Determinación de líneas de campo eléctrico entre la configuración de electrodos placa-anillo

Determinación de líneas de campo eléctrico entre la configuración de electrodos placa-anillo.

Juan Esteban Puyo a, Alejandra Rocha b ,German Capera Rojas c, Leidy Carolina Martinez d

a ingeniería de sistemas.

b Ingeniería de sistemas.

c Ingeniería de sistemas,.

d Ingeniería ambiental.                

Fecha de realización de la práctica 30/08/2019; Fecha de entrega del informe:06/09/2019

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RESUMEN

En el presente trabajo se determinaron las líneas de campo eléctrico usando la configuración de electrodos placa y anillo, cargados negativa y positivamente, en forma respectiva. La determinación se hizo con el fin de comprobar experimentalmente que un campo eléctrico puede ser producido mediante la traza de líneas de campo eléctrico. La determinación fue realizada para un mismo potencial eléctrico, eligiendo un lugar aleatorio en la superficie y a partir de ese punto, buscar el lugar donde se registre la máxima diferencia de potencial. El procedimiento se repite empezando desde otro punto de tal manera que se generen un conjunto de 4 líneas denominadas, líneas de campo. En los resultados se comprobó que el potencial eléctrico aumentaba a medida que se acerca al electrodo cargado positivamente y va disminuyendo en dirección al electrodo con carga negativa.

Palabras claves:  potencial, campo eléctrico, líneas equipotenciales

ABSTRACT

In this work, the electric field lines will be determined using the plate and ring configuration, negatively and positively charged, respectively. The determination was made in order to experimentally verify that an electric field can be produced by tracing electric field lines. The determination was made for the same electric potential, choosing a random place on the surface and from that point look for the place where the maximum potential difference is recorded. The procedure is repeated starting from another point in such a way that a set of 4 lines called lines is generated. The results showed that the electrical potential increased as it approached the positively charged electrode and decreased in the direction of the electrode with negative charge.

Keywords: potential, electric field, equipotential lines

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1. Marco teórico

El campo eléctrico puede ser entendido como la zona donde una carga eléctrica puntual q sufre, en presencia de otra carga q1, una fuerza eléctrica. Al colocar una carga q en varias posiciones la carga de q1 será jalada o empujada por dicha carga. De igual manera, si eliminamos la carga de q, podemos pensar que la zona que rodea a la carga q1 ha sufrido algún tipo de perturbación, ya que una carga de prueba situada en ese espacio sufrirá una fuerza.

Como se mencionó, la dirección y sentido del vector campo eléctrico en un punto viene dada por la dirección y sentido de la fuerza que experimentaría una carga positiva colocada en ese punto si la carga fuente es positiva; el campo eléctrico generado será un vector dirigido hacia afuera (a) y si la carga es negativa, el campo estará dirigido hacia ella (b).

Figura 1. Representación del campo eléctrico generado por una carga positiva y una negativa

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Figura 2.  Representación del dipolo eléctrico en cargas opuestas.

En la mayoría de casos, no es posible calcular fácilmente el campo eléctrico. Para ello, cobra importancia el poder trazar líneas que se aproximen a la dirección del campo, las cuales, son denominadas líneas de campo eléctrico

Las líneas de campo son líneas imaginarias que ayudan a visualizar cómo va variando la dirección del campo eléctrico al pasar de un punto a otro del espacio. Indican las trayectorias que seguiría la unidad de carga positiva si se la abandona libremente, por lo que las líneas de campo salen de las cargas positivas y entran hacía a las cargas negativas.[1].

Por tal motivo, es útil conocer algunas propiedades de las líneas de campo, las cuales se pueden resumir así:

• El vector campo eléctrico es tangente a las líneas de campo en cada punto.
• Las líneas de campo eléctrico son abiertas; salen siempre de las cargas positivas o del infinito y terminan en el infinito o en las cargas negativas[2].
• El número de líneas que sale de una carga positiva o entra en una carga negativa es proporcional a dicha carga.
• Las líneas de campo no pueden cortarse. De lo contrario en el punto de corte existirán dos vectores campo eléctrico distintos[3].

2. Procedimiento experimental.

Para la determinación se utilizó un tanque hidrolítico, fondo de vidrio transparente y agua como hidrolítico, una fuente de voltaje graduada para obtener valor de 10V, un multímetro digital y unos electrodos metálicos.

Antes de realizar la determinación es necesario seleccionar la configuración entre los electrodos conectados a una fuente de voltaje (ver figura 3).  

[pic 6]Figura 3. Muestra el montaje utilizado en la práctica experimental

La técnica consiste en utilizar un voltímetro para encontrar la dirección en la que el potencial crece más rápidamente.

Se procede a tocar con la punta de prueba de tierra del multímetro un punto aleatorio y progresivamente se “pivota” sobre este terminal tocando con la otra punta diferentes lugares del área hidrolítica, guiándose por la coordenada del punto aleatorio y buscando el lugar donde se registra la máxima diferencia de potencial. Una vez localizado, se obtienen pares de puntos en el sistema de referencia dado por una hoja milimetrada ubicada debajo del tanque de vidrio (ver figura 4).

[pic 7]Figura 4.  Procedimiento experimental para la determinación de las líneas de campo

Este procedimiento se repitió empezando desde diversas coordenadas de tal manera que se generaron un conjunto de 4 líneas de campo eléctrico equiespaciadas entre los electrodos.

3. Manejo de tablas y gráficos

Las líneas de campo eléctrico se determinan al unir el conjunto de puntos que fueron marcados en la hoja milimetrada correspondientes a la máxima diferencia de potencial (donde se obtuvo un valor superior al determinado por el punto aleatorio) (Véase tabla 1).  

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