Informe física iii 2
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SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES
I.- INTRODUCCIÓN.-
Las superficies práctica de laboratorio da cuenta de cómo podemos
graficar esos lugares geométricos basándonos en conceptos elementales.
II.- OBJETIVOS.-
Graficar las líneas equipotenciales de varias configuraciones de carga,
utilizando una solución electrolítica conductora.
Determinar las líneas de fuerza eléctrica para las distintas configuraciones
de carga.
III.- MATERIALES Y EQUIPOS.-
3.1.- Una fuente de voltaje continuo (LH 52216)
3.2.- Un galvanómetro (Pasco Scintific SF-9500)
3.3.- Una cubeta de vidrio.
3.4.- Electrodos puntuales planos y cilíndricos.
3.5.- Solución electroquímica (sulfato de cobre CuSO4)
3.5.- Láminas de papel milimetrado.
IV.- MARCO TEÓRICO.-
Superficie equipotencial, lugar geométrico de los puntos de un campo de
fuerza que tienen el mismo potencial.
Los campos de fuerza se pueden representar gráficamente por las
superficies equipotenciales o por las líneas de fuerza. Las superficies
equipotenciales en un campo creado por una única masa o una única carga
eléctrica son superficies esféricas concéntricas con la masa o la carga,
respectivamente. Estas superficies se suelen representar a intervalos fijos de
diferencia de potencial, de modo que su mayor o menor proximidad indicará una
mayor o menor intensidad de campo.
La diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera de una superficie
equipotencial es nula. Así, si desplazamos una masa, en el caso del campo
gravitatorio, o una carga, en un campo eléctrico, a lo largo de una superficie
equipotencial, el trabajo realizado es nulo. En consecuencia, si el trabajo es nulo,
la fuerza y el desplazamiento deben ser perpendiculares, y como el vector fuerza
tiene siempre la misma dirección que el vector campo y el vector desplazamiento
es siempre tangente a la superficie equipotencial, se llega a la conclusión de que,
en todo punto de una superficie equipotencial, el vector campo es perpendicular a
la misma, y que las superficies equipotenciales y las líneas de fuerza se cortan
siempre perpendicularmente.
V.- PROCEDIMIENTO.-
5.1.- En una hoja de papel milimetrado trace un sistema de coordenadas
rectangulares de tal forma que resulten cuatro cuadrantes.
5.2.- Coloque la hoja de papel milimetrado debajo de la cubeta de vidrio, haciendo
coincidir el origen de coordenadas con el centro de la base de la cubeta.
5.3.- Vierta la solución de sulfato de cobre en la cubeta, en una cantidad tal que el
nivel del líquido no sea mayor de 1 cm.
5.4.- Instale el circuito mostrado en la figura (la fuerza de voltaje debe estar
apagada)
5.5.- Coloque los electrodos puntuales sobre el eje X de tal manera que equidisten
24 cm uno del otro, quedando el origen del sistema de referencia en el centro
de ambos electrodos.
5.6.- Encienda la fuente de voltaje estableciendo una diferencia de potencial de
aproximadamente 4.5V. Verifique este valor con el multitéster.
5.7.- Coloque la punta de referencia P1 fija en el origen de coordenadas.
5.8.- Para obtener los puntos de la primera curva equipotencial, desplace la punta
variable P2 paralelamente al eje X, siendo la coordenada Y un número entero
(2 cm), hasta que el galvanómetro indique cero.
5.9.- Repetir el punto “5.8” para otros 8 puntos equipotenciales que se encuentran
4 sobre el eje X y 4 debajo del mismo.
5.10.- las otras curvas equipotenciales, se obtienen siguiendo el mismo
procedimiento de los pasos “5.8” y “5.9” pero en estos casos el puntero fijo
debe encontrarse en los puntos de coordenadas (-3,0); (-6,0); (-9,0); (3,0);
(6,0); (9,0).
5.11.- Sustituya los electrodos planos por otros dos en forma cilíndrica y repita los
procedimientos establecidos por los pasos “5.5” hasta “5.10”. registre sus
valores.
VI.- CUESTIONARIO.-
6.1.- Grafique las curvas equipotenciales así como las líneas de campo
eléctrico para las tres distribuciones de carga.
equipotenciales son el lugar geométrico de puntos de igual potencial. La siguiente
6.2.- ¿Se cruzan dos líneas equipotenciales o dos líneas de fuerza? Explique
por qué.
