PRÁCTICA 2: LÍNEAS EQUIPOTENCIALES

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Figura 1. Cubeta para líneas equipotenciales

Con la sonda (punta libre del voltímetro) se pretende ubicar, registrar y mapear aquellos puntos de la cubeta para los cuales el potencial electrostático tiene un mismo valor.[pic 6]

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Figura 2. Circuito para el mapeo de líneas equipotenciales

- TOMA DE DATOS

Realice el montaje indicado en la figura 2 de esta guía ubicando una hoja milimetrada bajo la cubeta lo cual permite definir un sistema de coordenadas para ubicar los puntos con igual potencial eléctrico. Para cada configuración de carga debe contar con una hoja de papel milimetrado para registrar los puntos observados en el sistema de coordenadas establecido, tenga en cuenta la geometría de los electrodos pues debe representarlos en cada caso.

Agregue agua a la cubeta hasta una profundidad de 0,6 cm aproximadamente.

Encienda el voltímetro y fíjelo en la escala adecuada (10VDC).

Verifique que el ajuste de voltaje de la fuente esté en el mínimo antes de encenderla. Encienda la fuente y gradúela hasta obtener una salida de voltaje inferior a 10V.

El conector libre del voltímetro hace las veces de sonda para explorar los valores de potencial eléctrico en los diferentes puntos del campo eléctrico generado por la distribución de carga de los electrodos que se han elegido. Introduzca la punta de la sonda en el agua, desplácela y observe las lecturas en el voltímetro. Al leer las coordenadas de los puntos debe ubicar la sonda en posición vertical con el propósito de minimizar el error en la lectura. Observe y determine los patrones que le permitan establecer cuándo el potencial eléctrico aumenta y cuándo disminuye.

Ubique la sonda en diversos puntos de uno de los electrodos observe y registre sus hallazgos. Repita el proceso con el otro electrodo.

Determine los lugares en que el potencial eléctrico es de 2 V y ubíquelos en la hoja que le sirve para construir el mapeo. Una vez tenga suficientes puntos únalos con una curva suave para obtener la línea equipotencial de 2 V. Repita el proceso con otros valores de potencial eléctrico de tal manera que pueda cubrir la mayor parte de regiones de la cubeta.

Siguiendo el proceso anterior determine el mapa de líneas equipotenciales para las configuraciones de carga mostradas en las siguientes figuras (esto se logra cambiando la geometría de los electrodos).

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A partir del mapeo de líneas equipotenciales obtenga las líneas de campo respectivas. Establezca las características de las líneas equipotenciales y de las líneas de campo para cada configuración de carga.

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Introduzca entre los electrodos un objeto conductor y posteriormente uno aislante (Ver figura 5). Obtenga el respectivo mapeo de líneas equipotenciales. Para cada caso tenga en cuenta el comportamiento de potencial en las proximidades del cuerpo introducido y en su superficie. Explique lo observado.

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Realicen una discusión al interior del grupo con el objeto de “visualizar” el comportamiento en 3D de las superficies equipotenciales y de las líneas de campo para cada configuración. Realicen figuras que representes sus predicciones.

Confronte este resultado con el obtenido por los otros compañeros y con los aceptados por la comunidad científica.

- APLICACIONES

Contesten las siguientes preguntas e inquietudes:

¿Existe una relación entre el valor del potencial eléctrico de las líneas trazadas y su separación?

Para la combinación de electrodos paralelos realice un análisis cualitativo y cuantitativo que le permita establecer el tipo de relación existente entre el voltaje y la distancia perpendicular al electrodo negativo. ¿Cómo puede obtener el valor del campo eléctrico entre los electrodos paralelos a partir de este análisis?

¿Cuál será el modelo para las líneas equipotenciales y para las líneas de campo si a los dos electrodos se le suministra carga del mismo signo? ¿Qué cambios le haría al montaje inicial para confrontar las predicciones realizadas en la pregunta anterior con los resultados experimentales? Presente al profesor un esquema de las modificaciones y cuando obtenga el visto bueno realice el experimento registrando sus hallazgos.

¿Qué ocurre si se varía la diferencia de potencial suministrada por la fuente?

¿Qué ocurre si en lugar de corriente continua se introduce corriente alterna?

¿Qué ocurre con la configuración de líneas equipotenciales si se introduce entre los electrodos un objeto conductor o uno aislante?

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SIMULACIÓN

Ingrese a http://www.xtec.cat/~ocasella/applets/elect/appletsol2.htm

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Con el botón ubicado en la parte superior izquierda se adicionan cargas puntuales. Para simular un electrodo recto se añaden varias cargas y luego se ubican en línea recta (ver el botón Condensador).

En el lado derecho puede activar las opciones para visualizar líneas de fuerza y superficies equipotenciales.

Realice las diferentes configuraciones de electrodos realizadas en el laboratorio real y para cada una obtenga y dibuje el mapa de líneas equipotenciales y de líneas de campo. Ingrese a http://falstad.com/vector3de/

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[pic 19]

Seleccione diferentes distribuciones de carga y para cada una obtenga el mapa de líneas de campo y de equipotenciales.

Confronte los resultados obtenidos en el experimento real y el experimento virtual

BIBLIOGRAFÍA

YOUNG, Hugh y FREEDMAN, Roger. Física Universitaria con Física Moderna, 12a