L NEAS EQUIPOTENCIALES

LÍNEAS EQUIPOTENCIALES

I. OBJETIVOS:
Verificar experimentalmente algunas de las predicciones de los modelos, teorías o leyes fundamentales estudiadas en clase.
Estudiar las líneas equipotenciales asociadas al campo eléctrico de una distribución de cargas eléctricas.
Verificar experimentalmente la aparición de líneas de campo eléctrico entre los electrodos y comprobar que ellas son mutuamenteortogonales con las líneas equipotenciales
Determinar la geometría del campo eléctrico, asociado a una distribución de carga eléctrica de alta simetría.

II. MATERIALES:
Multímetro digital Sanwa CD800.







Fuente de poder DC de 20V.






Dos electrodos de cobre, cilíndricos y planos.





Fuente de plástico transparente.






Solución de cloruro de sodio con agua al 5%





Hojas de papelmilimetrado






III. MARCO TEORICO
Toda carga crea en el espacio que lo rodea tanto un campo eléctrico vectorial E como un campo de potencial eléctrico escalar V, cuyas expresiones están en función de la distancia r de un punto dado en consideración y de la magnitud de la carga. En general, la dependencia espacial explícita de esos campos E y V depende de la forma como espacialmente esténdistribuidas las cargas. En el caso de cargas puntuales se presenta una simetría esférica, de modo que los campos E y V presentan una disminución radial en sus valores y tienden a cero a medida que nos alejamos de las cargas que producen los campos. Matemáticamente hablando, expresamos esas variaciones como:



Donde Q es la magnitud de la carga que genera el campo eléctrico E con su respectivo signo yes el vector unitario dirigido desde la carga hasta el punto donde se calcula el campo eléctrico E.
En el caso de dos placas conductoras paralelas el campo E presenta un valor constante en la región comprendida entre las placas; pero el potencial eléctrico V es directamente proporcional a la distancia PERPENDICULAR medida en referencia a uno de los electrodos, que desde el punto de vistaexperimental generalmente es tomada en un circuito desde el punto de potencial cero o tierra. Notamos entonces dos cosas importantes: la diferencia en el valor que toman el campo eléctrico E y el potencial eléctrico V, y adicionalmente el hecho de que SOLO para distancias perpendiculares la variación de V es proporcional con la distancia. Matemáticamente hablando, estos comportamientos son correlacionadosmediante el concepto de gradiente ya que se está relacionando un campo vectorial E con un campo escalar V. El gradiente en este caso, es definido por un vector (el campo eléctrico E en este caso) que se encuentra normal a una superficie o curva en el espacio ya que esa será la dirección en la cual el potencial eléctrico cambiará más rápidamente. Formalmente:


Un aspecto importante de los camposelectrostáticos es que en la región entre los electrodos tendremos conjuntos de puntos geométricos que presentan el mismo valor del potencial. A esas superficies que cumplen ese requerimiento se les llama superficies equipotenciales, y la perpendicular a esa superficie mostrará la dirección del campo eléctrico, de acuerdo con los argumentos mencionados anteriormente. La superficie de un materialconductor es siempre una superficie equipotencial. Una lámina conductora puede ser cargada negativa o positivamente según la conectemos al borne positivo o negativo de una fuente de poder, y así el conductor se convierte en un electrodo y en nuestro objeto cargado que genera un campo eléctrico alrededor de él.

Finalmente, es interesante notar que el movimiento de una partícula cargada en presenciade un campo eléctrico generado por otras cargas (en este caso los electrodos) depende de la dirección del campo eléctrico en un punto dado donde ella s3e encuentre y del signo de esa carga. Así, una carga negativa sentirá una fuerza eléctrica que la obligará a moverse en la dirección contraria al campo, pero si la carga es de signo positivo el efecto es contrario y tenderá a moverse en la misma...