LÍNEAS DE CAMPO ELÉCTRICO Y SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES

5/28/2018 LNEAS DE CAMPO ELCTRICO Y SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES

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LNEAS DE CAMPO ELCTRICO Y SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES

E. GOMEZ, J.S. FORERO, J.J. FRANCO

Ingeniera Mecnica

Facultad de Ingeniera, Universidad Libre-Bosque Popular Bogot

RESUMEN

En la anterior practica se realiz una experimentacin de cargas elctricas, con el fin de

identificar la diferencia y relacin entre campo elctrico y lneas equipotenciales.

Y que el estudiante logre comprender mediante la prctica los conceptos de potencial

elctrico y campo elctrico, visualizando el efecto producido por los conductores

sometidos a una diferencia de potencial usando el programa Quickfield y dibujando su

datos en la hoja milimetrada y familiarizarse con las grficas y las representaciones.

ABSTRACT

In the previous experiment the Practiced was conducted electrical loads in order to identify

the difference and ratio between electric field equipotential lines.

And the student to understand through the practice, the concepts of electric potential and

electric field, showing the effect of drivers subjected to a potential difference using the

drawing program and its data QuickField on graph paper and become familiar with the

graphs and representations.

INTRODUCCIN

El tema principal de este laboratorio fue analizar las lneas de campo elctrico en una

regin perturbada por dos electrodos, obtenidas a partir del trazo de las lneas

equipotenciales.

Para comprender mas el objetivo general citamos a -William Gilbert quien hizo en 1600

uno de los primeros intentos para explicar como un cuerpo cargado poda alcanzar y

afectar a otro-Todo objeto que se encuentre cargado elctricamente, genera un campo

elctrico alrededor de l, este ltimo est asociado a cierta regin del espacio en donde

se sienten los efectos de los objetos cargados.

As, todos los objetos cargados generan un campo elctrico alrededor de ellos el cual

podemos visualizar mediante lneas imaginarias que nos indican la intensidad del campo

elctrico en el espacio que rodea al objeto cargado. (Lneas equipotenciales).


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REFERENTES TEORICOS

CAMPO ELECTRICO

El campo elctrico existe cuando existe una carga y representa el vnculo entre sta y otra

carga al momento de determinar la interaccin entre ambas y las fuerzas ejercidas. Tienecarcter vectorial (campo vectorial) y se representa por medio de lneas de campo. Si la

carga es positiva, el campo elctrico es radial y saliente a dicha carga. Si es negativa es

radial y entrante.(1)

Campo elctrico

La unidad con la que se mide es:

Newton / Coulomb

LNEAS DE CAMPO

El concepto de lneas de campo (o lneas de fuerza) fue introducido por Michael Faraday(1791-1867). Son lneas imaginarias que ayudan a visualizar cmo va variando ladireccin del campo elctrico al pasar de un punto a otro del espacio. Indican lastrayectorias que seguira la unidad de carga positiva si se la abandona libremente, por loque las lneas de campo salen de las cargas positivas y llegan a las cargas negativas:

Las lneas de campo creadas por una carga positiva estn dirigidas hacia afuera; coincidecon el sentido que tendra la fuerza electrosttica sobre otra carga positiva.

(2):

DIPOLO ELECTRICO [3]:

Es una configuracin de dos cargas elctricas puntuales iguales y opuestas muy prximasuna a otra. La carga total del dipolo es cero, a pesar de lo cual genera un campo elctrico.

La intensidad de ese campo est determinada por el momento dipolar, que viene dado porel producto del valor de las cargas por la distancia entre ambas. Los momentos dipolarespueden ser generados o inducidos por la influencia de campos externos, y emitir ondaselectromagnticas (radiacin del dipolo) si el campo externo vara en el tiempo.


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POTENCIAL ELECTRICO [4]:

El potencial elctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza elctrica para

mover una carga positiva qdesde la referencia hasta ese punto, dividido por unidad de

carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa

para traer una carga unitaria qdesde la referencia hasta el punto considerado en contra

de la fuerza elctrica, dividido por esa carga. Matemticamente se expresa por:

Considrese una carga de prueba positiva, la cual se puede utilizar para hacer el mapa de

un campo elctrico. Para tal carga de prueba localizada a una distancia rde una

carga q, la energa potencial electrosttica mutua es:

De manera equivalente, el potencial elctrico es

=

Ahora considrese una carga de prueba positiva en presencia de un campo elctrico y

que se traslada desde el punto A al punto B conservndose siempre en equilibrio. Si se

mide el trabajo que debe hacer el agente que mueve la carga, la diferencia de potencial

elctricose define como:

El trabajo puede ser positivo, negativo o nulo. En estos casos el potencial elctrico

en B ser respectivamente mayor, menor o igual que el potencial elctrico en A. La

unidad en el SI para la diferencia de potencial que se deduce de la ecuacin anterior

es Joule/Coulomb y se representa mediante una nueva unidad, el voltio, esto es: 1 voltio =

1 joule/coulomb.


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LINEAS EQUIPOTENCIALES

Una superficie equipotencial es ellugar geomtrico de los puntos de uncampoescalar en

los cuales el "potencial de campo" o valor numrico de la funcin que representaelcampo,es constante. Las superficies equipotenciales pueden calcularse empleandolaecuacin de Poisson.

Por su parte las lneas equipotenciales son la interseccin de las superficiesequipotenciales en un campo, sobre estas lneas el potencial del campo es el mismo y lashallamos mediante ensayos de laboratorio.

