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DEPARTAMENTO DE FISICA Y GEOLOGIALABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMOSUPERFICIES EQUIPOTENCIALESSalcedo Monsalve Jaider Leonardo, Mancilla Gomez Maria Ichell, Carreño Suarez Juan David. 1 Departamento de Ingenierías y Arquitectura, Universidad de PamplonaEQUIPO 04 Recibido 21/04/Resumen En el siguiente ...

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DEPARTAMENTO DE FISICA Y GEOLOGIA

LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO

SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES Salcedo Monsalve Jaider Leonardo, Mancilla Gomez Maria Ichell, Carreño Suarez Juan David. Departamento de Ingenierías y Arquitectura, Universidad de Pamplona

1

EQUIPO 04

Recibido 21/04/2021

Resumen En el siguiente informe se pretendió dar solución a las incógnitas que produce dicho tema como lo son las superficies equipotenciales y por qué ocurre dicho fenómeno; “cualquier superficie en la que el potencial es igual en toda su extensión se conoce como superficie equipotencial y un plano da lugar a una trayectoria de línea conocida como línea equipotencial”. La elaboración de esta práctica de laboratorio se basó en la resolución de problemas como el explicar en qué consisten las superficies equipotenciales, que fenómeno anula y las diferentes aplicaciones que tiene dichos potencias en los diferentes campos. Como futuros ingenieros, estos temas son de vital importancia, por tanto, uno de los motivos por el cual se elaboró dicho informe es con el fin de afianzar y completar nuestros conocimientos, además de aplicarlos en nuestros campos de estudio. Gracias a las indicaciones de la profesora y teniendo en cuenta las prevenciones sobre el COVID 19, este laboratorio ha sido realizado de manera virtual y desde la comodidad de nuestro hogar. Para nuestra practica es necesario el uso de netamente simuladores y videos referentes al tema, precargados por la profesora, los cuales nos darán las sensaciones de estar haciendo un experimento real Palabras claves: equipotencial, línea, superficies Abstract In the following report it was tried to solve the unknowns that this topic produces, such as equipotential surfaces and why this phenomenon occurs; "any surface in which the potential is equal in all its extension is known as equipotential surface and a plane gives rise to a line path known as equipotential line". The elaboration of this laboratory practice was based on solving problems such as explaining what equipotential surfaces consist of, which phenomenon it cancels, and the different applications that these powers have in different fields. As future engineers, these issues are of vital importance, therefore, one of the reasons why this report was prepared is in order to consolidate and complete our knowledge, in addition to applying it in our fields of study. Thanks to the teacher's instructions and taking into account the preventions on covid 19, this laboratory has been carried out virtually and from the comfort of our home. For our practice, it is necessary to use simulators and videos related to the subject, preloaded by the teacher, which will give us the sensations of doing a real experiment.

Keywords: equipotential, line, surface © Todos los derechos reservados.

DEPARTAMENTO DE FISICA Y GEOLOGIA

1. Marco Teórico e Introducción Toda carga crea en el espacio que lo rodea tanto un campo eléctrico vectorial E como un campo de potencial eléctrico escalar V, cuyas expresiones están en función de la distancia r de un punto dado en consideración y de la magnitud de la carga. En general, la dependencia espacial explícita de esos campos E y V depende de la forma como espacialmente estén distribuidas las cargas. En el caso de cargas puntuales se presenta una simetría esférica, de modo que los campos E y V presentan una disminución radial en sus valores y tienden a cero a medida que nos alejamos de las cargas que producen los campos. Matemáticamente hablando, expresamos esas variaciones como:

donde Q es la magnitud de la carga que genera el campo eléctrico E con su respectivo signo y es el vector unitario dirigido desde la carga hasta el punto donde se calcula el campo eléctrico E. En el caso de dos placas conductoras paralelas el campo E presenta un valor constante en la región comprendida entre las placas; pero el potencial eléctrico V es directamente proporcional a la distancia PERPENDICULAR medida en referencia a uno de los electrodos, que desde el punto de vista experimental generalmente es tomada en un circuito desde el punto de potencial cero o tierra. Notamos entonces dos cosas importantes: la diferencia en el valor que toman el campo eléctrico E y el potencial eléctrico V, y adicionalmente el hecho de que SOLO para distancias

perpendiculares la variación de V es proporcional con la distancia. Matemáticamente hablando, estos comportamientos son correlacionados mediante el concepto de gradiente ya que se está relacionando un campo vectorial E con un campo escalar V. El gradiente en este caso, es definido por un vector (el campo eléctrico E en este caso) que se encuentra normal a una superficie o curva en el espacio ya que esa será la dirección en la cual el potencial eléctrico cambiará más rápidamente. Formalmente:

Un aspecto importante de los campos electrostáticos es que en la región entre los electrodos tendremos conjuntos de puntos geométricos que presentan el mismo valor del potencial. A esas superficies que cumplen ese requerimiento se les llama superficies equipotenciales, y la perpendicular a esa superficie mostrará la dirección del campo eléctrico, de acuerdo con los argumentos mencionados anteriormente. La superficie de un material conductor es siempre una superficie equipotencial.

