CAMPOS ELÉCTRICOS Y SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES

CENTRO DE CIENCIA BÁSICA – ESCUELA DE INGENIRÍA UPB
FÍSICA II: Fundamentos de Electromagnetismo
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CAMPO ELECTRICO Y SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES PARA DIFERENTES
CONFIGURACIONES DE ELECTRODOS
1.1 OBJETIVO GENERAL
- Determinar la configuración de las líneas de campo y superficies equipotenciales, para
electrodos (cuerpos cargados) de diferentes formas y analizar las condiciones de frontera.
Así mismo, observar el efecto de campos eléctricos en materiales conductores y aislantes
1.2 Específicos:
Establecer experimentalmente los puntos que estén a un mismo potencial para construir las
líneas o superficies equipotenciales
- Analizar la relación entre campo eléctrico y potencial eléctrico
- Establecer diferencias en las formas de las superficies equipotenciales por el cambio de
configuración de los electrodos, (cuerpos cargados)
- Estudiar de manera cualitativa la influencia de materiales conductores y aislantes al ser
introducidos en un campo eléctrico
-
2. PREINFORME
2.1 Presente un resumen de la siguiente base teórica, máximo en dos páginas:
 Materiales aisladores y conductores
 Campo eléctrico de una partícula cargada y de una distribución continua de carga.
 Líneas de campo , diferencia de potencial y superficies equipotenciales
 Potencial eléctrico debido a cargas puntuales y distribuciones continuas de carga.
 Cálculo del campo eléctrico a partir del potencial eléctrico
2.2 Responder a las siguientes preguntas:
 ¿Cómo se puede determinar experimentalmente la dirección del gradiente de potencial ?.
 ¿En que sentido aumenta el campo eléctrico si el potencial eléctrico decrece en (- i)?
 ¿Qué significa un campo eléctrico conservativo?
 ¿Es posible que exista campo eléctrico en el espacio vacío
 ¿Qué efectos biológicos se pueden presentar en un organismo vivo cuando este se somete a
campos eléctricos intensos.
3. EQUIPO Y MATERIALES.
Para el montaje de laboratorio se requiere:




