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Universidad Tecnológica de Panamá Centro Regional de Chiriquí Facultad de Ingeniería Civil Licenciatura en Ingeniería Marítima Portuaria Laboratorio 4 Física IIRegiones Equipotenciales de un Campo EléctricoAutores: Alicia Arauz 1-747-1978 Ailyn Guerra 4-810-1778, Roberto Castillo 4-812-38 Yuribeth P...

Description

Universidad Tecnológica de Panamá Centro Regional de Chiriquí Facultad de Ingeniería Civil Licenciatura en Ingeniería Marítima Portuaria Laboratorio 4 Física II

Regiones Equipotenciales de un Campo Eléctrico Autores:

Alicia Arauz 1-747-1978

Roberto Castillo 4-812-38

Ailyn Guerra 4-810-1778,

Yuribeth Pimentel 1-748-2283

Licenciatura en Ingeniería marítima Portuaria – Centro Regional de Chiriquí – Universidad Tecnológica de Panamá

Grupo: 21L121

Profesor: George Pitti

Resumen- Este laboratorio está basado en la distribución de cargas dentro de una región equipotencial específica, la cual nos permite observar una gran variedad de campos generados por diferentes cargas puntuales en puntos específicos que van cambiando a lo largo de un campo arbitrario y donde la magnitud y dirección de estas, también mide el voltaje generado por cada una de ellas Es importante saber que se pueden trazar otras líneas equipotenciales en puntos determinados para los cuales la energía eléctrica será constante mientras se marquen en dichos puntos .

Palabras claves- Equipotencial, campo eléctrico, cargas, electrodos y medidor de voltaje.

Introducción Se presentara información acerca de la distribución de cargas en un plano de coordenadas dentro de un campo eléctrico generado por una par de placas (Electrodos) paralelas y también se mostraran de forma experimental las superficies equipotenciales y las líneas de campo eléctrico, teniendo en cuenta que la distribución de cargas es equivalente a un voltaje, magnitud y dirección total que es distribuida de forma continua a lo largo de alguna línea, sobre alguna superficie.

Objetivo General •

Encontrar y dibujar las líneas equipotenciales para tres configuraciones diferentes. Entender como es la dependencia espacial del potencial eléctrico, y por consiguiente del campo eléctrico, de acuerdo con la forma como esté distribuida la carga.

Descripción teórica Resulta conveniente representar el campo eléctrico dibujando las líneas que indican la dirección del campo en cualquier punto. Faraday quien introdujo el uso de las líneas de campo, creía que estas eran reales y las doto de propiedades elásticas. Aun cuando desde el punto de vista moderno las líneas decampo no son reales, ayudan a visualizar el campo eléctrico, que si es real. Es posible conseguir una representación gráfica de un campo de fuerzas empleando las llamadas líneas de fuerza. Son líneas imaginarias que describen, si los hubiere, los cambios en dirección de las fuerzas al pasar de un punto a otro. En el caso del campo eléctrico, puesto que tiene magnitud y sentido, se trata de una cantidad vectorial, y las líneas de fuerza o líneas de campo eléctrico indican las trayectorias que seguirían las partículas positivas si se las abandonase libremente

a la influencia de las fuerzas del campo. El campo eléctrico será un vector tangente a la línea de fuerza en cualquier punto considerado. Una carga puntual positiva dará lugar a un mapa de líneas de fuerza radiales, pues las fuerzas eléctricas actúan siempre en la dirección de la línea que une a las cargas interactuantes, y dirigidas hacia fuera porque las cargas móviles positivas se desplazarían en ese sentido (fuerzas repulsivas). En el caso del campo debido a una carga puntual negativa el mapa de líneas de fuerza sería análogo, pero dirigidas hacia la carga central. Como consecuencia de lo anterior, en el caso de los campos debidos a varias cargas las líneas de fuerza nacen siempre de las cargas positivas y mueren en las negativas. Se dice por ello que las primeras son «manantiales» y las segundas «sumideros» de líneas de fuerza.

METODOS INSTRUMENTACCION •

COMPUTADORA O DISPOSITIVO MÓVIL.

•

SIMULACION PHET: HTTPS://PHET.COLORADO.EDU/ES/SI MULATION/CHARGES-AND-FIELDS

•

SOFTWARE DE ANÁLISIS DE DATOS. ANALISIS INDAGATORIO

•

QUÉ REPRESENTA UNA REGIÓN EQUIPOTENCIAL? R/. La región equipotencial va representa la posición geométrica del punto del campo eléctrico en el que el potencial eléctrico tiene un valor constante debido a la influencia de los dos polos magnéticos que generan el área.

•

¿QUÉ RELACIÓN EXISTE ENTRE UNA REGIÓN EQUIPOTENCIAL Y LAS LÍNEAS DE FUERZA DE UN MISMO CAMPO ELÉCTRICO?