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.

Laboratorio de Electromagnetismo

Cuestionario 1.

CAMPO ELECTRICO PARA EL CAPACITOR CON ELECTRODO

¿Por qué las líneas de campo eléctrico que emanan desde una superficie equipotencial deben ser perpendiculares a la superficie?

R/ Las líneas equipotenciales, representan el área para las cuales el potencial eléctrico se mantiene constante, es decir para las cuales los niveles de energía se mantienen constante, debido a esto las líneas equipotenciales suelen ubicarse paralelas a la superficie de donde emana el campo, mientras que el campo electrico siempre tendrá líneas abiertas excepto en los dipolos eléctricos, donde las líneas de campo irán expandiéndose hasta el infinito, indicando el sentido de crecimiento o decremento del campo, siempre perpendicular a la superficie que lo emana. 2.

CAMPO ELECTRICO PARA EL DIPOLO DE CARGA OPUESTA

Consultar cómo son las líneas de campo eléctrico para las diferentes configuraciones mostradas en la figura del paso 1 del procedimiento.

CAMPO ELECTRICO DE LA FUENTE PUNTUAL Y ANILLO DE PROTECCION

R/ CAMPO ELECTRICO PARA EL CAPACITOR DE PLACAS

3.

Consultar las Propiedades de un conductor en equilibrio electrostático.

R/ Las propiedades de los conductores en equilibrio electrostático se pueden resumir en: o El campo eléctrico en el interior es nulo. 2

Laboratorio de Electromagnetismo

o

o o

2.

La carga eléctrica se distribuye sobre la superficie, concentrándose en las zonas de menor radio de curvatura (es decir, más puntiagudas). La superficie del conductor es una superficie equipotencial. El campo eléctrico en la superficie está dirigido hacia afuera y es perpendicular a la superficie.

Procedimientos Resultados

y

Tablas

3.

Análisis de Resultados 1. Se unen los puntos de igual valor de potencial para obtener las líneas equipotenciales sobre el papel copia del papel conductor utilizado en la práctica. Es de gran importancia que al unir los puntos que forman las trayectorias, todos cuenten con los respectivos valores de voltaje medidos. 2. Dibuje sobre el mismo papel donde dibujó las líneas equipotenciales, las líneas del campo eléctrico correspondiente.

de

Paso 1: Conectar los electrodos del generador como está indicado a continuación

PREGUNTAS DE CONTROL CAPACITOR DE PLACAS PARALELA 4. ¿Qué valor tiene el campo fuera de las placas del capacitor? 5. ¿Cómo es el campo cerca de los bordes del capacitor (efecto de bordes)? FUENTE PUNTUAL Y ANILLO DE PROTECCIÓN 6. ¿Cuál es la diferencia de potencial en puntos fuera del anillo de protección? 7. ¿Qué valor tiene el campo eléctrico fuera del anillo de protección? 8. ¿Para qué sirve el anillo de protección? 9. Realice una gráfica de diferencia de potencial (ΔV) en puntos dentro del anillo contra la distancia (r) medida desde el centro al punto.

Paso 2: Alimentar a 5V Paso 3: Con las puntas del voltímetro se miden los potenciales en distintos puntos del papel. En el papel (copia del papel conductor) se anotan los valores del potencial en las coordenadas correspondientes del punto.

CONDENSADOR CON ELECTRODO FLOTANTE 10.¿Cómo distorsiona el campo el electrodo circular?: 11.¿Cuánto vale el potencial sobre el electrodo circular y en su interior?: 3

Laboratorio de Electromagnetismo

12.¿Qué efecto electrodo?

tendría

mover

el

DIPOLO DE CARGA OPUESTA 13.Contrastar los valores teóricos del potencial sobre la línea que une ambos electrodos con las medidas experimentales del potencial realizado. 4.

5

Conclusiones

Referencias

Casallas, S. M., Zuluaga, J. E., & Quintero, J. A. PRÁCTICA DE LABORATORIO 02 SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES. Hernández, M. T. (2006). Campo eléctrico: Líneas de fuerza y superficies equipotenciales. Afinidad: Revista de química teórica y aplicada, 63(522), 116-120. Ramırez, H. C. (2017). Electrostática II: superficies equipotenciales y lıneas de campo eléctrico Versión 1.0. Ohanian, H. C., Markert, J. T., Ortega, S. S., & Olguín, V. C. (2009). Física para ingeniería y ciencias: volumen 1. McGraw-Hill.

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