Laboratorio 4 (potencial Eléctrico) 203j48

Facultad de Ingeniería, Programa Ingeniería Civil

LABORATORIO N° 4 POTENCIAL ELÉCTRICO Jhoan Steven Ortega Figueroa e-mail: [email protected]

RESUMEN: En esta práctica de laboratorio “potencial eléctrico” a través de la experiencia se tiene la capacidad de analizar las líneas equipotenciales en una región la cual ponemos bajo influencia directa de dos electrodos de los cuales se obtienen las líneas y se interpreta el porqué de cada uno de los valores obtenidos, además podemos comprobar mediante la experiencia que con un electrodo circular afectamos una zona de manera uniforme formando así las superficies equipotenciales.

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Con el fin de que el informe ofrezca una mayor claridad al lector sobre el tema a tratar es necesario realizar una definición breve sobre algunos términos utilizados en el mismo. 

PALABRAS CLAVE: Superficies equipotenciales, potencial eléctrico, campo eléctrico, línea equipotencial, línea de campo.

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ABSTRACT: In this laboratory practice "electrical potential" through experience has the ability to analyze the equipotential lines in a region which we place under direct influence of two electrodes from which the lines are obtained and interpreted the why of each of the obtained values, besides we can through the experience that with a circular electrode we affect a zone of uniform way thus forming equipotential surfaces.

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KEY WORDS: Equipotential surfaces, electric potential, electric field, equipotential line, field line.

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MARCO REFERENCIAL

Superficies equipotenciales: es el lugar geométrico de los puntos de un campo escalar en los cuales el potencial del campo o valor numérico de la función que representa el campo, es constante. [1] Potencial eléctrico: se conoce como el trabajo que un campo electrostático debe realizar para movilizar una carga de un punto hacia otro. [2] Campo eléctrico: el campo eléctrico en física se define como un ente físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. En matemática se define como un campo vectorial.[3] Línea equipotencial: son la intersección de las superficies equipotenciales en un campo, sobre estas líneas el potencial es el mismo.[4]

INTRODUCCIÓN 3

En esta práctica de laboratorio “potencial eléctrico” se llevaron a cabo pruebas experimentales para generar unas bases de conocimiento sobre todo lo que conlleva este tema de una manera práctica, por esto se pudo observar los tipos de comportamientos e influencia que tiene el campo eléctrico en la superficie y relacionarlas con las líneas equipotenciales realizando una interpretación racional de los datos obtenidos en el laboratorio mediante tres montajes que generan dichos diferentes tipos de comportamiento.

GRÁFICOS Y TABLAS

Se presentan los siguientes datos obtenidos en el laboratorio de electromagnetismo.

TABLAS DE DATOS OBTENIDOS En las siguientes tablas se encuentran plasmados los datos obtenidos mediante el laboratorio que serán usados para su análisis en el orden en el que fueron

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realizados los montajes en la práctica del día 15 de septiembre. Tabla 1: coordenadas de las 9 líneas equipotenciales para electrodos planos.

LINEA 1 2 3 4 5 6 7 8 9

VOLTAJE 2.27 2.83 3.57 4.34 5.10 5.49 6.64 7.45 8.16

LINEA EQUIPOTENCIAL ELECTRODOS PLANOS COORDENADAS (1 , 0) (1.1 , 1) (1.2 , 2) (2 , 0) (2 , 1) (2.1 , 2) (3 , 0) (3 , 1) (3 , 2) (4 , 0) (4.1 , 1) (4.1 , 2) (5 , 0) (5 , 1) (5.1 , 2) (6 , 0) (6.15 , 1) (6.2 , 2) (7 , 0) (7 , 1) (6.95 , 2) (8 , 0) (7.9 , 1) (7.9 , 2) (9 , 0) (8.95 , 1) (8.8 , 2)

(1.3 , 3) (2.05 , 3) (3.2 , 3) (4.1 , 3) (5.1 , 3) (6.2 , 3) (6.9 , 3) (7.8 , 3) (8.7 , 3)

1.4 , 4) (2.2 , 4) (3.2 , 4) (4.2 , 4) (5.1 , 4) (6.1 , 4) (6.9 , 4) (7.8 , 4) (8.65 , 4)

Grafico 1: electrodo plano-plano. Fuente: los autores

Para los electrodos planos, las líneas o curvas equipotenciales se comportan de manera perpendicular a las de campo.

