Laboratorio de Física II Experimento N° 01 Curvas Equipotenciales

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL

Y DE SISTEMAS

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Laboratorio de Física II

Experimento N° 01

Curvas Equipotenciales

Integrantes:

Profesor:

Lic. Joaquín Salcedo Torres

Lima, 12 de Abril del 2018

I.- OBJETIVOS:

• Graficar las curvas equipotenciales según las configuraciones, punto – punto, aro – aro y placa – placa; dentro de una solución conductora.
• Graficar las líneas de fuerza, según las configuraciones, punto – punto, aro – aro y placa - placa.
• Demostrar experimentalmente que las curvas equipotenciales son paralelas y también perpendiculares a las líneas de fuerza.

II.- FUNDAMENTO TEORICO

CAMPO ELÉCTRICO: [pic 2]

El campo eléctrico una cantidad vectorial, es la fuerza por unidad de carga que se ejerce sobre una carga de prueba en cualquier punto, siempre que la carga de prueba sea tan pequeña que no perturbe las cargas que generan el campo. El campo eléctrico producido por una carga puntual está dirigido radialmente hacia fuera de la carga o hacia ella

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Superposición de campos eléctricos Para encontrar el campo originado por una distribución de carga, imaginamos que está constituida por muchas cargas puntuales q1, q2, q3,… (En realidad se trata de una concepción muy realista, pues hemos visto que la carga es transportada por electrones y protones, que son tan pequeños que casi parecen puntos.) En cualquier punto P dado, cada carga puntual produce su propio campo eléctrico …, por lo que una carga de prueba q0 colocada en P experimenta una fuerza de la carga q1, una fuerza de la carga q2 y así sucesivamente. Del principio de superposición de fuerzas, la fuerza total que la distribución de carga ejerce sobre q0 es la suma vectorial de estas fuerzas individuales:[pic 8]

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El efecto combinado de todas las cargas en la distribución queda descrito por el campo eléctrico total en el punto P. de la definición de campo eléctrico, esto es[pic 10]

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LÍNEAS DE CAMPO ELÉCTRICO: 

Las líneas de campo proporcionan una representación gráfica de los campos eléctricos. En cualquier punto sobre una línea de campo, la tangente a la línea está en dirección de en ese punto. El número de líneas por unidad de área (perpendicular a su dirección) es proporcional a la magnitud de en ese punto.

POTENCIAL ELÉCTRICO:

Sabemos que el trabajo realizado por unidad de carga por la fuerza eléctrica cuando un cuerpo con carga se desplaza de a a b es igual al potencial en al menos el potencial en b.

Entonces supondremos

 que queremos medir el potencial eléctrico en un punto A, el valor del potencial será numéricamente igual al trabajo necesario para trasladar una carga positiva unitaria desde el infinito (A) hasta el punto B, venciendo las acciones generadas por el campo eléctrico.

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                …(1)[pic 20]

                        …(2)[pic 21]

De 1 y 2:

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De la definición:

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        El potencial eléctrico en A es 0:[pic 28]

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En general, el campo eléctrico en un punto p, será dado por:

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SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES Y LÍNEAS DE CAMPO 

Como la energía potencial no cambia a medida que una carga de prueba se traslada sobre una superficie equipotencial, el campo eléctrico no realiza trabajo sobre esa carga. De ello se deriva que debe ser perpendicular a la superficie en cada punto, de manera que la fuerza eléctrica siempre es perpendicular al desplazamiento de una carga que se mueva sobre la superficie. Las líneas de campo y las superficies equipotenciales siempre son perpendiculares entre sí. En general, las líneas de campo son curvas, y las equipotenciales son superficies curvas.

Para el caso especial de un campo uniforme, en el que las líneas de campo son rectas, paralelas y están igualmente espaciadas, las superficies equipotenciales son planos paralelos perpendiculares a las líneas de campo. La figura 23.24 muestra tres configuraciones de cargas. Las líneas de campo en el plano de las cargas están representadas por líneas rojas, y las intersecciones de las superficies equipotenciales con este plano (es decir, las secciones transversales de estas superficies) se indican con líneas azules. Las superficies equipotenciales reales son tridimensionales. En cada cruce de una línea equipotencial y una línea de campo, las dos son perpendiculares. En la figura 23.24 aparecen dibujadas superficies equipotenciales de manera que las diferencias de potencial entre superficies adyacentes sean iguales.

En las regiones en que la magnitud de  es grande, las superficies equipotenciales están cerca entre sí porque el campo efectúa una cantidad relativamente grande de trabajo sobre una carga de prueba en un desplazamiento más bien pequeño. Éste es el caso cerca de la carga puntual en la figura 23.24a o entre las dos cargas puntuales en la figura 23.24b; observe que en estas regiones las líneas de campo también están más próximas. Ésta es una analogía directa con la fuerza de la gravedad cuesta abajo, que es mayor en las regiones de un mapa topográfico donde las curvas de nivel están más cerca una de otra. A la inversa, en las zonas en que el campo es más débil, las superficies equipotenciales están más separadas; en la figura 23.24a esto ocurre en radios mayores, a la izquierda de la carga negativa o a la derecha de la positiva en la figura 23.24b, y a distancias mayores de ambas cargas en la figura 23.24c. (Tal vez parezca que dos superficies equipotenciales se intersecan en el centro de la figura 23.24c, violando la regla de que esto nunca puede suceder. De hecho, se trata de una sola superficie equipotencial en forma de “8”.)[pic 31]