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PROGRAMA DE FÍSICA
FÍSICA EXPERIMENTAL III – GUÍAS DE LABORATORIOS
CÓDIGO 21184
GUÍA DE LABORATORIO No 5. SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES Y LINEAS DE CAMPO ELÉCTRICO OBJETIVOS
- Describe claramente el concepto de campo de fuerza.
- Explicar las líneas de fuerza y las interpretaciones físicas asociadas.
- Trazar superficies equipotenciales.
- Visualizar los mapas de superficies equipotenciales asociados con varias distribuciones de cargas simples
- Visualizar cualitativamente patrones de campo eléctrico asociados con ciertas distribuciones de cargas
- Describir la relación entre las líneas de campo eléctrico y los vectores de campo eléctrico.
- Distinguir entre líneas de fuerza y superficies equipotenciales, y describir sus relaciones con el trabajo.
- Familiarizarse con las reglas para dibujar líneas de campo eléctrico.
- Explicar el significado de flujo de campo eléctrico y discutir la ley de Gauss. TEMAS DE CONSULTA Ley de Coulomb. Campo eléctrico. Potencial eléctrico. Líneas de campo eléctrico. Superficies equipotenciales. Energía electrostática. MATERIALES Tablero de mapeo de campo y sondas. Hojas de conducción con rejillas. Conducción de la pintura de plata. Fuente variable de voltaje de corriente continua. Papel conductor. Multímetro digital. Sondas. Cables de conexión.
Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia PBX: (5) 319 7010 Ext.: 1106- [email protected] www.uniatlantico.edu.co Diferentes electrodos realizados con pintura de plata sobre el papel conductor. No encienda la fuente de alimentación hasta que el monitor de la clase o profesor a cargo revise las conexiones del circuito. Para realizar cualquier medición eléctrica, tenga en cuenta lo siguiente: Antes de realizar cualquier medición con un multímetro ya sea de voltaje, corriente o resistencia, asegúrese de tener la perilla en la escala adecuada para el rango que espera. Si no conoce el rango, inicie su medida en la escala más alta. Nunca toque las puntas de prueba por su terminal metálico, manipule desde su parte aislada. Si usted conecta el Multímetro para medir corriente o voltaje, pero la perilla está en escala de resistencia seguramente dañara el Instrumento. Antes de medir voltaje verifique que el instrumento esté conectado en paralelo con el elemento de circuito que se le desea medir la diferencia de potencial. ESQUEMA DEL MONTAJE
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- Encienda la fuente d.c. y coloque la terminal positiva del multímetro sobre el electrodo positivo y ajuste la fuente de voltaje a 9 V entre los electrodos. Después de hacer esto, el voltímetro debe registrar 9 V.
4. Busque un punto de coordenadas ( xi ,^ yi ) para que la diferencia de potencial con
respecto a la terminal negativa, sea inferior a la diferencia de potencial establecida en la fuente d.c. Para ello, considere 2.5 voltios. Desplace la terminal del medidor hasta encontrar un punto muy cercano a los 2.5 voltios y en el momento de encontrarlo, haga clic derecho sobre la terminal positiva y adicione el punto sobre el papel. Este proceso se repite para los 11 puntos restantes y sus localizaciones deben ser bien estratégicas para que le permitan construir su primera superficie equipotencial (recuerde rotular la superficie construida con el potencial indicado). Debe construir seis superficies equipotenciales (tres a la izquierda del origen del sistema de coordenadas y tres a la derecha). Para ello, utilice la diferencia de potencial medida con respecto al electrodo negativo de 3.3 V, 4.1 V, 4,5, 5.5 V, 7.0 V y 8.5 V.
- Dibuje cada superficie sobre el papel que se encuentra al final de este experimento o si desea lo hace sobre el papel conductor de la Figura 5.1. Debe dibujar cada superficie y roturarla con el potencial correspondiente. Además, debe dibujar las líneas de campo eléctrico. Parte 2: Dos placas paralelas.
- De acuerdo con el montaje indicado en la Figura 5.1 (mantenga la fuente apagada).
- Seleccione en el simulador las dos placas paralelas y con la regla activa, sepárelos simétricamente con respecto al origen 4 cm.
- Encienda la fuente d.c. y coloque la terminal positiva del voltímetro sobre el electrodo positivo y ajuste la fuente de voltaje a 9 V entre los electrodos. Después de hacer esto, el voltímetro debe registrar 9 V.
4. Busque un punto de coordenadas ( xi ,^ yi ) para que la diferencia de potencial con
respecto a la terminal negativa, sea inferior a la diferencia de potencial establecida en la fuente d.c. Para ello, considere 2.5 voltios. Desplace la terminal del medidor hasta encontrar un punto muy cercano a los 2.5 voltios y en el momento de encontrarlo, haga clic derecho sobre la terminal positiva y adicione el punto sobre el papel. Este proceso se repite para los 11 puntos restantes y sus localizaciones deben ser bien estratégicas para que le permitan construir su primera superficie equipotencial (recuerde rotular la superficie construida con el potencial indicado). Debe construir cinco superficies equipotenciales (dos a la izquierda del origen del sistema de coordenadas, una en el centro y dos a la derecha). Para ello, utilice la diferencia de potencial medida con respecto al electrodo negativo de 3.3 V, 4.1 V, 4,5, 5.5 V, 7.0 V y 8.5 V.