RESULTADOS SISTEMA DE COORDENADAS

R/. La relación que existe entre las líneas equipotenciales y las líneas del campo eléctrico es que mientras una partícula cargada se mueva perpendicular a las líneas del campo eléctrico, siempre estará en el plano equipotencial.

CONTENIDO EXPLORACION Utiliza la simulación Phet (Cargas y Campos. https://phet.colorado.edu/es/simulation/charges-andfields?) y confecciona el montaje de distribución de carga que corresponde al arreglo de electrodos siguiente: •

Dos electrodos puntuales (carga positiva y carga negativa)

•

Un electrodo puntual y un electrodo plano (carga positiva y carga negativa)

•

Dos electrodos planos (carga positiva y carga negativa)

Establece (fija) un sistema de coordenadas con ayuda de la rejilla para ubicar la distribución de cargas eléctricas anteriores. Utiliza el medidor de voltaje y registra los valores del potencial correspondiente a varias posiciones entre los electrodos. Sigue un patrón al hacer el recorrido de la toma de datos del potencial en cada punto entre los electrodos. Registre los datos obtenidos en una tabla apropiadamente. Utilice un software graficador para presentar sus datos y hacer el análisis correspondiente.

•

Dos electrodos puntuales (carga positiva y carga negativa)

X 0 0.5 1 1.5 2 -0.5 -1 -1.5 -2 0 0.5 1 1.5 2 -0.5 -1 -1.5 -2 0 0.5 1 1.5 2 -0.5 -1 -1.5 -2 0 0.5 1 1.5 2 -0.5 -1 -1.5 -2 0 0.5 1 1.5 2 -0.5 -1 -1.5 -2

Y 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1

P 0 072v -11.96v -5.75v -15.19v -6.1v 10.76v 34.05v 15.81v 6.168v -0.079v -7.56v -13.24v -9.302v -4.991v 7.172v 13.81v 9.397v 5.169v -3.514v -4.718v -5.193v -3.122v -0.027v 3.0.57v 5.205v 4.748v 3.488v -0.129v -7.087v -13.80v -8.833v -5.032v 6.786v 13.52v 8.809v 5.023v -0.075v -2.946v -4.914v -4.585v -3.432v 2.998v 4.925v 4.532v 3.405v

M 17 7 v/m 39.5 v/m 141.251 v/m 37.8 v/m 8.34 v/m 35.5 v/m 141.251 v/m 40.5v/m 8.19v/m 13.1v/m 20.9v/m 33.8v/m 16.9v/m 6.06v/m 20.9v/m 36.0v/m 17.5v/m 6.36v/m 3.76v/m 6.36v/m 8.82v/m 7.58v/m 6.54v/m 7.50v/m 8.80v/m 6.26v/m 3.69v/m 12.7v/m 19.7v/m 36.0v/m 16.1v/m 6.27v/m 19.4v/m 34.9v/m 16.1v/m 6.02v/m 6.23v/m 7.20v/m 8.21v/m 6.10v/m 3.59v/m 7.26v/m 8.20v/m 6.06v/m 3.56v/m

D -0 6 ˚ -1.6 ˚ -90.0 ˚ -180 ˚ -180 ˚ -1.5 ˚ -90.0 ˚ -180 ˚ -180 ˚ -0.6 ˚ -36.0 ˚ -90.2 ˚ -133.8 ˚ -151.5 ˚ 35.1 ˚ 90.2 ˚ 132.9 ˚ 151.4 ˚ -0.6 ˚ -42.2 ˚ -80.3 ˚ -109.8 ˚ -129.0 ˚ 41.0 ˚ 80.9 ˚ 111.8 ˚ 130.6 ˚ 0.6 ˚ 37.8 ˚ 90.5 ˚ 132.3 ˚ 150.6 ˚ -35.6 ˚ -90.3 ˚ -131.3 ˚ -150.1 ˚ 0.6 ˚ 41.6 ˚ 79.8 ˚ 109.1 ˚ 128.7 ˚ -42.1 ˚ -80.8 ˚ -108.3 ˚ -128.3˚

Un electrodo puntual y un electrodo plano (carga positiva y carga negativa)

X 0 0.5 1 1.5 2 -0.5 -1 -1.5 -2 0 0.5 1 1.5 2

Y 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

P 92.67v 54.27v -1072v 27.44v 29.21v 154.5v 1386v 155.6v 98.99v 88.79v 56.68v 36.06v 32.06v 29.69v

M 88.8v/m 3.28 v/m 19.5 v/m 156.94 v/m 78.4v/m 209 v/m 141l.69 v/m 186v/m 77.2v/m 80.9v/m 52.9v/m 39.0v/m 10.4v/m 5.68v/m

