UNIVERISDAD TECNOLGICA DE PANAM CENTRO REGIONAL DE AZUERO FACULTAD DE INGENIERA ELECTRIA LICENCIATURA EN INGENIERA ELECTROMECNICA

FSICA II

LABORATORIO # 1 Regiones equipotenciales

GRUPO: 7IE122

INTEGRANTES: Humberto Delgado Vicente Martnez Yahir Ordez Catalino Vargas

Realizado el 9 de Abril de 2010 Entregado el 16 de Abril de 2010

PRIMER SEMESTRE

INTRODUCCIN

En el presente laboratorio trataremos sobre la regin equipotencial de un campo elctrico, que viene a ser un rea en donde el campo elctrico permanece constante por la influencia de dos polos que generan dicha regin. Este proceso lo presentaremos mediante la utilizacin de un papel electrnico que nos permite observar y plasmar en papel el comportamiento de un campo elctrico en dicha regin, dicha experiencia se realizo tres veces con tres polos distintos (Placa-Grapa, Placa-Placa, Grapa-Grapa). El primero lo realizaremos con los polos Grapa-Grapa, en el segundo se proceder con una grapa y una barra metlica (aqu se podr observar que el campo elctrico genera un voltaje mas alto en la placa por ser de mayor volumen que la grapa), y como ultimo intento se hace con un par de barras metlicas. Estos tres procesos nos dan como resultado tres experiencias distintas que sern tratadas durante el desarrollo del laboratorio. La recopilacin de estos datos nos ayudara a darles respuesta a las interrogantes que presenta la gua de laboratorio.

MARCO TERICOPara que sea ms fcil de entender el siguiente informe, creemos importante hacer una breve explicacin de la teora y trminos bsicos concernientes al tema. Comenzaremos entonces con una corta explicacin de lo que son regiones equipotenciales. Regiones o Superficies Equipotenciales Una regin equipotencial describe el lugar geomtrico de los puntos de un campo donde el potencial elctrico tiene un valor constante. Estas superficies son tridimensionales, pero aqu las trataremos en un plano y por consecuente hablaremos de lneas equipotenciales. Estas lneas son en cualquier punto perpendiculares a la lnea de campo, adems, sobre estas lneas el potencial de campo es el mismo. Al trazar lneas equipotenciales debemos tener en cuenta que: 1. Las lneas de campo elctrico son perpendiculares a las lneas

equipotenciales y sealan desde las regiones de potencial alto hacia las regiones de potencial ms bajo. 2. El nmero de lneas de campo elctrico asociadas con una distribucin de cargas debe ser proporcional a la magnitud de la carga. 3. Las lneas de campo elctrico no pueden cruzarse. Campo Elctrico El espacio que rodea a una carga elctrica es asiento de un campo de fuerzas, porque dicha carga ejerce una fuerza sobre cualquier otra carga que se coloca en dicho espacio, este campo de fuerzas se denomina campo elctrico. Una definicin mas compleja seria: una regin del espacio donde existe una distribucin de magnitud ya sea escalar o vectorial, que puede ser o no dependiente del tiempo; adems, es una propiedad caracterstica de las partculas el cual requiere al menos un sistema cargado para poder iniciar su estudio. Relacin entre las lneas de campo elctrico y el campo elctrico:

a. El campo elctrico es tangente a la lnea de campo elctrico en cada punto. b. La magnitud del campo elctrico es grande cuando las lneas estn prximas entre si y es pequeo cuando las lneas estn separadas. Matemticamente, el campo elctrico lo podemos expresar como: Electrodos Los electrodos son placas de membrana rugosa de metal, un conductor utilizado para hacer contacto con una parte no metlica de un circuito, por ejemplo un semiconductor, un electrolito o el vaco en una vlvula termoinica y con un gas en una lmpara de nen, etc. La palabra electrodo fue acuada por el cientfico Michael Faraday y procede de las races griegas elektron, que significa mbar; y hodos, que significa camino. Un electrodo en una celda electroqumica se refiere a dos conceptos, nodo o ctodo. El nodo es definido como el electrodo al cual los electrones llegan de la celda y ocurre la oxidacin, y el ctodo es definido como el electrodo en el cual los electrones entran a la celda y ocurre la reduccin. Cada electrodo puede convertirse en nodo o ctodo dependiendo del voltaje que se aplique a la celda. Un electrodo bipolar es un electrodo que funciona como nodo en una celda y como ctodo en otra. Potencial Elctrico El potencial elctrico en cierto punto es la energa potencial que estara asociada a una carga unitaria colocada en ese punto. Esa es la razn por la que el potencial se mide en joules por coulumbs, o volts. Adems, hay que recordar que no tiene que existir una carga en un punto dado para que ah exista determinado potencial elctrico. En otras palabras ms simples, el potencial elctrico es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza elctrica. Matemticamente, el potencial elctrico lo podemos expresar como:

Energa Potencial Elctrica Una definicin bsica de energa potencial elctrica sera la siguiente: cantidad de trabajo que se necesita realizar para acercar una carga puntual de masa nula con velocidad constante desde el infinito hasta una distancia r de una carga del mismo signo, la cual utilizamos como referencia. En el infinito la carga de referencia ejerce una fuerza nula. Matemticamente la energa potencial elctrica de un sistema formado por dos partculas de cargas q y Q situadas a una distancia r una de la otra, es igual a:

OBJETIVOS1.

