Campos Eléctricos y Líneas Equipotenciales: Experimentos y Simulaciones, Ejercicios de Física

¡Descarga Campos Eléctricos y Líneas Equipotenciales: Experimentos y Simulaciones y más Ejercicios en PDF de Física solo en Docsity! CAMPOS ELÉCTRICOS Y LÍNEAS EQUIPOTENCIALES MAURICIO VERGARA CAMPOS ELÉCTRICOS Y LÍNEAS EQUIPOTENCIALES Objetivos a. Graficar las líneas equipotenciales para diferentes configuraciones de electrodos, utilizando datos obtenidos en el laboratorio. b. Con base en la determinación de las líneas equipotenciales vía datos experimentales, graficar las correspondientes líneas de campo eléctrico que producen los diferentes tipos de electrodos. c. Utilizando el software SURFER© construir las configuraciones de líneas equipotenciales y los vectores de campo eléctrico Marco Teórico. En el espacio alrededor de un cuerpo cargado eléctricamente existe un campo de fuerza, que se denomina campo eléctrico, el cual se puede detectar porque al colocar otra carga eléctrica en esta región ella experimenta una fuerza atractiva o repulsiva. La intensidad de un campo eléctrico en algún punto se define como la fuerza por unidad de carga positiva colocada en ese punto: ?⃗? = 𝐹 𝑞⁄ (1) En esta expresión E es el campo eléctrico existente y q es una carga positiva de prueba. De acuerdo con la definición de la ecuación (1) la unidad de intensidad de campo eléctrico es el Newton por Culombio (N/C). La región alrededor de una carga eléctrica se presenta convencionalmente por líneas de campo dirigidas a lo largo del campo eléctrico en cada punto. Como se muestra en la figura 1, entre esferas cargadas positivamente y negativamente las líneas de flujo parten de la carga positiva y terminan en la negativa. Si se coloca un cuerpo puntual cargado positivamente, en presencia del campo eléctrico, este ejerce una fuerza sobre él. La partícula será atraída hacia la carga negativa, para lo cual es necesario realizar un trabajo que está dado por el producto de la fuerza eléctrica F y la distancia d que se mueve la carga. 𝑉𝑏 − 𝑉𝑎 = −∫ ?⃗? ∙ 𝑑𝑙⃗⃗ ⃗ 𝑏 𝑎 (2) donde a y b son los puntos en los que se desplaza el protón. CAMPOS ELÉCTRICOS Y LÍNEAS EQUIPOTENCIALES MAURICIO VERGARA Figura No. 1. Diagrama partículas puntuales y sus líneas de campo de campo eléctrico Elementos a utilizar. Los elementos que conforman la práctica de equipotenciales son los siguientes:  Fuente de voltaje  Vasija rectangular con agua  Electrodos metálicos de diferentes formas geométricas  Multímetro digital  Papel Milimetrado Montaje. La figura 2 muestra el montaje general de la cubeta para equipotenciales con el caso de electrodo lineal y puntual circular (izquierda) y otro con dos electrodos lineales (derecha). Figura No. 2. Montaje y medición de potenciales eléctricos. Fotos tomadas por el autor de esta guía. CAMPOS ELÉCTRICOS Y LÍNEAS EQUIPOTENCIALES MAURICIO VERGARA 4. Una vez obtenidas las gráficas de las equipotenciales tanto experimentalmente (Papel milimetrado) y por simulación (Software Surfer), compárelas e indique como es el campo y el potencial para cada distribución. Realice un análisis de lo sucedido en el interior del anillo metálico colocada en el centro de las configuraciones. 5. Cuestionario: 5.1. ¿Qué sucede con las lecturas del voltímetro dentro del cilindro metálico?, explique a que se debe dichas lecturas. 5.2. ¿Qué trabajo realiza el campo eléctrico, si movemos una pequeña esfera con carga Q entre dos puntos de una línea equipotencial? 5.3. ¿Qué marca el multímetro si se cambia de polaridad los electrodos: el electrodo conectado al negativo de la fuente se conecta ahora al positivo y el positivo al negativo? 5.4. ¿Sera posible que dos líneas equipotenciales de diferente valor se pueden interceptar? Explique su respuesta. Configuraciones: 1. Electrodo lineal-Electrodo Puntual 2. Electrodo Puntual-Electrodo Puntual 3. Electrodo lineal-Electrodo Lineal 4. Electrodo lineal-Electrodo lineal con cilindro metálico CAMPOS ELÉCTRICOS Y LÍNEAS EQUIPOTENCIALES MAURICIO VERGARA Electrodo lineal-Electrodo Puntual con cilindro metálico