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- Dibuje cada superficie sobre el papel que se encuentra al final de este experimento o si desea lo hace sobre el papel conductor de la Figura 5.1. Debe dibujar cada superficie y roturarla con el potencial correspondiente. Además, debe dibujar las líneas de campo eléctrico. Aquí es recomendable localizar para cada superficie equipotencial 2 puntos por fuera d las placas. Parte 3: Un anillo entre dos placas paralelas.
- De acuerdo con el montaje indicado en la Figura 5.1 (mantenga la fuente apagada).
- Seleccione en el simulador un anillo entre dos placas paralelas (Shielding).
- Encienda la fuente d.c. y coloque la terminal positiva del medidor sobre el electrodo positivo y ajuste la fuente de voltaje a 9 V entre los electrodos. Después de hacer esto, el voltímetro debe registrar 9 V.
4. Busque un punto de coordenadas ( xi ,^ yi ) para que la diferencia de potencial con
respecto a la terminal negativa, sea inferior a la diferencia de potencial establecida en la fuente d.c. Para ello, considere 2.5 voltios. Desplace la terminal del medidor hasta encontrar un punto muy cercano a los 2.5 voltios y en el momento de encontrarlo, haga clic derecho sobre la terminal positiva y adicione el punto sobre el papel. Este proceso se repite para los 11 puntos restantes y sus localizaciones deben ser bien estratégicas para que le permitan construir su primera superficie equipotencial (recuerde rotular la superficie construida con el potencial indicado). Debe construir seis superficies equipotenciales (tres a la izquierda del origen del sistema de coordenadas (por fuera del anillo) y tres a la derecha y por fuera del anillo). Para ello, utilice la diferencia de potencial medida con respecto al electrodo negativo de 3.3 V, 4.1 V, 4,5, 5.5 V, 7.0 V y 8.5 V. Recuerde conseguir para cada superficie equipotencial puntos por fuera de las placas. ¿En qué puntos el potencial es cero?
- Dibuje cada superficie sobre el papel que se encuentra al final de este experimento o si desea lo hace sobre el papel conductor de la Figura 5.1. Debe dibujar cada superficie y roturarla con el potencial correspondiente. Además, debe dibujar las líneas de campo eléctrico. Parte 4: Anillo (Ring).
- De acuerdo con el montaje indicado en la Figura 5.1 (mantenga la fuente apagada).
- Seleccione en el simulador el anillo.
- Encienda la fuente d.c. y coloque la terminal positiva del medidor sobre el electrodo positivo y ajuste la fuente de voltaje a 9 V entre los electrodos. Después de hacer esto, el voltímetro debe registrar 9 V.
9. Busque un punto de coordenadas ( xi ,^ yi ) para que la diferencia de potencial con
respecto a la terminal negativa, sea inferior a la diferencia de potencial establecida
Km. 7 Antigua Vía Puerto Colombia PBX: (5) 319 7010 Ext.: 1106- [email protected] www.uniatlantico.edu.co Agregue líneas de campo eléctrico al mapa de contorno de la figura y luego encuentre el signo del exceso de carga y la densidad de carga de la hoja.
- Utilizando la convención habitual de que la energía potencial eléctrica es cero cuando las partículas cargadas están infinitamente alejadas, clasifique la energía potencial eléctrica de menor a mayor para los sistemas que se muestran en la siguiente figura. Explique sus respuestas.
- Si ⃗ E es igual a cero a través decierta región del espacio, ¿el potencial también es necesariamente igual a cero en esa región? ¿Por qué? Si no es así, ¿qué puede decirse acerca del potencial?
- ¿Por qué dos líneas de campo eléctrico no pueden cruzarse?
- ¿Qué puede concluir de cada parte de este experimento? REFERENCIAS [1] MCKELVEY John P., GROTCH Howard. Física para Ciencias e Ingeniería 2. Primera edición, Ed. Harla, 1978. [2] SERWAY Raymond. A. y BEICHNER Robert J. Física para Ciencias e Ingeniería. Quinta edición. Tomo II. México: Mac Graw-Hill, 2002. [3] YOUNG Hugh D. y FREEDMAN Roger A. SEARS - ZEMANSKY Física universitaria, con Física moderna. Vol. 2. Décimo segunda edición. México: Pearson Education, 2009. [4] CROWELL Benjamin. Electricity and magnetism. Light and Matter Series. U.S.A.
[5] GUSSOW Milton. Fundamentos de Electricidad. Primera edición, Mac Graw-Hill.
