ESCUELA DE INGENIERIA AERONAUTICA Y DEL ESPACIO

Laboratorio de Física II Guión de prácticas

LINEAS EQUIPOTENCIALES

• Finalidad del experimento. Estudiar un campo eléctrico estacionario mediante el estudio de sus líneas equipotenciales. Representar su distribución y el campoeléctrico entre (a) dos placas metálicas paralelas y (b) entre un punto cargado y un plano.

• Material. Cubeta electrolítica, dos placas y una barra metálicas, fuente de alimentación. Potenciómetro, voltímetro y amperímetro.

1.- Introducción.

Los líquidos con sales disueltas o en suspensión son un medio conductor de laelectricidad. En el montaje de la Fig. 1a, sumergimos en una capa de agua de menos de 1 cm deprofundidad la parte inferior de dos placas metálicas. Dichas placas se encuentran conectadas auna fuente de alimentación que establece entre ellas una diferencia de potencialΔV=V B−V A=30 voltios. El medio líquido transportará una corriente eléctrica y se comportará

de un modo análogo a un medio material isótropo en el que existe un campo eléctricoestacionario. En el experimento de la práctica mediremos primero la intensidad del campoeléctrico que existe entre dos placas paralelas y luego estudiaremos la forma que toman la líneasequipotenciales entre dos placas planas y entre un punto y un plano.

En la práctica emplearemos el material de la Fig. 1a. La cubeta tiene el fondo transparentede modo que pueda verse la hoja de papel milimetrado que tiene debajo adherida con cintaadhesiva, cuyo propósito es tener una referencia para medir las posiciones ( x , y) con respectoa una de las placas. El montaje de la práctica responde al esquema eléctrico de la Fig. 1b cuyoselementos se muestran en la fotografía de la Fig. 1a. La fuente de alimentación establece unadiferencia de potencial V o=ΔV constante de 30 voltios entre las dos placas planas E1 yE2 entre las que circula a través del líquido una pequeña corriente eléctrica. El punto S se

encuentra al mismo potencial eléctrico que la sonda P cuyo extremo se introduce en el líquido enel punto ( x1 , y1) del líquido. El voltímetro del esquema mide la diferencia de potencial eléctricoV entre la placa E 1 y el punto S que se establece entre 0 y 30 voltios por medio de la

resistencia variable R. Circulará una corriente eléctrica (positiva o negativa) por el amperímetro Acuando el potencial V del punto S sea diferente del potencial del punto ( x1 , y1) donde seencuentra sumergida la sonda P.

2.- Realización.

Con el montaje de la Fig. 1b podemos hacer dos cosas.

A) Mantenemos la sonda P en una posición fija y variamos la resistencia R hasta que nocircule corriente por el amperímetro A. El potencial del punto ( x1 , y1) donde seencuentra la sonda es el voltaje V 1 que marca el voltímetro V del esquema.

B) Fijamos un potencial V 1 entre 0 y 30 voltios mediante el reostato R y luego buscamos los

puntos ( xi , yi) de la cubeta en donde no circula corriente por el amperímetro A. De estemodo encontraremos la línea equipotencial en el plano de la cubeta, que se define como elconjunto de puntos que se encuentran al mismo potencial eléctrico.

Para medir el campo eléctrico emplearemos el procedimiento (A) y para determinar la forma de laslíneas equipotenciales es más fácil emplear el procedimiento (B).

Fig. 1a : La práctica de líneas equipotenciales. Fig. 1b : Esquema del circuito de medida con la cubeta, las dos placas paralelas E1 y E2 y la punta P que se introduce en la capa de agua.

En primer lugar hemos de asegurarnos que la cubeta contenga aproximadamente algo más demedio centímetro de profundidad de agua de modo que la parte inferior de los electrodosmetálicos queden completamente sumergidos. Comenzaremos con las dos placas paralelas ypara comprobar que todo está correctamente conectado, encendemos la fuente de alimentación yfijamos con el potenciómetro R un voltaje V 1 de 15 voltios. Si introducimos la sonda en el líquidocerca de la placa E 1 la corriente en el amperímetro A circulará en un sentido y cerca de E2 enel sentido opuesto. Busque el cambio de signo de la corriente que se encontraráaproximadamente en el centro de la cubeta.

El campo eléctrico entre dos placas paralelas.

1. Medir el potencial eléctrico entre las dos placas en 10 puntos a lo largo de una líneaperpendicular a las mismas siguiendo el procedimiento (A) antes descrito. El primer yúltimo puntos de la serie han de encontrarse al menos a 1 cm de la superficie de lasplacas.

2. Represente el valor del potencial eléctrico en función de la distancia del punto a la placade partida. Los valores del potencial han de disponerse aproximadamente a lo largo deuna recta.

3. Calcule la pendiente por el método de mínimos cuadrados y explique su significadofísico.

Líneas equipotenciales entre dos placas paralelas.

1. Utilice la hoja de papel milimetrado y, tomando como referencia la posición de una delas placas, defina un sistema de ejes coordenados ( x , y) tal como se indica en la Fig.1b.

2. Mediante la resistencia variable R fije uno de los valores del potencial obtenido en elapartado anterior y busque con la sonda un punto de modo que no circule corriente por

el amperímetro A.

3. Anote las coordenadas del punto, manteniendo fijo el potencial, busque otro puntos enlos que no circula corriente y anote sus coordenadas. Repita el proceso para los 10puntos del apartado anterior.

4. Cambie la placa por la barrita metálica, análoga a una carga puntual y repita el procesopara 6 valores del potencial anterior.

3.- Resultados y gráficos.

Como resultado de las medidas obtendremos tres gráficos y el valor del campo eléctrico.

• Representar V ( x) en función de la distancia x a la placa de menor potencial y a partirde la pendiente determinar el campo eléctrico entre las dos placas paralelas.

• Representar gráficamente las líneas equipotenciales para (a) dos placas paralelas y (b) entreuna carga puntual (la barra) y una placa.