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ESTUDIO DE SUPERFICIESEQUIPOTENCIALES Y SU RELACIÓN CONEL CAMPO ELÉCTRICO.«El descontento es la primera necesidad del progreso». Thomas A. Edison RESUMEN. Este proyecto de investigación se basó en el estudio de superficies equipotenciales y su relación con el campo eléctrico, en donde se usó 1 cubet...

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ESTUDIO DE SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES Y SU RELACIÓN CON EL CAMPO ELÉCTRICO. «El descontento es la primera necesidad del progreso». -Thomas A. Edison RESUMEN. Este proyecto de investigación se basó en el estudio de superficies equipotenciales y su relación con el campo eléctrico, en donde se usó 1 cubeta rectangular con agua, 1 hoja milimetrada con un plano XY, 2 electrodos, 1 fuente de voltaje DC, cables de conexión y por supuesto un multímetro. En donde se colocó la cubeta rectangular con agua y por debajo de esta se ubicó la hoja milimetrada con el eje de coordenadas, utilizamos dos electrodos lineales la cual ubicamos en forma paralela en la cubeta, con ayuda del eje de coordenadas lo ubicamos simétricamente, estos dos electrodos estaban conectados a la fuente DC uno para el polo negativo y el otro para el positivo, primero dimos paso a la tensión que fue de 7 voltios que provenía de la fuente DC ya habiendo tensión en los electrodos, se conectó una punta del multímetro (puerto COM) en el electrodo positivo (+) y empezamos a tomar las medidas con ayuda de este mismo con la otra punta, por consiguiente seguimos a ubicar los puntos equipotenciales es decir, medimos y nos daba un voltaje y si movíamos la punta alrededor del electrodo obviamente con ayuda del eje de coordenadas XY nos ubicábamos y así nos tenía que dar el mismo voltaje que tomamos como referencia, en cualquier coordenada, esto lo hicimos así hasta medir 15 puntos equipotenciales y de esta manera lo hicimos para poder trazar nuestras líneas equipotenciales donde en algunas configuraciones no se cerraban estas líneas debido que el electrodo era vertical y la bandeja era muy pequeña, tomamos 5 líneas equipotenciales donde estas líneas nos permitirá así observar la forma que tiene el campo eléctrico.

INTRODUCCIÓN.

Reporte de investigación del subgrupo 2, grupo b, presentado al profesor Raúl Valdivieso en la asignatura de Laboratorio de física 2. Fecha: 15 de octubre de 2019.

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El concepto de campo eléctrico es la perturbación que genera una carga eléctrica en el espacio que la rodea, de tal forma que si introducimos una carga testigo en dicho campo actuará sobre ella una forma eléctrica”. Aquellos puntos contiguos donde el valor del potencial eléctrico es el mismo reciben el nombre de superficie equipotencial, el campo eléctrico es perpendicular en dicho punto y cada punto sólo puede pertenecer a una superficie equipotencial, ya que el potencial eléctrico es un único valor en cada punto. Es por eso que en este trabajo pretendemos analizar algunos de los fenómenos físicos relacionados con este concepto de campo eléctrico, como son las líneas de campo eléctrico en una región perturbada por dos electrodos, obtenidas a partir del trazo de las líneas equipotenciales. Todo esto lo hacemos para comprender la importancia y utilidad de la electrostática en nuestro diario. MARCO TEÓRICO Campo Eléctrico El campo eléctrico E , es una cantidad vectorial que existe en todo punto del espacio. El campo eléctrico en una posición indica la fuerza que actuaría sobre una carga puntual positiva unitaria si estuviera en esa posición. El campo eléctrico se relaciona con la fuerza eléctrica que actúa sobre una carga arbitraria” q” con la expresión E=

F q

Las dimensiones del campo eléctrico son Newton/Coulomb, N/C Podemos expresar la fuerza eléctrica en términos del campo eléctrico, Podemos expresar la fuerza eléctrica en términos del campo eléctrico, F=q E Para una” q” positiva, el vector de campo eléctrico apunta en la misma dirección que el vector de fuerza.

La ecuación para el campo eléctrico es similar a la ley de Coulomb. Asignamos a una carga q en el numerador de la ley de Coulomb el papel de carga de prueba. La otra carga (u otras cargas) en el numerador, qi , crea el campo eléctrico que queremos estudiar.

Ley de Coulomb:

F

=

1 qqi ^ r 4 πϵ º❑ r 2

newtons

Reporte de investigación del subgrupo 2, grupo b, presentado al profesor Raúl Valdivieso en la asignatura de Laboratorio de física 2. Fecha: 15 de octubre de 2019.

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Campo eléctrico: Donde cada

E

=

F q

=

1 qi ^ ri 4 π ϵº r 2

newtons/coulomb

^ ri son vectores unitarios que indican la dirección de la recta que une q i con q . (Khan Academy, s.f.)

‘ Figure 1. Líneas de campo eléctrico. Fuente: Lidia con la Química. Representación del campo eléctrico líneas del campo eléctrico (Artículo)

METODOLOGÍA. Fase 1: Se asegura que la fuente esté enchufada y funcionando, conectada a los respectivos electrodos elegidos para el laboratorio, lo mismo con el multímetro configurados en Volts

Montaje

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3

(Fuente: Autores) Fase 2: Se especifican las posiciones de los electrodos para de ahí partir a medir los

puntos de las líneas equipotenciales.