MONTAJE EXPERIMENTAL

PROCEDIMIENTO GENERAL

1. Conecte las dos fuentes de poder en serie, y el multmetro tal y como se muestra en lafigura 4... Asegrese tambin que el voltmetro se encuentra en una escalade Voltaje DC (>40V)Fig. 4. Conexin en serie de las fuentes de poder para la experiencia.Verifique el voltaje que le llega a loselectrodos con el multmetro en la escala de voltaje.2. Conecte el cable negro (negativo) del multmetro interceptando el cable de conexin enserie de las dosfuentes de poder (estos dos cables permanecern fijos durante esta primera

parte del experimento).3. Con el cable rojo (positivo) del multmetro, busque sobre el papel conductivo, un puntopara el cual ladiferencia de potencial respecto al electrodo negativo sea un valor menor al voltajeaplicado (~20 voltios),por ejemplo 4 voltios; marque las coordenadas de este punto sobre la hoja de papel aescala4. Busque otro punto cuya diferencia de potencial respecto al electrodo negativo seaaproximadamente lamisma (~40.2 voltios) y marque sus coordenadas en la hoja de papel a escala. Repitaeste paso, ubicandoal menos 8 puntos en la hoja de papel a escala.

5. Ubicados los puntos sobre el papel, nalos trazando una lnea continua, el resultadoser nuestra primerasuperficie equipotencial.6. Teniendo en cuenta que las lneas de campo elctrico son perpendiculares a las lneasequipotenciales, dibujeen su hoja de papel a escala (utilizando otro calor) las correspondientes lneas de campoelctrico.
http://es.wikipedia.org/wiki/Lugar_geom%C3%A9tricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_escalarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_escalarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_de_Poissonhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_de_Poissonhttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_escalarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_escalarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Lugar_geom%C3%A9trico


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1

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RESULTADOS Y ANALISIS

Pregunta 1:De acuerdo a su sistema, Dnde comienzan las lneas de campo y donde terminan?Respuesta:Las lneas de campo empiezan del electrodo positivo, cargado en 7.4v alnegativo de la derecha con 0v

Si ellas estn igualmente espaciadas en el comienzo, estn igualmente espaciadas enel final?


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Respuesta: Depende de la forma de los electrodos.. en la primera hoja se logra observarque si estn espaciadas y cual aunque con signos contrario. En la hoja No.2 se logravisualizar que no son iguales., Qu hay del espaciamiento a lo largo del camino que separa al dipolo? Explique sus

respuestas.Respuesta:Entre el dipolo se observan las lneas equipotenciales y las lneas del campo

elctrico que van perpendiculares a las lneas equipotenciales.Pregunta 2:Cul es el potencial elctrico aproximadamente en el punto medio entre los dosconductores? 3.0VPregunta 3:Midiendo el potencial elctrico en varios puntos cercanos al punto medio entre los dosconductoresresponda: Cul es el valor aproximado del campo elctrico en el punto medio entre losdos conductores?3.0VHOJA1

CARGA INICIAL 7.4V


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PUNTO 1 (2.62V) PUNTO 3 (3.32V) PUNTO 5 (4.823V)

-(23;17) -(15;14) -(13;7)-(23;18) -(15;14) -(13;8)-(23;19) -(15;14) -(13;9)

PUNTO2 (3.92V) PUNTO 4 (2.4V)

-(10;13) -(22; 6)-(10;14) -(22; 7)-(10;15) -(22; 8)-(10;12)HOJA2

CARGA INICIAL 7.4V

PUNTO 1 (5.02V) PUNTO 3 (3.6V)

-(5;12) -(22;14)-(4;18) -(21.5;17)-(2.6;14) -(21;16)-(2;14.5) -(21;15)

-(20;13.5)-(19.5;12.5)-(19;11)-(19;10)


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PUNTO2 (3.9V) PUNTO 4LOCALIZADO EN EL MEDIO DE LAS DOS CARGAS (3.0 V)

-(10;16) -(14; 10)-(10;17) -(14; 9)-(9;18.5) -(14; 8)-(9;19) -(14;7)

-(10.5;14)-(10.5;12)-(10.5;10)

APLICACIONES

Desarrollo de prcticas para implementacin de fuerzas en motores donde a partir del

campo generado se aplica en turbinas, controles, generadores, circuitos elctricos y

electrnicos de sistemas operativos y de mantenimiento para elaboracin y

funcionamiento en aviones y dems aplicaciones de orden mecnico inducido.

Adems para clculos de diferencias en estructuras y mecanismos ocasionados por

cambios externos o de medio ambiente que inciden en el desempeo ptimo mecnico

elctrico de partes fundamentales en diseo e ingeniera aeronutica entre otras. (5)

REFERENCIAS

(1) FISICA PRACTICA, WEB DE INFORMACIN.

http://www.fisicapractica.com/campo-electrico.php

(2) FISICA PRACTICA, WEB DE INFORMACIN.

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

(3)WIKISPACESENCICLOPEDIA

www.lafisicaparatodos.wikispaces.com/ Potencial+Electrico

(4) WIKIPEDIA, la enciclopedia librehttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_elctrico .

(5) Eisberg R. y Lerner L. Fsica: Fundamentos y Aplicaciones Vol I y II

Ed.McGraw -Hill
http://www.fisicapractica.com/campo-electrico.phphttp://www.fisicapractica.com/campo-electrico.phphttp://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/electro/campo_electr.htmlhttp://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/electro/campo_electr.htmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctricohttp://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/electro/campo_electr.htmlhttp://www.fisicapractica.com/campo-electrico.php

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