Fuente: los autores Tabla 2: coordenadas de las 3 líneas equipotenciales para electrodos cilíndrico y plano.

LINEA 1 2 3

Momento 2: electrodos cilíndrico-planos

LINEA EQUIPOTENCIAL ELECTRODO PLANO Y CIRCULAR VOLTAJE COORDENADAS 8.16 (7 , 8) (8.2 , 9.5) (14 , 8) (12.1 , 6) 8.32 (6.5 , 8) (9.6 , 10) (SS , 8) (12.3 , 5.5) 8.20 (6 , 8) (10.7 , 10.5) (SS , 8) (13.5 , 5) Fuente: los autores

Tabla 3: coordenadas líneas equipotenciales para dos Electrodos cilíndricos.

LINEA 1 2 3 LINEA 1 2 3

LINEA EQUIPOTENCIAL ELECTRODOS CIRCULARES VOLTAJE COORDENADAS 8.83 (7.1 , 8) (10.1 , 9.5) (SS , 8) 8.70 (6.6 , 8) (9.7 , 10) (SS , 8) 8.59 (6.1 , 8) (11.1 , 10.5) (SS , 8) VOLTAJE COORDENADAS 1.39 (0.5 , 7.5) (-1.2 , 6) (-4,8) 1.70 (1 , 7.5) (0.1 , 6.5) (SS , 8) 1.77 (1.5 , 7.5) (-0.2 , 7) (SS , 8)

Grafico 2: electrodo plano-circular. Fuente: los autores

Para el electrodo plano y circular, se generan unas curvas equipotenciales generando unas orbitas alrededor del electrodo circular.

(8.2 , 6) (8.7 , 5.5) (9.2 , 5)

Momento 3: electrodos cilíndrico-cilíndricos.

(-1.5 , 9.5) (-0.1 , 9) (-0.2 , 8.5)

Fuente: los autores

GRAFICAS Estas son las gráficas en las cuales se plasman los datos obtenidos en el laboratorio: Momento 1: electrodos plano-planos y líneas equipotenciales vs líneas de campo eléctrico.

Grafico 3: electrodo circular-circular. Fuente: los autores

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Para los electrodos circulares, se generan unas curvas equipotenciales generando unas orbitas alrededor de los electrodos circulares.

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Después de realizar el montaje es necesario calibrar la fuente como lo muestra la imagen 3, a 10 V.

MONTAJE

Para esta práctica de laboratorio, se realiza un estudio sobre el concepto de potencial eléctrico y a partir de éste, conocer cómo se pueden visualizar las líneas de campo eléctrico. Para dar inicio al montaje de la práctica es se comienza colocando la hoja milimetrada bajo la refractaria de vidrio marcando en ella los ejes “X” y “Y” de forma que sirvan como referencia para la toma de datos como se puede observar en la imagen 1 en seguida.

Imagen (3). Calibración de la fuente Fuente: Los autores. A continuación se conectan los electrodos a la fuente de voltaje, el primer electrodo al positivo de la fuente y el segundo al negativo como se denota en la imagen 4 a continuación.

Imagen (1). Ubicación de los ejes de referencia. Fuente: Los autores. Imagen (4). Conexión de la fuente con los electrodos Fuente: Los autores.

Simultáneamente se debe diluir en agua la sal para posteriormente vaciarla en la refractaria, siguiendo con la ubicación de los electrodos (laminas) de forma que queden paralelos y a una distancia de 10 cm haciendo coincidir el eje “Y” con uno de ellos tal como lo representa la imagen 2.

Después de lo anterior se procedió con la toma de datos como lo representa la imagen 5, para los cuales es necesario obtener 5 valores en el eje “Y” por cada desplazamiento sobre la horizontal para la que se desplazará 9 cm, obteniendo así 45 relaciones.

Imagen (2). Ubicación de electrodos con respecto a los ejes Fuente: Los autores.

Imagen (5).Toma de datos Fuente: Los autores.

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Continuando con el laboratorio se realiza el mismo procedimiento cambiando los electrodos, de forma que haya uno plano y uno cilíndrico, y en seguida con ambos cilíndricos como se observa en las imágenes 6 y 7 respectivamente.

