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Instituto Superior de Educación Rural - ISER“Formamos profesionales de calidad para el

desarrollo social humano”

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Pamplona, Norte de Santander

PRÁCTICA: LINEAS DE CAMPO ELECTRICO Y SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES

1. NORMAS DE SEGURIDAD

Antes de iniciar el desarrollo de cada práctica se indicará las normas de seguridad y recomendaciones para el uso correcto de materiales y equipos requeridos.

2. OBJETIVOS

Identificar y dibujar cómo se distribuyen las líneas equipotenciales y las líneas de campo dentro de los campos eléctricos debido a cargas puntuales, barras paralelas, disco y una carga puntual, carga puntual y una barra.

3. MATERIALES Y RECURSOS FÍSICOS

MECANICACantidad NOMBRE OBSERVACIONE

S1 Placa reticular1 Juego de electrodos 2 Soportes acrílicos 1 Placa de policarbonato1 Papel conductor para superficie

equipotencial3 Pinzas de cocodrilo2 Electrodos rectangulares2 Electrodos puntuales 1 Electrodo circular1 Electrodo en forma de punta1 Porta electrodos con tres tornillo

moleteados1 Multímetro 2 Cable conectores azul y rojo1 Fuente de voltaje de 0 a 12V2 Color azul y color rojo Traerlos5 Hojas de bloc blanco Traerlas

4. MARCO TEÓRICO

El diseño experimental para el desarrollo de esta práctica permite al estudiante realizar la visualización de las líneas equipotenciales para varias configuraciones de electrodos puntuales, electrodos rectangulares, electrodos circulares.

Toda carga q crea en el espacio que lo rodea un campo eléctrico vectorial E, y un potencial eléctrico escalar V, cuyas expresiones están en función de la distancia r de un punto dado en consideración y de la magnitud de la carga, cuyas expresiones están dada por:

(1) (2)






La fuerza eléctrica que experimenta una carga q dentro de un campo eléctrico E está dada por:

(3)

El potencial eléctrico V es el trabajo que debe realizar la fuerza eléctrica F para mover una carga positiva q desde un punto de referencia hasta otro punto del espacio dentro del campo eléctrico:

(4)El trabajo realizado por una fuerza dentro del campo eléctrico para mover una carga q a lo largo de una trayectoria dl está dado por:

(5)

El trabajo realizado por una fuerza dentro del campo eléctrico para mover una carga q a lo largo de una trayectoria dl es W = 0 esto implica que la trayectoria de la partícula, especificada por el diferencial, necesariamente debe ser perpendicular al campo eléctrico; es decir, sobre la misma superficie equipotencial.

Las siguientes son las propiedades de las líneas de campo eléctrico y las líneas o superficies equipotenciales para cualquier tipo de distribución.

El vector campo eléctrico es tangente a las líneas de campo en cada punto. Las líneas de campo eléctrico son paralelas entre sí, y siempre salen de las cargas positivas o del infinito y

terminan en el infinito o en las cargas negativas. Una superficie equipotencial es el lugar geométrico de los puntos de un campo escalar en los cuales el "potencial

eléctrico", es constante. Las líneas de campo eléctrico son, en cada punto, perpendiculares a las superficies equipotenciales y se dirigen

hacia donde el potencial disminuye. En tres dimensiones esas líneas forman superficies equipotenciales. El trabajo para desplazar una carga entre dos puntos sobre la misma superficie equipotencial es nulo.

5. TALLER.5.1. ¿Qué es una superficie equipotencial? 5.2. Consulte las gráficas de cómo deben ser las configuraciones de superficies equipotenciales para: Dos cargas puntuales de igual magnitud pero signo diferente separadas una distancia r. Dos barras metálicas de longitud finita con distribuciones de carga iguales y opuestas, paralelas separadas una

distancia d. Una partícula puntual con signo positivo, y a una barra metálica de longitud finita con distribución de carga

uniforme y negativa. Un anillo y una carga puntual de cargas iguales y opuestas. Dos cargas puntuales y una placa rectangular en el centro de ellas.5.3. Si se conoce la diferencia de potencial, ¿cómo se pueden determinar las componentes del campo eléctrico,

analíticamente y gráficamente?5.4. Cuando son homogéneas las líneas de campo eléctrico y las líneas sobre una superficie equipotencial.