Fortalecer el entendimiento de campos elctricos, lneas de campo y su relacin con superficies de potencial constante. Utilizar este entendimiento para determinar las propiedades de campos elctricos de otras distribuciones de carga en dos y tres dimensiones. Trazar superficies equipotenciales. Visualizar los mapas de superficies equipotenciales con varias distribuciones de cargas simples. Visualizar cualitativamente patrones de campo asociados elctrico

2.

3. 4.

5.

asociados con ciertas distribuciones de cargas.6.

Describir la relacin entre las lneas de campo elctrico y los vectores de campo elctrico

MATERIALES

Multmetro (voltmetro) Fuente de voltaje Electrodos de metal de diversas formas Conectores Papel carbn Papel Electrnico Cartn y hojas blancas

PROCEDIMIENTO

1. Sobre

una hoja blanca, coloque el papel carbn y el papel

electrnico. Asegrelos para que no puedan moverse, de ser necesario engrpelos.2. Sobre la hoja electrnica se colocan los electrodos metlicos (placas

paralelas).3. Conecte el circuito con la supervisin del profesor. 4. Ajuste la fuente a 10 V. 5. Con el terminal explorador se buscan los puntos de igual potencial.

uniendo estos puntos se obtendr una lnea equipotencial que en el espacio es una superficie equipotencial.6. Dibuje las lneas equipotenciales para los siguientes electrodos: a. Electrodos plano plano. b. Electrodos plano puntual. c. Electrodos puntual puntual. 7. Para cada caso repetir el procedimiento de 1 a 5. 8. Calcular el campo elctrico medio en un punto para cualquier

superficie equipotencial en todos los casos anteriores utilizando las grficas y los clculos matemticos.9. Indicar en cada bosquejo las lneas de fuerza, el valor del potencial y

el campo elctrico.10. Explique por qu las lneas de fuerzas son perpendiculares a las

lneas equipotenciales.

R: Las superficies equipotenciales son aquellas en las que el potencial toma un valorconstante. Por ejemplo, las superficies equipotenciales creadas por cargas puntuales son esferas concntricas centradas en la carga, como se deduce de la definicin de potencial (r = cte). Si recordamos la expresin para el trabajo, es evidente que cuando una carga se mueve sobre una superficie equipotencial la fuerza electrosttica no realiza trabajo, puesto que la V es nula. Por otra parte, para que el trabajo realizado por una fuerza sea nulo, sta debe ser perpendicular al desplazamiento, por lo que el campo elctrico (paralelo a la fuerza) es siempre perpendicular a las superficies equipotenciales. 11. Qu relacin hay entre la direccin del campo elctrico y las lneas

equipotenciales? Explique. R: La direccin del campo elctrico con respecto a una fuerza elctrica es tangente encualquiera de su trayectoria y las lneas equipotenciales son aquellas que forman una regin donde los campos elctricos fluyen con voltaje constante. 12. En un punto donde no pasa la lnea de fuerza, cul ser el valor del

campo elctrico? R: Si consideramos la formula de campo elctrico (E=F/Q), en la cual el campo esdirectamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la carga y nos presentan un modelo en donde las lneas de fuerza se anula en un punto, el campo elctrico sufrir el mismo efecto. Adems en casos del campo elctrico, puesto que tiene magnitud y sentido, se trata de una cantidad vectorial; y las lneas de fuerza o lneas de campo elctrico indican las trayectorias que seguiran las partculas positivas si se las abandonase libremente a la influencia de las fuerzas del campo.

CLCULOS

Campo Elctrico medio para una superficie equipotencial con electrodos Plano Plano.

Campo Elctrico medio para una superficie equipotencial con electrodos Placa grapa.

Campo Elctrico medio para una superficie equipotencial con electrodos grapa grapa.

RECOMENDACIONES

Seguir indicaciones dadas por las guas y las sugerencias dadas por el profesor en el momento en que se va a realizar la experiencia

Utilizar los instrumentos adecuados para la experiencia. Tener mucho cuidado en el momento de hacer la lectura o la medicin para as evitar errores en el calculo

Tener a mano informacin acerca del tema para poder esclarecer las dudas que puedan darse.

ANEXOS

A continuacin se muestra una pequea explicacin de cmo se debe armar el sistema.

Multimetro

Fuente de Voltaje

CONCLUSINPara culminar con este interesante informe de laboratorio queremos hacer hincapi en los aspectos importantes de la experiencia. Fue de gran inters para todos, observar experimentalmente el

comportamiento del campo elctrico a travs del papel electrnico. Consideramos que mediante este conocimiento logramos tener una mejor aceptacin de otros objetivos de laboratorio como lo son:

Adquirir un enfoque ms claro de lo que representa una regin equipotencial, ya que mediante la marcacin de puntos en el papel electrnico nos percatamos de cmo el campo elctrico se mantiene uniforme.

Observar que el comportamiento de una regin equipotencial depende de los polos a los cuales se rige, ya que en la experiencia con la grapa y la placa, se observo claramente que dicha regin disminua en su voltaje cuando nos acercbamos al polo mas pequeo y del mismo modo aumenta cuando nos acercamos al polo ms grande. Este comportamiento es explicable si consideramos que el volumen de la placa por ser mayor debe generar un campo elctrico acorde a su tamao.