RECURSOS HUMANOS

La realización de estos montajes experimentales sobre líneas equipotenciales y superficies equipotenciales estuvo a cargo de los estudiantes Jhoan Steven Ortega, Cristian Ferney Perdomo y Laura Angélica Calvo. Este se llevó acabo en la universidad del Quindío.

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ARTÍCULOS

A continuación se adjuntan dos artículos que ayudan de soporte conceptual a los estudiantes a entender el tema propuesto en el laboratorio.

Imagen (6) .montaje electrodo cilíndrico y laminar Fuente: Los autores

ARTÍCULO UNO. Titulado “ Folding three-dimensional model of equipotential surfaces” busca dar a conocer las características y aportes de un nuevo modelo tridimensional que representa superficies equipotenciales para cargas iguales y opuestas de modo que los estudiantes puedan ver de manera clara la relación que existe entre las líneas de fuerza y estas superficies. Teniendo en cuenta que las superficies equipotenciales y que las líneas de fuerza son líneas tangentes en todos sus puntos a la vector intensidad de campo, es decir que las superficies equipotenciales y las líneas de fuerza son perpendiculares entre sí, se construye el modelo tridimensional con placas de acrílico y cables para representar dichas líneas.

Imagen (7). Montaje con ambos electrodos cilíndricos Fuente: Los autores.

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RECURSOS FÍSICOS

Estos fueron los materiales utilizados para este laboratorio en cada uno de los montajes:           

ARTÍCULO DOS. “La potencialidad de las simulaciones de campo eléctrico desde la perspectiva de la teoría de los campos conceptuales de vergnaud”, Es un estudio realizado con estudiantes de segundo año de la carrera de Ingeniería Mecánica perteneciente a la Universidad Tecnológica Nacional, esta involucra los conceptos de campo eléctrico, potencial eléctrico y magnitudes relacionadas analizando las actividades cognitivas que ponen en juego los estudiantes al abordar un trabajo práctico a partir de un software de simulación donde ha contribuido a organizar el concepto de campo eléctrico, integrando a la representación mediante las líneas de campo, el significado como campo vectorial a través de la imagen del vector tangente a ellas en cada punto. Se evidencia que han integrado los conocimientos de campo y potencial eléctrico a través de sus informes dando ejemplos de cómo quedan

Un multímetro con sus cables Agua y sal Una fuente o batería Una bandeja de vidrio o refractaria 2 electrodos planos 2 electrodos cilíndricos de ½ de pulgada y 5cm de largo aproximadamente Dos cables con caimanes en las puntas para conexiones Hojas de papel milimetrado Regla Lápiz Toalla

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representados los campos de manera más gráfica e interactiva facilitando así su comprensión.

7.2.1 Relación Artículo Uno. El artículo relaciona aportes con el laboratorio ya que proporciona información sobre lo que son las líneas de fuerza en un campo y las superficies equipotenciales, además de que aporta ideas sobre la relación entre ellas y los hechos o cambios que sufre el potencial en cargas iguales y opuestas.

7.2.2 Relación Artículo Dos. Aportando a la investigación el artículo una nueva forma de trabajo para los estudiantes universitarios donde las simulaciones permiten identificar de manera más sencilla y clara conceptos tan complejos como los mencionados anteriormente

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CONCLUSIONES 

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El potencial eléctrico aumenta a medida que se acerca al electrodo cargado positivamente y va disminuyendo en dirección al electrodo con carga negativa. Las líneas equipotenciales tienden a curvarse según la forma del electrodo que se encuentra más cerca. Se puede concluir que mediante el montaje del electrodo circular y el puntual se genera una superficie que en dichos radios son equipotenciales para cada valor angular que se elija

REFERENCIAS

1] A.M. Velasco, Líneas Equipotenciales, Departamento de física, facultad de ciencias, Universidad Nacional de Colombia http://www.fisica.ru/dfmg/teacher/archivos/Lineas_Equ ipotenciales.pdf [2] EducaLAB, Circuitos eléctricos http://educalab.es/recursos [3] Cordova, T. (2003), fisica III ( Potencial electrico). España: reverte

[4]Berkeley Physics course-volumen 2, Electricidad y magnetismo, Segunda edición, “deducción del campo a partir del potencial” pg. 4

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