6. PROCEDIMIENTOSProcedimiento 1. Potencial eléctrico entre electrodos

rectangulares6.1. Para realizar el montaje de la figura 1. 6.2. Coloque los dos soportes acrílicos sobre la placa reticular de aluminio.6.3. coloque la placa de policarbonato justo entre ellos los soportes acrílicos6.4. Sobre la placa de policarbonato colocar la lámina de papel carbón (Fig. 2).6.5. Sobre los soportes acrílicos colocar el porta electrodos.

6.6. Coloque los dos electrodos rectangulares paralelos entre si debajo de los tornillos moleteados externos, y Ajuste los tornillos moleteados presionando ambos electrodos firmemente sobre la placa de policarbonato cubierta por el papel conductor como se muestra en la Fig. 3.6.7. Dibuje los perfiles de los electrodos en el papel conductor, afloje ligeramente los tornillos moleteados y retire nuevamente el papel conductor (Fig. 3).6.8. Rellene con precisión las áreas marcadas con un lápiz suave (Fig. 4). 6.9. El grafito del lápiz crea un mejor contacto entre los electrodos y el papel carbón para que, al aplicar un voltaje a los electrodos, con esto se puede medir un campo eléctrico dentro del carbón conductor.6.10. Vuelva a colocar el papel conductor en su posición original, coloque los electrodos en la posición marcada y apriételos con los tornillos moleteados en el papel conductor (Fig. 3).6.11. Conecte la fuente de voltaje a los tornillos moleteados que ajustan a los electrodos mediante conectores con las pinzas de cocodrilo de la figura 5, igualmente conecte el multímetro como se observa en la figura, el polo positivo es el azul y el negativo es el rojo. Marque (+) y (-) sobre el papel conductos la polaridad de cada electrodo.

6.12. Encienda la fuente de voltaje y configure su salida a 10 V. Coloque la punta de la aguja en cada uno de los electrodos y comprobar si uno tiene 0 V y el otro tiene 10 V respectivamente (Fig. 5). Si es necesario, ajuste el voltaje de la fuente antes de iniciar a tomar medidas de los puntos de potencial sobre el papel conductor.6.13. Encuentre sobre el papel conductor, todos los puntos que tienen el mismo potencial eléctrico para ello se debe ver lectura en el multímetro (Fig. 6), Con la punta de la aguja de tejer escanee el papel conductor entre las placas y marque los puntos con un lápiz como pequeños círculos.






6.14. Comience a tomar medidas desde la placa que tiene un voltaje de 0V iniciando con puntos con un valor de 1 V marcando diez puntos consecutivos con este valor, repita el mismo proceso para puntos con 3V,5V, 7V, 9V.6.15. Después de completar la medición, suelte los tornillos moleteados y retire el papel conductor con los puntos tomados.6.16. Realizar los montajes indicados con los electrodos mostrados en las figuras siguientes y repetir el procedimiento anterior con los los valores de potencial que se indican para cada configuracion.

Procedimiento 2. Potencial eléctrico entre electrodos puntuales

Trabajar con líneas con potenciales de 1V, 3V, 5V,7V, 9V.

Procedimiento 3. Potencial eléctrico entre dos electrodos puntuales y un electrodo

rectangular

Trabajar con líneas con potenciales de 1V, 2V, 3V, 4V, 5V,6V, 7V, 8V, 9V.

Procedimiento 4. Potencial eléctrico entre un electrodo circular y electrodo puntual

Trabajar con líneas con potenciales de 2V, 4V, 6V, 8V.






