El nuevo Laboratorio de física de campos

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Figura 1. Configuración de líneas equipotenciales y de líneas de campo eléctrico para (a) placas planas paralelas y (b) dos cargas puntuales de signo contrario.

Finalmente, es interesante notar que el movimiento de una partícula cargada en presencia de un campo eléctrico generado por otras cargas (en este caso los electrodos) depende de la dirección del campo eléctrico en un punto dado donde ella se encuentre y del signo de esa carga. Así, una carga negativa sentirá una fuerza eléctrica que la obligará a moverse en la dirección contraria al campo, pero si la carga es de signo positivo el efecto es contrario y tenderá a moverse en la misma dirección del campo. En todo caso, habrá trabajo realizado en el sistema carga-campo en cualquiera de las dos circunstancias y la única forma de no realizar trabajo al mover la carga es que ella se desplace “obligadamente” en una superficie equipotencial, de acuerdo con la expresión para el trabajo eléctrico:

Ecuación 3:

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De modo que W = 0 implica que la trayectoria de la partícula, especificada por el diferencial dl, necesariamente debe ser perpendicular al campo eléctrico; es decir, sobre la misma superficie equipotencial.

- MONTAJE EXPERIMENTAL.

Se hizo un plano de coordenadas sobre un vidrio esmerilado con divisiones de 5mm, introduciéndolo a una cubeta de agua. Se conectó un generador de señales aplicando una frecuencia de 1000 Hz. Se conectaron electrodos a una de las salidas del generador de ondas, conectando de manera correcta, las puntas negra y roja al voltímetro. Finalmente se ubicaron los electrodos sobre una de las líneas del plano de coordenadas y 5cm de la línea del centro y así poder medir la diferencia de potencial.

- RESULTADOS

- Identifique en el montaje cada una de las cargas de los electrodos y márquelas según el signo que tiene. Explique brevemente porque se le puede asignar el signo a cada una de las cargas.

A continuación, en la Figura 2 se puede observar el montaje con las respectivas cargas.

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Figura 2. Montaje experimental con las cargas.

La materia que compone el cosmos se categoriza de la siguiente manera según la ciencia actual: ~68% energía oscura, ~27% materia oscura y

- Después de trazar las líneas equipotenciales y las líneas de campo eléctrico marque la dirección de estas últimas y explique brevemente porque deben ir en esta dirección.

En la Figura 3 vemos las líneas de equipotenciales y las líneas de campo. Las líneas salen de las positivas y entran en las negativas. Además, las líneas de campo son perpendiculares a las equipotenciales.

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Figura 3. Trazo de líneas equipotenciales y de campo.

Según Benjamín Franklin, las cargas de un mismo signo se repelen y cargas de signos opuestos se atraen, es por ello que una carga puntual positiva dará lugar a un mapa de líneas de campo eléctrico radiales, pues las fuerzas eléctricas actúan siempre en la dirección de la línea que une a las cargas interactuantes, y dirigidas hacia fuera porque una carga de prueba positiva se desplazaría en esa dirección. En el caso del campo debido a una carga puntual negativa el mapa de líneas de campo eléctrico sería análogo, pero dirigidas hacia ella ya que ése sería la dirección en que se desplazaría la carga positiva de prueba.

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Tabla 1.

-Después de llenar el cuadro 2.1 haga una gráfica en Excel del Potencial en función de la distancia.

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Tabla 2. Potencial en función de la distancia.

En la siguiente figura se observa la gráfica del Potencial vs. Distancia.

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Figura 4. Potencial [V] vs. Distancia [cm]

- Realice el respectivo ajuste y encuentre la ecuación matemática del comportamiento de estas variables. Recuerde que debe utilizar el nombre y las unidades de las variables físicas que esta relacionando.

y = -5E-07x6 + 3E-05x5 - 0,0006x4 + 0,0043x3 + 0,0015x2 - 0,3211x + 5,3072

Con R² = 0,9988

-Teóricamente encuentre como es el campo eléctrico generado por un par de cargas puntuales de diferente signo en la línea que las une.

A través de esta fórmula podemos relacionar el campo producido por una carga a una distancia L de otra carga situada en la misma línea sobre el punto x. Por lo tanto, para hallar el campo en cualquier situado sobre la línea que une a dos cargas puntuales podemos usar esta fórmula.

Ecuación 4.

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-Analice el significado de cada uno de los parámetros que aparecen en la ecuación y discuta la validez del resultado en base al coeficiente de correlación.

Para este experimento, no aplica el coeficiente de correlación debido a que no conocemos el valor de kq.

- ANÁLISIS DE RESULTADOS

Según el procedimiento realizado, se pudo notar que el potencial eléctrico varía en cualquier punto que se indique alrededor de cada carga, sin embargo, se encontraron otros valores que tienen aproximadamente el mismo valor, y esos fueron los que se tuvieron en cuenta para poder marcar las líneas de fuerza y finalmente formar lo que es llamado un campo eléctrico, dependiendo de la distancia que se indique. También se pudo notar que el valor mínimo del potencial fue de 1V, y el mayor fue de 5V, siendo con una distancia de 22cm y 1cm respectivamente. Como se sabe, a mayor distancia, menor es el potencial eléctrico, sin embargo, hubo una ocasión en la que esto no sucedió, que fue a una distancia de 5cm, seguramente debido a un error de medición a la hora de utilizar la punta del voltímetro.

A medida que nos acercamos a la placa cargada positivamente las diferencias de potencial son mayores. Cuando hay líneas equipotenciales paralelas producidas