial similar, esto lo podemos observar en nuestra GRÁFICA N°1, correspondiente al anexo del laboratorio, realizado en hojas milimetradas.

Luego de esto se dibujaron las líneas de fuerza del campo, éstas últimas perpendiculares a las superficies equipotenciales y la superficie del conductor, de igual forma esto lo podemos observar en nuestra GRÁFICA N°1, también se elaboró una gráfica V vs L, determinándose la pendiente de la recta, esta grafica la encontramos en el anexo como GRAFICA N°

2. Después se halló el campo eléctrico para el sistema de electrodos de placas paralelas, para esto tenemos que:

L= 0,14 mV= 11,99 V

E=VLdonde

Voltaje suministrado por al fuenteDistanciade separaciónentre las placas

E=11.99V0,14m

⇒85,64 Vm

A partir de hallar el valor del campo eléctrico del sistema de electrodos de placas paralelas, se empieza a determinar la densidad de carga superficial, σ ,para esto tenemos que:

E= σε0⇒ σ=E∗ε 0donde ε para el aguaes80 veces ε0

ε 0(enelagua )=708,32×10−12 C2

N m2

σ=E∗ε0⇒(85,64 Vm )∗(708,32×10−12 C2

N m2)

σ=60.660,52×10−12 VC2

N m3

Se realizó el laboratorio hasta este punto, no se realizó lo referente a las superficies circulares por motivos de tiempo ya que los profesores tenían que asistir a una reunión de acreditación.

9. CONCLUSIONES: A partir de lo hecho en el laboratorio y de los datos obtenidos, las gráficas de líneas de campo y superficies equipotenciales concluimos que las líneas de campo salen de todo objeto cargado positivamente y para el caso de objetos cargados negativamente las líneas de campo se dirigen hacia el objeto. De igual manera pudimos corroborar

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.

Las cargas de prueba positivas se mueven hacia donde el potencial eléctrico disminuye y las cargas de prueba negativas se mueven hacia donde el campo eléctrico aumenta.

Por otra parte en el caso de las distribuciones superficiales equipotenciales concluimos que las líneas son perpendiculares a las direcciones del campo en diferentes puntos de la superficie; razón que vuelve clara la hipótesis de cómo es un potencial eléctrico.

por simple lógica al observar la gráfica de las superficies equipotenciales podemos concluir que el campo eléctrico entre cargas puntuales como los electrodos usados en el laboratorio va de una carga a otra, donde el potencial será mayor cerca a la carga puntual positiva.

En conclusión final mediante este laboratorio pudimos verificar las propiedades de las líneas de campo, las cuales sales de las cargas positivas y dirigiéndose hacia cargas negativas, además nos dimos cuenta que las líneas equipotenciales son perpendiculares a las líneas de campo y que la dirección del campo es tangente a la línea de campo.