D -0.6 ˚ 0.8 ˚ 90.0 ˚ 175.4 ˚ 2.0 ˚ -0.9 ˚ -90.0 ˚ -179.4 ˚ -179.3 ˚ 9.7 ˚ -5.8 ˚ -52.5 ˚ -69.3 ˚ -14.0 ˚

-0.5 -1 -1.5 -2 0 0.5 1 1.5 2 -0.5 -1

0.5 0.5 0.5 0.5 1 1 1 1 1 1 1

150.6v 758.3v 148.7v 94.54v 78.93v 56.55v 42.47v 34.82v 30.19v 118.6v 479.8v

192v/m 141.27v/m 181v/m 74.7v/m 33.5v/m 35.9v/m 20.5v/m 11.5v/m 7.62v/m 147v/m 148.58v/m

11.1 ˚ 90.0 ˚ 169.5 ˚ 167.3 ˚ 25.4 ˚ 13.1 ˚ -3.1 ˚ -7.4 ˚ 0.1 ˚ 31.5 ˚ -90.0 ˚

-1.5 -2 0 0.5 1 1.5 2

1 1 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5

121.2v 81.59v 87.10v 56.89v 36.70v 32.01v 29.60v

145v/m 60.4v/m 78.5v/m 51.0v/m 38.7v/m 9.94v/m 5.54v/m

146.9 ˚ 150.5 ˚ -11.2 ˚ 3.7 ˚ 52.4 ˚ 67.1 ˚ 14.0 ˚ ˚

-0.5 -1 -1.5 -2 0 0.5 1 1.5

-0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -1 -1 -1 -1

144.9v 1372v 149.1v 94.19v 76.685v 55.41v 42.40v 34.42v

186v/m 141.57v/m 183v/m 74.4v/m 61.2v/m 34.4v/m 20.4v/m 11.2v/m

-11.9 ˚ -90.0 ˚ -168.1 ˚ -165.8 ˚ -27.0 ˚ -14.6 ˚ 0.8 ˚ 5.9 ˚

2 -0.5 -1 -1.5 -2

-1 -1 -1 -1 -1

30.15v 116.4v 1277v 118.2v 80.41v

7.59v/m 142v/m 141.640v/m 143v/m 58.9v/m

-1.3 ˚ -34.1 ˚ -90.0 ˚ -145.9 ˚ -149.4 ˚

Chart Title

1500 1000 500 0 -500 0 -1000 -1500

-1 1 0.5

1

-1500--1000

1.5

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-1000--500

-500-0

-0.5

0-500

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500-1000

0

-1.5

-2

1000-1500

Chart Title

-1

-0.5

1

0.5

0

•

Dos electrodos planos (carga positiva y carga negativa)

Campo y lineas equipotenciales

X 0 0.5 1 1.5 2 -0.5 -1 -1.5 -2 0 0.5 1 1.5 2 -0.5 -1 -1.5 -2 0 0.5 1 1.5 2 -0.5 -1

Y 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 1 1 1 1 1 1

P 1562v -88.92v -707.9v -118.9v -62.30v 91.76v 601.1v 119.4v 62.43v 3.360v -81.86v -1318v -110.7v -60.12v 84.03v 1323v 111.1v 59.38v -0.576v -58.89v -515v -82.43v -48.15v 63.07v 1251v

M v/m 158v/m 141345 v/m 176 v/m 67.2v/m 239v/m 15152 v/m 182v/m 64.9v/m 145v/m 217v/m 141350v/m 180v/m 65.8v/m 227v/m 141365v/m 173v/m 63.2v/m 106v/m 164v/m 7982v/m 141v/m 51.7v/m 174v/m 141823v/m

D -0.6 ˚ -2.0 ˚ -90.0 ˚ 179.1 ˚ 178.9 ˚ -0.1 ˚ -90.0 ˚ -179.6 ˚ 179.8 ˚ -0.2 ˚ -7.6 ˚ -90.0 ˚ -170.0 ˚ -165.0 ˚ 6.6 ˚ 90.0 ˚ 169.5 ˚ 166.2 ˚ 0.7 ˚ -22.4 ˚ 90.0 ˚ -145.9 ˚ -148.2 ˚ 22.4 ˚ 90.0 ˚

-1.5 -2 0 0.5 1 1.5 2 -0.5 -1 -1.5 -2 0 0.5 1 1.5 2 -0.5 -1 -1.5 -2

1 1 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1

80.73v 48.13v 0.759v -90.51v -767.7v -108.4v -58.74v 85.77v 569.2v 107.6v 58.75v -1305v -58.95v -901.2v -79.69v -49.12v 58.21v 458.6v 78.98v 46.20 v

