Laboratorio Fisica 2 - Cargas Puntuales

Resumen—Presentamos a continuación los resultados obtenidos después de la realización de la práctica Nº 2 “Cargas Puntuales”, propuesta en la guía de laboratorio para el área de Física De Campos y Laboratorios, y algunas conclusiones según sus respectivos análisis.

Pretendemos determinar, respecto a dos electrodos puntuales cargados, las superficies en igualdad de potencial eléctrico alrededor de cada electrodo, analizar la relación de la magnitud del campo eléctrico con la distancia entre los electrodos e identificar y trazar las líneas de campo eléctrico por medio de las líneas equipotenciales.

Abstract—Here we present the obtained results, from the lab practice Nº2 “Point Charges”, Proposed by the laboratory guide for the Fields Physic And Laboratories, and some conclusions about the respective analysis.

We pretend to define the surfaces in equal electric potential around the electrodes, analyze the relation within the electric field and the distance between the electrodes and identify and plot the lines of the electric field by the equipotentials lines.

I. INTRODUCCIÓN

Aquí el lector podrá encontrar un resumen de la teoría de Benjamín Franklin y Charles Coulomb acerca del comportamiento de cargas puntuales presentes en una región del espacio, se le explicara al lector; con teoría, ilustraciones y ecuaciones, las relaciones entre líneas de fuerza eléctrica, líneas de campo eléctrico y líneas equipotenciales. Además podrá encontrar los detalles del montaje realizado para la ejecución de la práctica, los resultados obtenidos con el experimento y un completo análisis de los mismos. A continuación podrá visualizar las conclusiones a las cuales llegamos después de analizar las series de datos, las ecuaciones implementadas en el laboratorio (sección de apéndice); las cuales se citan y se explican en el marco teórico, y por ultimo algunas referencias bibliográficas en las que podrá ampliar los conocimientos adquiridos en el artículo.

II. MARCO TEÓRICO

La materia está constituida por átomos, los cuales contienen partículas de cargas eléctricas positivas, negativas, y otras sin carga, llamados protones, electrones y neutrones respectivamente. Experimentalmente Benjamín Franklin comprobó que las cargas responden entre sí, dependiendo su polaridad de forma que los polos opuestos se atraen si y los polos iguales se repelen (figura 1.1). Luego Charles Coulomb encontró que la magnitud de las fuerzas eléctricas entre objetos es proporcional a la magnitud de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la separación entre ellas; esta ley; llamada ley de Coulomb, esta expresada mediante la ecuación (1). En la ecuación (2) definimos el coeficiente Ke.

El concepto de Campo Eléctrico se refiere a la interacción de cargas eléctricas en una región del espacio y se define como se indica con la ecuación (3).

La fuerza eléctrica y el campo eléctrico son magnitudes adictivas; si en un punto del espacio interactúan varias fuerzas eléctricas, la fuerza neta será la suma de dichas fuerzas, y para el caso de existir la presencia de varios campos eléctricos producidos por n cargas puntuales, el campo neto será la sumatoria de los campos de cada carga.

Un campo eléctrico se puede graficar por medio de las líneas de fuerza, (las cuales indican el movimiento realizado por las cargas positivas dentro del campo) ya que las líneas de campo son vectores tangentes a las líneas de fuerza, sin embargo las diminutas magnitudes de las fuerzas dificultan la medición del campo eléctrico, por lo cual recurrimos entonces a las diferencias de potencial eléctrico; (que se relacionan con el campo según la ecuación (4) donde se relaciona además el concepto de trabajo y energía potencial. Si sabemos hacia donde se da el máximo cambio de la diferencia de potencial podemos implementar la ecuación (5)), y a las superficies equipotenciales que son lugares geométricos que en los que los puntos del campo de fuerza tienen el mismo potencial.

La diferencia de potencial entre dos puntos de una superficie equipotencial es nula. De modo que, si desplazamos una carga, en un campo eléctrico, a lo largo de una superficie equipotencial, el trabajo realizado por esta es nulo. En consecuencia, si el trabajo es nulo, la fuerza y el desplazamiento deben ser perpendiculares, y como el vector fuerza tiene la misma dirección que el vector campo y el vector desplazamiento es tangente a la superficie equipotencial, llegamos a la conclusión de que, el vector campo es perpendicular a los puntos de una superficie equipotencial, y que las superficies equipotenciales y las líneas de fuerza se cortan siempre perpendicularmente.

Fig. 1.1: Líneas de Fuerza Eléctrica.

III. MONTAJE EXPERIMENTAL

Dentro de una cubeta electrostática con agua, sumergimos una placa de vidrio esmerilado con un plano cartesiano, con divisiones de 5mm, dibujado sobre él, a una profundidad de 1 cm. Desde el generador de ondas aplicamos una frecuencia de 1KHz a los electrodos puntuales, ubicados cada uno y en línea recta a 5 cm del origen, luego procedimos a conectar la punta negra del voltímetro al electrodo negativo y con la punta roja realizamos las mediciones de las superficies equipotenciales presentadas en la siguiente sección.

IV. RESULTADOS

Distancia (cm) Potencial (Volt)

0,50 1,25

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