informe de fisica III tema: superficies superficies equipoteniales equipoteniales Docente: Lic. Lucio Elias Flores Bustinza Presentado por: Norma Nery Ccari Sirena Codigo: 102165 Grupo: 313
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PRACTICA Nº 02 SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES. I.
OBJETIVO: Comprender los conceptos de líneas equipotenciales y de campo eléctrico. Usar las líneas equipotenciales para dibujar las líneas de campo eléctrico.
II.
APLICACIONES DE SUPERFICIE EQUIPOTENCIALES:
Desarrollo de prácticas para implementación de fuerzas en motores donde a partir del campo generado se aplica en turbinas, controles, generadores, circuitos eléctricos y electrónicos de sistema operativo y de mantenimiento para elaboración y funcionamiento en aviones y demás aplicaciones de orden mecánico inducido. Además para cálculos de diferencias en estructuras y mecanismos ocasionados por cambios externos o de medio ambiente que inciden en el desempeño óptimo mecánico eléctrico de partes fundamentales en diseño e ingeniería aeronáutica entre otras Las líneas de campo nos ayudan a visualizar los campos eléctricos. De manera semejante, el potencial en diversos puntos de un campo eléctrico se puede representar gráficamente mediante superficies equipotenciales. Una superficie equipotencial es una superf icie tridimensional sobre la cual el potencial e léctrico V es el mismo en todos los puntos. En una región donde está presente un campo eléctrico se pueden construir superficies equipotenciales. En los diagramas se suele mostrar solo unos pocos potenciales representativos, a menudo con diferencias de potencial iguales entre superficies adyacentes. Como el potencial es constante sobre una superficie de este tipo, el cambio de potencial eléctrico cuando una carga de prueba experimenta un desplazamiento dl
paralelo a la
superficie es: dV=−E
Como E .dl = es cero para cualquier dl
.dl =0
paralelo a la superficie, las líneas de campo
eléctrico deben ser perpendiculares a la superficie equipotencial. Las líneas de campo eléctrico y las superficies equipotenciales son siempre mutuamente perpendiculares. En esta práctica no usará sensor alguno para determinar la polaridad de los productores de carga. Medirá la cantidad de carga transferida a la hielera de Faraday, al ponerla en contacto con cada productor de carga. Finalmente, usará el sensor de carga para medir la carga por inducción del recipiente, y comparará la carga por contacto con la carga por inducción. Las superficies equipotenciales son aquellas en las que el potencial toma un valor constante. o
Las líneas de campo eléctrico son, en cada punto, perpendiculares a las superficies equipotenciales y se dirigen hacia donde el potencial disminuye.
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o
o
El trabajo para desplazar una carga entre dos puntos de una misma superficie equipotencial es nulo. Dos superficies equipotenciales no se pueden cortar.
La representación del campo electrostático mediante líneas de fuerza suele completarse con las superficies equipotenciales. Una superficie equipotencial es una superficie
del campo
electrostático en la que todos los puntos están al mismo potencial.
Si se realiza
trabajo para mover una carga de un punto a otro este trabajo realizado es
independiente de la trayectoria escogido entre dos puntos.
Además el campo eléctrico creado por dos conductores cargados se da mediante las líneas de fuerza que grafica a este campo
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1.
La dirección y el sentido de la línea de de fuerzas que pasan por un punto de espacio está dado por la dirección y sentido del vector campo eléctrico en este punto.
2.
El número de líneas por unidad de área perpendicular a estas,
en punto del espacio
es proporcional a la intensidad del campo eléctrico en este mismo punto. Por otro lado las líneas de fuerza superficies equipotenciales
del campo eléctrico resultan ser perpendiculares a las
debido a la relación existente entre campo y el potencial
en
cualquier punto.
.
MATERIALES
Sensor de voltaje.1 multímetro1 juego de electrodos.
Amplificador de potenciaInterfax science workshop
hoja de escalacables de conexión.
III.
PROCEDIMIENTO: Parte I. configuración del Equipo:
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1.
Realice el montaje que muestra la figura 1, usando las placas como electrodos. Verifique que el nivel del agua este 2mm por encima de la superficie del acrílico y que la fuente este a una diferencia de potencial de 10 V.
2.
Conectar la interfaz Science Workshop al computador y enciéndela
3.
Conectar el amplificador e potencia a los canales analógicos de la interfaz.
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4.
Conecte el sensor de voltaje al canal analógico de la interfaz o multimetro
5.
Ejecutar el programa Data Studio e configure los sensores y el amplificador de potencia donde fueron conectados físicamente
6.
