DICIS Universidad de

Guanajuato

Reporte de la segunda práctica tituladaPotencial Eléctrico

Elaborado por Saida Liliana Rosales García

Como complementoDel curso de Física III

Lunes 14 de Octubre de 2013

“Preocuparse es como sentarse en una mecedora; te entretiene, pero no te lleva a ningún lado”

Objetivo:Mostrar la posibilidad de hacer un estudio sobre potencial eléctrico para facilitar su comprensión y entendimiento, para posteriormente resolver dudas que pudieron haber quedado de algunos problemas vistos en clase.

Marco Teórico:

El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva q desde 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 eléctrica. 

Considérese una carga puntual de prueba positiva, la cual se puede utilizar para hacer el mapa de un campo eléctrico. Para tal carga de pruebalocalizada a una

distancia r de una carga q, la energía potencial electrostática mutua es:De manera equivalente, el potencial eléctrico es 

Trabajo eléctrico y energía potencial eléctrica

Considérese una carga puntual q en presencia de un campo eléctrico. La carga experimentará una fuerza eléctrica. Se define como el trabajo "W"

Ahora bien, si se pretende mantener la partícula en equilibrio, o desplazarla a velocidad constante, se requiere de una fuerza que contrarreste el efecto de la

generada por el campo eléctrico. Esta fuerza deberá tener la misma magnitud que la primera, pero sentido contrario, es decir:

Diferencia de Potencial eléctricoConsidérese una carga de prueba positiva en presencia de un campo eléctrico y que se traslada desde el punto A al punto B conservándose siempre en equilibrio. Si se mide el trabajo que debe hacer el agente que mueve la carga, la diferencia de potencial eléctrico se define como:

El trabajo puede ser positivo, negativo o nulo. En estos casos el potencial eléctrico en B será respectivamente mayor, menor o igual que el potencial eléctrico en A. La unidad en el SI para la diferencia de potencial que se deduce de la ecuación anterior es Joule/Coulomb y se representa mediante una nueva unidad, el voltio, esto es: 1 voltio = 1 joule/coulomb.

Usualmente se escoge el punto A a una gran distancia (en rigor el infinito) de toda carga y el potencial eléctrico esta distancia infinita recibe arbitrariamente el valor cero. Esto permite definir el potencial eléctrico en un punto poniendo  eliminando los índices:

siendo el trabajo que debe hacer un agente exterior para mover la carga de prueba esde el infinito al punto en cuestión.

Obsérvese que la igualdad planteada depende de que se da arbitrariamente el valor cero al potencial n la posición de referencia (el infinito) el cual hubiera podido escogerse de cualquier otro valor así como también se hubiera podido seleccionar

cualquier otro punto de referencia.

Material:

1 Recipiente transparente un poco ancho. 1 multímetro. Dos puntas de grafito. Un cargador de celular que ya no utilices. Una hoja milimétrica. Agua. Caimanes.

Procedimiento:1. Conectar todo en base al siguiente circuito.

2. Conectar el terminal positivo de la batería al extremo de un grafito y de igual manera el terminal negativo con el extremo del otro grafito.

3. Conectar el multímetro en modo de voltímetro y su terminal negativa o común conectarla al grafito que se conecto negativo.

4. El terminal positivo del voltímetro será el que mida el potencial eléctrico en cualquier punto.

5. Agregar agua al refractario e introducir los grafitos.

El siguiente es un pequeño esquema de cómo esta todo conectado

6. Tomar mediciones del voltaje a diferentes distancias.

Mediciones:Distancia total: 16.5 cmVoltaje total: 11.30 v

7. De regreso

8. Invertimos ahora las puntas y volvemos a tomar mediciones

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 170

2

4

6

8

10

12

14

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 170

2

4

6

8

10

12

14

Distancia Voltaje

1 cm 1.70 V2 cm 2.68 V3 cm 3.08 V4 cm 3.67 V5 cm 3.87 V6 cm 4.25 V7 cm 4.43 V8 cm 4.88 V9 cm 5.30 V10 cm 5.56 V11 cm 6.07 V12 cm 6.36 V13 cm 6.48 V14 cm 7.52 V15 cm 8.55 V16 cm 9.17 V16.5 cm 11.63 V

Distancia Voltaje

16.5 cm 11.49 V16 cm 9.32 V15 cm 8.47 V14 cm 7.78 V13 cm 7.21 V12 cm 6.64 V11 cm 6.37 V10 cm 6.13 V

9 cm 5.78 V8 cm 5.61 V7 cm 5.24 V6 cm 4.98 V5 cm 4.64 V4 cm 4.17 V3 cm 3.90 V2 cm 3.24 V1 cm 2.85 V

9. De regreso

En base a estas medidas ya podemos calcular el valor del campo eléctrico y se procede la siguiente manera:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

Distancia Voltaje

1 cm -2.23 V2 cm -2.84 V3 cm -3.38 V4 cm -3.84 V5 cm -3.97 V6 cm -4.53 V7 cm -4.97 V8 cm -5.30 V9 cm -5.61 V10 cm -5.97 V11 cm -6.28 V12 cm -6.81 V13 cm -7.24 V14 cm -7.70 V15 cm -8.21 V16 cm -8.75 V16.5 cm -11.71 V

Distancia Voltaje

16.5 cm -11.64 V16 cm -9.03 V15 cm -8.33 V14 cm -7.60 V13 cm -7.13 V12 cm -6.73 V11 cm -6.27 V10 cm -5.48 V

9 cm -5.53 V8 cm -5.42 V7 cm -4.85 V6 cm -4.72 V5 cm -4.06 V4 cm -3.93 V3 cm -3.53 V2 cm -2.84 V1 cm -2.18 V

Por ejemplo: Queremos medir el campo eléctrico entre:

D1=10 cm el potencial en este punto fue V= 5.56 vD2= 5 cm el potencial en este punto fue V=3.87 v

E =- ∆V∆ D

= (3.87−5.56)

(5−10) = -0.338 V/cm

Es un cálculo muy simple ya que solo se necesita saber la distancia y el voltaje.

Conclusión:ya entendido el concepto, ahora nos podemos preguntar cómo cambia el campo si se separan las placas, si cambio el voltaje, y entonces el campo puede ser estudiado de una manera más completa. Solo hemos calculado un valor medio del campo pero ha sido suficiente para comprender a profundidad el concepto de potencial y sobretodo la relación que lleva con el campo eléctrico.