Mapeo del campo electrico

FÍSICA IV: ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

GUIA DE LABORATORIO: MAPEO DEL CAMPO ELÉCTRICO

OBJETO DE LA EXPERIENCIA:

Examinar la naturaleza del campo eléctrico mediante el mapéo de líneas equipotenciales correspondientes a una distribución de carga dada y posterior trazado de las líneas de campo asociadas.

METODOLOGIA:
Consiste en producir un campo eléctrico entre dos superficiesconductoras (electrodos) inmersas en un medio de alta resistencia. Luego, mediante la utilización del voltímetro, se mapéan los puntos de igual potencial, quienes definen superficies equipotenciales y por consiguiente las líneas del campo eléctrico presente entre los electrodos.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS:


En la teoría del campo eléctrico, se ha demostrado que:


(se emplean coordenadascartesianas por simplicidad pero puede expresarse en otras coordenadas dependiendo de la simetría del problema).
La fórmula (1) establece que el campo eléctrico es el Gradiente del potencial eléctrico con signo cambiado.
Matemáticamente representa la dirección de máxima variación de la función potencial. De lo anterior surge que las líneas de campo eléctrico y las líneas equipotenciales constituyenuna familia de curvas ortogonales, esto significa que, en cada punto de intersección entre ellas, las tangentes de las mismas en ese punto forman un ángulo recto (ver como ejemplo la fig.1.
La experiencia de laboratorio se apoyará en este hecho).

Fig.1: Líneas equipotenciales y líneas de campo correspondientes a una carga puntual. Puede observarse que son familias de curvas ortogonales.MATERIAL A UTILIZAR:

• Fuente de alimentación.
• Equipo para la práctica de campo
eléctrico.
• Multímetro.
• Cables de Conexión.

Como medio para mapear las líneas equipotenciales se empleará agua de la canilla. Esta presenta una conductividad uniforme y lo suficientemente baja (alta resistencia) como para poder realizar la experiencia.

TÉCNICA OPERATORIA:


Fig. 2: Circuitoutilizado para obtener las mediciones.

Llene el plato con agua y arme el circuito presentado en la Fig.2. Solicite la autorización al auxiliar docente para hacer la conexión a la fuente de alimentación.
Cuando se conecta el circuito, entre los electrodos existirá una diferencia de potencial V, igual a la de la fuente, medida con el voltímetro.
Tome como punto de referencia (V=0) uno de loselectrodos y fije al mismo una de las puntas exploradoras.
Con la otra punta exploradora seleccione un punto cualquiera entre los electrodos y anote sus coordenadas X,Y y el potencial, V1, indicado por el voltímetro. Desplazando la punta exploradora busque los puntos que están al mismo potencial V1, determine sus coordenadas (X,Y) y complete la tabla de la fig.3 (hoja de datos). Obtenga cinco o másequipotenciales que permitan dibujar el espectro bidimensional buscado (consulte con el auxiliar de laboratorio ante cualquier duda ).
Una vez finalizada la toma de datos experimentales para las equipotenciales, mida los potenciales de tres puntos muy próximos entre sí, ubicados sobre el eje de simetría de los electrodos.


Fig.3: Esquema de la tabla para registrar los datos.PRECAUCIONES:
1. CONTROLE QUE EL MULTIMETRO ESTE CONECTADO COMO VOLTÍMETRO Y EN EL ALCANCE ADECUADO.
2. LA PROFUNDIDAD DE LA PUNTA EXPLORADORA DEBE SER LA MISMA EN TODOS LOS CASOS.
3. PRESTE ATENCIÓN A LAS INDICA-CIONES Y COMENTARIOS DE LOS AUXILIARES DE LABORATORIO PARA NO DAÑAR EQUIPAMIENTO.



ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS:



a) Construcción de las líneas equipotenciales;

Establecido unsistema de referencia en una hoja milimetrada en forma compatible con el existente en la cubeta, dibuje los electrodos correspondientes y proceda a ubicar los puntos de igual potencial a partir de los datos de la tabla. Una los puntos con una línea compensada, la que constituirá la línea equipotencial práctica. Repita el procedimiento para las demás líneas, obteniendo así la familia de líneas...