Cubeta de acrílico
Agua
Fuente de voltaje D:C
Reóstato



Electrodos (puntuales, paralelos
y circulares)
Voltímetro digital
Conectores (4)
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4. MONTAJE BÁSICO.
Cubeta
A
Voltaje
D:C:020 V.
B
(-5, 0)
+
(Xi, Yi)
(5, 0)
C
V
V
Figura 1.
Este esquema es igual tanto para el montaje manual como para el computarizado.
4.1 RECOMENDACIONES
 Haga revisar de su profesor los respectivos montajes.
 Tenga presente aislar los electrodos, para no electrizar los soportes.
 Comenzar siempre con escalas altas en los medidores
5. PROCEDIMIENTO MANUAL
5.1 ELECTRODOS PARALELOS (LINEA - LÍNEA):
 Use la cubeta de acrílico con el par de electrodos lineales, verifique que la cubeta tenga
una hoja milimetrada para la fácil ubicación de los puntos coordenados. Ubique el cero de este
sistema de referencia en el centro de los electrodos
 Anote las coordenadas de ubicación para cada electrodo
 Coloque entre los electrodos una diferencia de potencial de 20 voltios, verifiqué este valor
con el voltímetro y luego apague la fuente
 Vierta agua en la cubeta
 Fije la terminal de tierra (COM) del voltímetro en el electrodo que tenga la polaridad
negativa y con la otra Terminal (la positiva) posiciónela en diferentes puntos (x,y) de tal forma
que mida los valores de potencial eléctrico necesarios para llenar la tabla 1.
 Introducir un material aislante en la región entre los dos electrodos y medir los voltajes en
puntos sobre este material y que coincidan con coordenadas a las cuales se les midió el
potencial antes de introducir el material. Describir detalladamente sus mediciones y
observaciones
 Cambiar el material aislante por uno conductor y repetir el punto anterior
 Hacer los análisis comparativos respectivos
 Verifique como es el campo eléctrico en puntos diferentes a la zona entre las placas
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Tabla 1 potenciales eléctricos para una configuración línea - línea
X
Y
-7
-5
-3
-1
0
1
3
5
7
5
3
1
0
-1
-3
-5
5.2 ELECTRODOS PUNTUALES.
 Haga el montaje básico pero usando como cubeta la que tenga los electrodos punto – punto
 Ubique el punto (0,0) del sistema de referencia en la mitad de los electrodos. El electrodo
+, colóquelo
en (5,0) y el electrodo -, colóquelo
en (-5,0). Conecte los terminales de
la fuente a cada electrodo,
 Coloque entre estos dos electrodos una diferencia de potencial de 20 voltios, verifiqué este
valor con el voltímetro y luego apague la fuente
 Vierta agua en la cubeta
 Fije en el electrodo - la terminal negativa del voltímetro y deje la otra terminal libre para
moverla a través del plano xy.
 Escoja un valor de potencial eléctrico por ejemplo tres voltios, e identifique mínimo ocho
puntos XY, que tengan ese mismo valor de potencial y anótelos en la tabla 2. Busque estos
ocho puntos de tal forma que le permitan reconstruir una curva equipotencial alrededor del
electrodo negativo. Repita este mismo procedimiento para otros siete valores de potencial
eléctrico, pero elíjalos de tal forma, que cuatro equipotenciales queden izquierdo del (0,0) y
otras cuatro equipotenciales queden al lado derecho del (0,0)
Tabla 2. Puntos (X,Y), que están al mismo potencial eléctrico, en una región que contiene dos
Electrodos puntuales
VOLT
P(X,Y)
1
2
3
4
4
5
6
7
V1=
V2=
V3=
V4=
V5=
V6=
V7=
V8=
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 Construya dos líneas de campo una por encima y otra por debajo de la horizontal. Para ello
ha de seguir el siguiente procedimiento:
 Ubique la terminal negativa del voltímetro en un punto p y con la otra terminal, mida el
potencial eléctrico alrededor de p, para un radio pequeño (no más de 1 cm), cuando encuentre
respecto a p, el máximo valor del potencial, anote esta coordenada que ahora se llamará p´.
Posicione ahora la terminal negativa en p´, y repita el proceso anterior (ver figura 2), y así
sucesivamente hasta que tenga datos para construir la línea de campo uniendo lo puntos p p´
Figura 2. Forma de construir una línea de campo usando el concepto de gradiente de potencial
5.3 ELECTRODOS CIRCULAR Y PUNTUAL.
 Modifique el montaje básico hasta obtener la figura 3, note que electrodo puntual debe
estar localizado en el centro del electrodo circular. El electrodo puntual conéctelo a la terminal
positiva (+) de la fuente y el circular a la negativa (-).
Cubeta
A
Voltaje
D:C
0-20 V.
B
+
(Xi,
Yi)
C
V
V
Figura 3. Montaje Electrodos punto - circunferencia
 Dejando una de las terminales del voltímetro fija en el electrodo puntual tome las
diferencias de potencial correspondientes a las parejas (r,) mencionadas y lleve los datos a la
tabla 2.
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 Invertir las terminales (+) y (-) de los electrodos y repetir las medidas, cálculos y
observaciones.
 Introduzca un material conductor y luego uno aislante y en cada caso mida la diferencia de
potencial de un mismo punto. Qué puede argumentar.
 Haga lecturas por fuera del aro e interprete los resultados que obtenga.
Tabla 3. Diferencias de potenciales generados por un Electrodo puntual central y un Electrodo Circular

0
45
90
135
180
225
270
315
R
1 cm
2 cm
3 cm
4 cm
5 cm
6 cm
7 cm
7.0 INFORME: (recuerde que todo informe se hace en forma de artículo científico)
Para cada uno de los procedimientos ejecutados incluyendo el que se trabaja con el
computador, haga lo siguiente:
 Dibuje las superficies equipotenciales y líneas de campo para cada configuración de
electrodos
 Analice resultados y gráficas
 Cómo es el comportamiento de los potenciales eléctricos en la región comprendida entre
los electrodos? y cómo es dicho comportamiento en las regiones externas a los electrodos?
 Explique la influencia de los dieléctricos y de los materiales conductores, cuando se
introducen en un campo eléctrico?