Experimentalmente se comprobó que dos líneas de fuerza nunca se
cruzan. Esto se debe a que las líneas de fuerza siempre tienden a
mantenerse perpendiculares a la superficie y por ende ingresar
perpendicularmente a otra es por eso que las fuerzas ya tienen un lugar
donde su potencial es equivalente o igual.
6.3.- Explique por que la líneas de fuerza son siempre perpendiculares a la
superficies equipotenciales.
Porque la diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera de una
superficie equipotencial es nula. Así, si desplazamos una masa, en el caso
del campo gravitatorio, o una carga, en un campo eléctrico, a lo largo de una
superficie equipotencial, el trabajo realizado es nulo. En consecuencia, si el
trabajo es nulo, la fuerza y el desplazamiento deben ser perpendiculares, y
como el vector fuerza tiene siempre la misma dirección que el vector campo y
el vector desplazamiento es siempre tangente a la superficie equipotencial,
se llega a la conclusión de que, en todo punto de una superficie
equipotencial, el vector campo es perpendicular a la misma, y que las
superficies equipotenciales y las líneas de fuerza se cortan siempre
perpendicularmente.
6.4.- Demostración: que la magnitud del campo eléctrico es numéricamente
igual al gradiente de potencial.
Sabemos que:
... (1)
... (2)
También: ... (3)
Por otro lado: ... (4)
Reemplazando (2)(3)(4) en (1):
... (5)
6.5.- Si se tiene una esfera conductora cargada positivamente muy cerca
de otra esfera sin carga eléctrica del mismo material y dimensiones.
¿Existirán líneas de fuerza para tal distribución de carga, explique?¿Existirán
superficies equipotenciales para esta distribución, en caso negativo,
grafíquelos?
Si tenemos una esfera conductora cargada y otra idéntica pero sin carga,
ésta última se cargaría por inducción generándose un campo eléctrico entre
ambas. Sí existirían líneas de fuerza debido a la interacción entre ambas y
serian de atracción.
Para el caso en que una de las esferas esté cargada negativamente
también existirían superficies equipotenciales.
6.6. Asumiendo que dos cuerpos metálicos 1 y 2 están electrizados con
cargas q1 y q2 (ver figura); y V1, el potencial eléctrico del conductor 1 y V2, el
potencial conductor 2. Si se establece un contacto eléctrico entre los
conductores, describa lo que sucederá después de que establece el equilibrio
electroestático
1 2
q1
q2
Al producirse el equilibrio electrostatico el potencial Electrico del
cuerpo de q1 y el potencial eléctrico (V2) del cuerpo de q2, hay un flujo de
corriente continua y todo exceso de carga electrica se acumulara en la
superficie. Del conductor.
VII.- CONCLUSIONES.-
Los campos de fuerza se pueden representar gráficamente por las
superficies equipotenciales o por las líneas de fuerza. Las superficies
equipotenciales en un campo creado por una única masa o una única carga
eléctrica son superficies esféricas concéntricas con la masa o la carga,
respectivamente. Estas superficies se suelen representar a intervalos fijos de
diferencia de potencial, de modo que su mayor o menor proximidad indicará una
mayor o menor intensidad de campo.
La diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera de una superficie
equipotencial es nula.
VIII.- RECOMENDACIONES.-
8.1.- Tener cuidado con los cables que salen de la fuente de voltaje evitado que
estos cables hagan contacto porque pueden cortocircuitar la fuente y
malograrla.
8.2.- Cuando coloque los electrodos, éstos deben mantenerse fijos en las
coordenadas (12,0) Y (-12,0), evitando de esta forma dispersión en los
resultados.
8.3.- Tener cuidado con los instrumentos de medida. Solicite ayuda a su profesor.
8.4.- Tener cuidado con el galvanómetro, evitando desviaciones bruscas de la
aguja.
IX.- BIBLIOGRAFÍA.-
9.1.- SERWAY, R. “Física” Tomo II. Edit. Mc. Graw-hill. México 1993.
9.2.- ENCICLOPEDIA VIRTUAL Microsoft Encarta 2003 ver.12.00.0602.