7. CUESTIONARIO 7.1. Con los puntos equipotenciales obtenidos para cada procedimiento, trace las líneas equipotenciales uniendo suavemente con un color rojo los puntos que se encuentran al mismo potencial, como por ejemplo todos los que estén a 1 volt y así sucesivamente para las demás series de puntos. “No una puntos que se hallen a distinto potencial”. 7.2. Una vez que haya obtenido los patrones de líneas equipotenciales para cada caso, trace entre 5 y 12 las líneas de campo eléctrico siguiendo el procedimiento indicado para proceso desarrollado. En cada grafica localice primero el electrodo cargado positivamente (+) y luego el electrodo negativo (-). Recuerde que siempre las líneas de campo eléctrico salen de las cargas positivas hacia las cargas negativas y que

líneas equipotenciales y de campo son perpendiculares entre sí en cada punto. Con un color azul trace suavemente las líneas de campo de tal forma que sean perpendiculares a cada una de

las líneas equipotenciales de la configuración estudiada, iniciando en la figura marcada con signo más y terminando en la marcada con signo menos.

7.3. Anexar las gráficas pegadas sobre hojas blancas al final del informe.7.4. Mida la distancia de separación de los electrodos en cada configuración registre los datos en la tabla.

8. ANÁLISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS.8.1. Que sucede con el potencial eléctrico al ir desde el electrodo negativo al positivo.Analice y discuta en cada caso la forma y distribución de las líneas de potencial y de campo eléctrico en cada gráfica.

Dos electrodos rectangulares Dos puntuales Dos puntuales y uno rectangular Uno puntual y uno circular

Por ejemplo:8.2. ¿Dónde se observa mayor densidad de líneas equipotenciales en cada configuración, en el centro, cerca de los electrodos?8.3. ¿Cómo son las líneas de las superficies equipotenciales en el centro de cada configuración y que sucede cuando se acercan a cada electrodo?8.4. ¿Hay alguna relación entre la forma del electrodo y las líneas equipotenciales?8.5. ¿Qué se observa con las líneas de potencial y de campo eléctrico fuera de la región de los electrodos?8.6. ¿Las líneas e campo eléctrico y de superficies equipotenciales corresponden, en cuanto a su forma y distribución, a lo esperado en la teoría o consultado en el taller?. 8.7. Construya como debe ser la gráfica para la configuración de un electrodo puntual y uno rectangular, Anéxela al final del informe.8.8. De acuerdo con las respuestas dadas completa la tabla y de la forma de las líneas (recta, curvada) equipotenciales en cada región indicada.

9. CONCLUSIONES

Las conclusiones deben estar de acuerdo con los resultados obtenidos en las tablas de datos y gráficas.

10. BIBLIOGRAFÍA.

Laboratorios Phywe. Serway R (1997). Física, Vol. I Cuarta Edición. Editorial McGraw Hill Interamericana: México Tipler, P (1985). Física, Vol. I. segunda edición. Editorial Reverte: España.






Sears, Z. Young y Feedman (1996) Física Universitaria, Vol. I Novena Edición. Editorial Addison Wesley Longman: México.

Resnick, R. Halliday, D y Krane K. (2000). Física Vol. I, Cuarta Edición. Compañía Editorial continental. Física Recreativa. http:/www.fisicarecreativa.com. https://phet.colorado.edu/es simulaciones de fisica.

Edito : M.S.c. NELSON ANTONIO GALVIS JAIMES

PROCESOS CON ELECTRODOS

DISTANCIA DE SEPARACION

ENTRE ELECTRODOS (M)

DISTANCIA DE SEPARACION DESDE EL

CENTRO DE LA CONFIGURACION

ENTRE

FORMA DE LÍNEAS EQUIPOTENCIALES EN

EL CENTRO DE LA CONFIGURACIÓN

FORMA DE LÍNEAS DE EQUIPOTENCIALES

CERCA DE LOS ELETRODOS

DOS RECTANGULARES

DOS PUNTUALES

UNO CIRCULAR Y UNO PUNTUAL EN EL

CENTRO

DOS PUNTUALES Y UNO RECTANGULAR

EN EL CENTRO

UNO RECTANGULAR Y UNO PUNTUAL

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