Laboratorio 1 Fi403a

CURVAS EQUIPOTENCIALES
1. Objetivos
Determinar experimentalmente las líneas de fuerza, curvas equipotenciales de varias configuraciones de carga eléctrica(punto-punto, punto-anillo, punto-placa), en una solución de sulfato de cobre(CuSO4).

2. Fundamento Teórico

Campo eléctrico: El campo eléctrico asociado a una carga aislada o a un conjunto de cargas es aquella región del espacio en dondese dejan sentir sus efectos. Así, si en un punto cualquiera del espacio en donde está definido un campo eléctrico se coloca una carga de prueba o carga testigo, se observará la aparición de fuerzas eléctricas, es decir, de atracciones o de repulsiones sobre ella.

Curvas equipotenciales:
Llamamos superficies equipotenciales a aquellos cuyos puntos tienen el mismo potencial.
Las superficiesequipotenciales y las líneas de fuerza son perpendiculares entre sí.

Líneas de campo: El concepto de líneas de campo (o líneas de fuerza) fue introducido por Michael Faraday (1791-1867). 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 laabandona libremente, por lo que las líneas de campo salen de las cargas positivas y llegan a las cargas negativas:

Además, el campo eléctrico será un vector tangente a la línea en cualquier punto considerado.


Las líneas de campo
causadas por una carga
positivas y una negativa


Las propiedades de las líneas de campo se pueden resumir en:
El vector campo eléctrico es tangente a las líneas decampo 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.
El número de líneas que salen de una carga positiva o entran en una carga negativa es proporcional a dicha carga.
La densidad de líneas de campo en un punto es proporcional al valor del campo eléctrico en dicho punto.
Las líneas decampo no pueden cortarse. De lo contrario en el punto de corte existirían dos vectores campo eléctrico distintos.
A grandes distancias de un sistema de cargas, las líneas están igualmente espaciadas y son radiales, comportándose el sistema como una carga puntual.


Potencial Eléctrico:

Una carga eléctrica puntual q (carga de prueba) tiene, en presencia de otra carga q1(carga fuente), una energíapotencial electrostática. De modo semejante a la relación que se establece entre la fuerza y el campo eléctrico, se puede definir una magnitud escalar, potencial eléctrico (V) que tenga en cuenta la perturbación que la carga fuente q1 produce en un punto del espacio, de manera que cuando se sitúa en ese punto la carga de prueba, el sistema adquiere una energía potencial.
El potencial eléctricocreado por una carga q1 en un punto a una distancia r se define como:




por lo que una carga de prueba q situada en ese punto tendrá una energía potencial "U" dada por:




El potencial depende sólo de la carga fuente y sus unidades en el Sistema Internacional son los voltios (V). El origen para el potencial se toma en el infinito, para mantener el criterio elegido para la energía.
Para calcularel potencial en un punto generado por varias cargas fuente se suman los potenciales creados por cada una de ellas, teniendo en cuenta que es una magnitud escalar y que será positivo o negativo dependiendo del signo de la carga fuente.
El trabajo realizado por la fuerza electrostática para llevar una carga q desde un punto A a un punto B se puede expresar entonces en función de la diferencia depotencial entre A y B:



Bajo la única acción de la fuerza electrostática, todas las cargas tienden a moverse de modo que el trabajo de la fuerza sea positivo, es decir, de modo que disminuye su energía potencial. Esto significa que:


las cargas de prueba positivas se mueven hacia donde el potencial eléctrico disminuye y las cargas de prueba negativas se mueven hacia donde el potencial aumenta...