131v/m 50.4v/m 146v/m 238v/m 141177v/m 167v/m 62.4v/m 227v/m 35181v/m 169v/m 62.6v/m 103v/m 166v/m 141635v/m 128v/m 51.9v/m 163v/m 35716v/m 123v/m 48.2v/m

144.8 ˚ 90.0 ˚ 144.8 ˚ 144.8 ˚ 148.3 ˚ -0.6 ˚ 7.0 ˚ 90.0 ˚ 167.0 ˚ 164.3 ˚ -7.5 ˚ -90.0 ˚ -168.1 ˚ -164.1 ˚ 0.6 ˚ 23.9 ˚ 90.0 ˚ 143.5 ˚ 147.0 ˚ -24.5 ˚

Chart Title 2000 1000

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0 -1000

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-2000--1000

-1000-0

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1000-2000

Chart Title -1

-0.5

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1 1.5 2 -2000--1000 -1000-0

-0.5 0-1000

-1 -1.5 1000-2000

Chart Title -1

-0.5

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0 0

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1 1.5 2 -2000--1000 -1000-0

-0.5 -1 -1.5 -2 0-1000 1000-2000

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Revista de Iniciación Científica – RIC – Journal of Undergraduate Research

estas líneas son perpendiculares a el campo de cada punto.

▪ Analisis de Resultados •

▪ Las superficies equipotenciales son curvas, a diferencia de un campo uniforme donde, las superficies equipotenciales se representan de manera de planos paralelos entre sí.

•

En la realización de este informe podemos concluir que gráficamente queda demostrado como el voltaje varia conforme se aumente o disminuyan las cargas y como su signo tiene relevancia en este; además, como en un determinado punto el voltaje total puede variar conforme se aleje o acerque al origen de los planos de carga eléctrica.

1. Para cada una de las tres configuraciones de electrodos determine/encuentre las líneas equipotenciales. ¿Que relación existe entre la forma del electrodo y las líneas equipotenciales? R// Se relacionan de modo que cuando se tienen dos electrodos con cargas opuestas se crea una diferencia de potencial eléctrico y así se genera un campo eléctrico, cuyas líneas de campo dependen de la posición y forma de los electrodos ;Es decir las líneas de fuerzas de un campo son curvas y las equipotenciales son superficies curvas creadas por estos electrodos,

ANEXOS

2. Para las tres configuraciones, determine/encuentre las líneas de campo eléctrico. Tenga en cuenta que las líneas de campo eléctrico forman 90° con las líneas equipotenciales.

GLOSARIO 1. Equipotencial: Es el lugar geométrico de los puntos de un campo escalar en los cuales el "potencial de campo" o valor numérico de la

R// Están en las imágenes 3. De acuerdo a las graficas realizadas responda las siguientes preguntas:

función que representa el campo, es constante. 2. Campo eléctrico: Se representa matemáticamente mediante el vector campo eléctrico, definido como el cociente entre la fuerza eléc-

¿Cómo varia la separación de las líneas equipotenciales con la distancia a uno de los electrodos? R// Su variación depende de las coordenadas en donde se ubique la carga conforme a los electrodos y su distancia esta proporcional a una constante ya dada. ¿Como son las líneas equipotenciales en las regiones laterales de los electrodos?. Explique R// las líneas de forma lateral son curvas ya que estas forman una superficie curva.

trica que experimenta una carga testigo y el valor de esa carga testigo (una carga testigo positiva). 3.

Carga: Es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas a través de campos electromagnéticos.

Conclusiones

4. Electros: Es un conductor eléctrico utilizado para hacer contacto con una parte no me-

•

▪ En el área donde hay un campo eléctrico, puede representar el potencial eléctrico. Representado gráficamente por superficies equipotenciales, es decir, superficies equipotenciales tiene el mismo valor en todos los puntos. Sobre un plano, la superficie equipotencial es representadas por líneas, líneas equipotenciales,

tálica de un circuito, por ejemplo, un semiconductor, un electrolito, el vacío (en una válvula termoiónica), un gas (en una lámpara de neón).

5. Medidor de voltaje: Es un instrumento de medición que se utiliza para medir la diferencia de potencial eléctrico, también conocido como voltaje, entre dos puntos en una corriente eléctrica.

REFERENCIAS 1. GUÍA DE LABORATORIO, EXPLICADA Y ENTREGADA EN CLASES. 2. SIMULADOR: 3. HTTPS://PHET.COLORADO.EDU/ES/SIM ULATION/CHARGES-ANDFIELDS 4. HTTP://MEDIA.UTP.EDU.CO/FACULTADCIENCIASBASICAS/ARCHIVOS/CONTENIDOSDEPARTAMENTO-DE-FISICA/GUIALINEAS-EQUIPOTENCIALES.PDF 5. HTTPS://WWW.YOUTUBE.COM/WATCH? V=NEBRHQJQILI...