Laboratorio de Física Electromagnética , Superficies equipotenciales

               Universidad del Atlántico[pic 1][pic 2]

               Facultad de Ciencias Básicas

               Laboratorio de Física Electromagnética  

                [pic 3]

Superficies equipotenciales

J. Borrero1, K. Reales1, J. Siciliano1, C. Varela1,

J. Alvarez2

1Estudiantes de ingeniería Mecánical, 2Profesor de Física Facultad de Ciencias Básicas

RESUMEN

El principal objetivo de la experiencia es consolidar los conceptos de campo eléctrico y líneas de campo. Con ayuda de un programa especializado en este tipo de fenómenos se pudo obtener una relación entre las superficies de potencial constante y analizar las líneas de campo eléctrico en una región perturbada por dos electrodos, obtenidas a partir del trazo de las líneas equipotenciales.

se llegó a obtener una interpretación de los mapas de superficies equipotenciales asociados a una distribución de carga, además de poder visualizar cualitativamente los patrones generados (no siempre el mismo patrón) por el campo eléctrico

PALABRAS CLAVES: campo eléctrico, líneas de campo, potencial eléctrico.

1. INTRODUCCIÓN

En esta experiencia es de suma importancia entender cómo funcionan las distribuciones de carga afectadas por un campo electico.

A partir de un dipolo eléctrico con una diferencia de potencial analizaremos el comportamiento del campo eléctrico en función del voltaje. A partir de lo anterior tendremos en cuenta la superficie equipotencial que está directamente relacionada con los lugares geométricos donde los puntos de un campo de fuerza tienen el mismo potencial

Utilizaremos mucho el concepto de líneas de campo eléctrico; tenga en cuenta que como tal estas líneas no existen, solo las tomamos como referencia para hacernos una idea del comportamiento que se está analizando. Estas líneas nos aportaran lo necesario para entender el comportamiento y las características generadas por un dipolo.

Emplearemos por primera vez el concepto de líneas equipotenciales, las cuales obtendremos de condiciones específicas del experimento.

1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

Antes de hablar de superficies equipotenciales y líneas de campo eléctrico debemos saber primero a que se refieren con “campo eléctrico”.
Teóricamente, el campo eléctrico es una fuerza eléctrica que un cuero con propiedades eléctricas ejerce sobre una carga de prueba u otros cuerpos.

Matemáticamente, el campo eléctrico está definido por la ecuación

                                           (1)[pic 4]

Donde  es la fuerza eléctrica que experimenta un cuerpo o una carga de prueba y  es justamente la carga de prueba.[pic 5][pic 6]

[pic 7]

Figura 1: Análisis de un campo eléctrico

De la Figura 1 podemos mostrar gráficamente como es un campo eléctrico. En (a)         se observan 2 cuerpos cargados positivamente que ejercen una fuerza sobre el cuerpo contrario. Luego en el inciso (b) “quitamos” el cuerpo B pero dejamos indicada su posición, por último se analiza que como el cuerpo B experimenta una fuerza decimos que es causada por un campo eléctrico y como esos cuerpos están aislados decimos que el cuerpo A ejerce un campo eléctrico sobre B. [pic 8][pic 9][pic 10][pic 11]

Figura 2: a) campo eléctrico por una carga positiva.
                  b) campo eléctrico por una carga negativa.

Si el cuerpo que ejerce el campo eléctrico posee carga negativa el campo ira hacia el centro de la carga (a) de lo contrario, es decir, es de carga positiva ira hacia afuera y perpendicular a la superficie (b).

Hablando de campo eléctrico, existe otro concepto que debemos definir y es líneas de campo eléctrico, que son un conjunto de rectas o curvas imaginarias trazadas a través de una región del espacio y la dirección del campo en un punto siempre es tangente a la línea de campo que pasa por ese punto.[pic 12]

Figura 3: Líneas de campo eléctrico.

Las direcciones de las líneas de campo cambian dependiendo si la carga es positiva o negativa, si es positiva las líneas de campo van hacia fuera de la carga, pero si la carga es negativa dichas líneas apuntan hacia la carga.

Finalmente, la fórmula matemática que define el campo eléctrico teniendo en cuenta la dirección es:

                                           (2)[pic 13]

De (1) tenemos que;  es el campo eléctrico,   es un valor constante, q es el valor de la carga, r es la distancia que separa el cuerpo que ejerce un campo y el que lo recibe y por ultimo  es la dirección de r, es decir la dirección respecto al cuerpo que ejerce el campo y va hacia el que lo recibe.[pic 14][pic 15][pic 16]

Ahora teniendo claro el concepto de líneas de campo podemos pasar a definir el flujo eléctrico, que no es más que un valor que representa el número de líneas de campo que atraviesan una determinada superficie. [1]

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Figura 2: Campo y flujo eléctrico.

De la Figura 2 observamos que el flujo eléctrico está representado por el conjunto de vectores que van hacia afuera de la caja donde está “encerrada” la carga, dicho flujo es directamente proporcional a la magnitud de la carga.
Matemáticamente podemos definir el flujo eléctrico por la ecuación:

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