Montaje

(Fuente: Autores)

Fase 3: Se escoge un voltaje para identificar todos los puntos de la superficie

equipotencial que tengan ese mismo voltaje y almacenarlos en una base de datos. Montaje

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4

(fuente: Autores)

Fase 4: Después de identificados los puntos se repite el proceso hasta completar las superficies equipotenciales requeridas

TRATAMIENTO DE DATOS. Se tomaron los puntos tomando un voltaje de referencia para así denotar la superficie equipotencial. Tabla 1

Electrodo

V(ref.)

X

Y

-

1,69

8,5

-4,0

10,8

-2,0

12,0

0,5

13,0

2,45

12,0

3,5

8,5

6,0

7,0

6,0

5,6

5,0

5,75

1,75

5,75

1,45

5,75

-1,87

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5

5,5

-5,5

7,5

-5,6

9,8

-4,0

Tabla 2

Electrodo

V(ref.)

X

Y

+

5,31 v

-3,0

-4,0

-3,0

-3,0

-2,75

-3,0

-2,75

0,5

-2,75

2,0

-2,75

3,25

-2,75

5,0

-2,75

7,0

-3,0

8,5

-3,0

8,9

Tabla 3

Electrodo

V(ref.)

X

Y

-

2,65

4,0

-6,0

3,75

-5,0

3,5

-4,0

3,5

-3,0

3,12

-0,75

3,5

1,0

3,5

2,5

3,5

4,0

4,12

7,12

4,5

8,25

Tabla 4

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Electrodo

V(ref.)

X

Y

+

6,9

-1,1

-7,0

-9,0

-6,05

-9,0

-5,5

-6,0

-3,5

-6,0

-1,25

-6,0

1,75

-6,0

4,0

-6,0

5,5

-6,70

6,5

-7,25

6,75

-8,0

7,25

-15,0

6,0

-15,0

-5,0

-13,0

-6,05

-12,0

5,5

Tabla 5

Electrodo +

V(ref.)

X 5 -2,0

Y -4,25

-2,0

-3,0

-2,0

-1,0

-1,75

-2,0

-2,0

-3,0

-1,9

-5,25

-2,0

8,0

-2,5

-9,0

-2,25

-10,0

-2,0

9,0

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ANÁLISIS DE RESULTADOS LÍNEAS EQUIPOTENCIALES Y CAMPO ELÉCTRICO GENERADAS POR ELECTRODOS DE BARRA- BARRA

● ● ● ● ●

Tabla 1 Tabla 2 Tabla 3 Tabla 4 Tabla 5

para la configuración de barra - barra se ubicó el electrodo de barra con carga negativa y el otro con carga positiva, estas a igual distancia (equidistantes) del punto de origen (o) donde se genera el voltaje, el electrodo de barra genera un conjunto de líneas equipotenciales que son aproximadamente líneas paralelas y que a diferencia de los producidos por el electrodo de disco que se pueden ver como arcos cada vez más expandidos a medida que se alejan del electrodo de disco también se puede observar que la configuración del electrodo en forma de barra tiende a generar un paralelepípedo aproximadamente un cubo alargado y el electrodo El campo eléctrico se va alargando a medida que se aleja del electrodo de barra lo cual se esperaba respecto a la teoría, pues esta nos dice que las líneas equipotenciales toman la forma que tiene el cuerpo que forma el campo eléctrico. Uniendo los puntos lo más simétricamente posible se pueden trazar las líneas de campo eléctrico ya que van del electrodo positivo al negativo cruzando cada superficie equipotencial perpendicularmente

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ANÁLISIS DE RESULTADOS. Se analizaron las superficies equipotenciales y se analizó la dirección de su campo eléctrico en un ambiente parecido al ideal y se permite ver el resultado esperado que era ver una simetría en las superficies respecto a los electrodos para así asegurar los datos y hacer los cálculos correspondientes de la dirección del campo eléctrico. CONCLUSIONES. En el desarrollo de la práctica realizamos un experimento sobre la naturaleza y el comportamiento de las curvas equipotenciales, las cuales fueron medidas mediante el uso de una fuente, papel milimetrado, una solución líquida (agua) y el multímetro; tomándose los datos respectivos para su posterior análisis. Lo que llevó a obtener los siguientes resultados: Reporte de investigación del subgrupo 2, grupo b, presentado al profesor Raúl Valdivieso en la asignatura de Laboratorio de física 2. Fecha: 15 de octubre de 2019.

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• Las líneas deben empezar en una carga positiva y terminar en cargas negativas, es decir salen del electrodo positivo y entran al electrodo negativo. •El potencial eléctrico aumenta a medida que se acerca al electrodo cargado positivamente y va disminuyendo en dirección al electrodo con carga negativa. • Las líneas de campo eléctrico son perpendiculares a la superficie de la carga o el elemento que lo produce, por lo tanto, un campo generado por una superficie equipotencial va a ser perpendicular a esto. • Una línea de campo eléctrico tiene como característica fundamental el no poder cruzarse o tocarse con otra línea. Esto se debe a que las líneas son normales a la superficie, y estas se van a extender de forma radial si la superficie es una circunferencia (electrodo en forma de disco), o de manera tangencial si la superficie es plana (electrodo en forma de barra), por lo tanto, las líneas van a extenderse hasta el infinito o hasta otra carga. • En cualquier campo uniforme las líneas de campo son rectas y paralelas y están igualmente espaciadas, además las líneas equipotenciales son paralelas entre sí.

REFERENCIAS. 1) FISICALAB. (s.f.). Potencial Eléctrico. Recuperado 6 octubre, 2019, de https://www.fisicalab.com/apartado/potencial-electrico-punto 2)https://es.khanacademy.org/science/electrical-engineering/ee-electrostatics/eeelectric-force-and-electric-field/a/ee-electric-field

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