. Configure el amplificador de potencia aparecerá también la ventana del Generador de señal. Desde ella se controlara el voltaje de alimentación de los circuitos que se realizan en esta practica, por lo que no debe cerrar esta ventana (puede miniarse). Configure el generador para que produzca voltaje de corriente continua. Ponga en cero el valor inicial de voltaje. Deje habilitada la opción auto, de manera que el generador solo funcione mientras se están tomando las medidas. Desactive las observaciones de medición de voltaje y corriente de salida.
7.
Cada dato tomado dependerá el valor de posición variado manualmente por el usuario. Para este tipo de registro, en la ventana de configuración haga clic en el botón opciones de muestreo. Seleccione la pestaña muestreo manual, marque la opción conservar valores de datos solo si se solicita y deshabilita los demás cuadros que se hacen disponibles. Escriba un nombre para la variable y defina las unidades con las que reportara la distancia.
8.
Cree un grafico voltaje vs posición. Recuerde que es conveniente reemplazar los nombres de las graficas y ensayos por unos que hagan referencia a los datos registrados.
Parte II. Obtención de líneas Equipotenciales 1) Utilizando la configuración de electrodos e placas planas paralelas. 2) Ubique el papel debajo de la cubeta para luego tomar los datos.
3) Repita el paso anterior para obtener 5 líneas equipotenciales diferentes. Procure que la diferencia de potencial entre las leneas sea la misma. Apaga la fuente para pasar de una línea de equipotencial a otra. 4) Cambie el acrílico y repita la actividad para otras dos configuraciones de electrodos (ver ejemplos en la figura 2)
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a) Procedimiento y toma de datos 1) Monte el equipo según se muestra en la figura 2 2) Restablezca la diferencia de potencial (V=5Voltios o V=10Voltios o según sea indicador por el instructor) NOTA: a menos de que se indique lo contrario en este laboratorio trabajaremos con las siguientes condiciones. Una con unas simetría plana entre dos electrodos planos
Una con unas simetría esférica y el otro electrodo planos
Dos configuraciones con electrodos con simetría esférica concéntricas
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3) con la punta común del voltímetro en V1, utilice la otra punto para identificar al menos nueve (uno en el eje horizontal de simetría y no menos de 4 puntos distribuidos uniformemente a ambos lados del eje simetría) puntos de línea equipotencial correspondiente al potencial V(x,y) = V1 4) repita el paso tres para cada uno de las potenciales de referencia para determinar las correspondientes líneas equipotenciales. 5) Trace al menos 9 líneas de campo eléctrico (o las necesarias para que iniquibocadamente se manifiesta la configuración del campo eléctrico correspondiente a la distribución asignadas) de campo eléctrico asociado con esa distribución de carga. 6) Utilice otra configuración de cargas y repita los pasos de 1 a 5 CUESTIONARIO 1.
QUE ES SUPERFICIE EQUIPOTENCIAL
Una superficie equipotencial es el lugar geométrico de los puntos de un campo escalar en los cuales el "potencial de campo" o valor numérico de la función que representa el campo, es constante. Las superficies equipotenciales El caso más sencillo puede ser el de un campo gravitatorio en el que hay una masa puntual: las superficies equipotenciales son esferas concéntricas alrededor de dicho punto. El trabajo realizado por esa masa siendo el potencial constante, será pues, por definición, cero. Cuando el campo potencial se restringe a un plano, la intersección de las superficies equipotenciales con dicho plano se llama líneas equipotenciales Una superficie equipotencial a una línea infinita de carga sería un cilindro de altura infinita con la línea de carga en su eje central. Una superficie equipotencial en torno a una esfera cargada uniformemente es otra esfera concéntrica a la que posee la cargA Una superficie equipotencial es aquélla en la cual todos sus puntos tienen el mismo potencial eléctrico, por lo que el trabajo realizado para transportar una carga eléctrica de un punto a otro s obre dicha superficie es nulo
2.- QUE SON LINIAS DE CAMPO
,.líneas de campo eléctrico indican las trayectorias que seguirían las
partículas positivas si se las abandonase libremente a la influencia de las fuerzas del campo. El campo eléctrico será un vector tangente a la línea de fuerza en cualquier punto considerado. Una carga puntual positiva dará lugar a un mapa de líneas de fuerza radiales, 8
pues las fuerzas eléctricas actúan siempre en la dirección de la línea que une a las cargas interactuantes, y dirigidas hacia fuera porque las cargas móviles positivas se desplazarían en ese sentido (fuerzas repulsivas). En el caso del campo debido a una carga puntual negativa el mapa de líneas de fuerza sería análogo, pero dirigidas hacia la carga central. Como consecuencia de lo anterior, en el caso de los campos debidos a varias cargas las líneas de fuerza nacen siempre de las cargas positivas y mueren en las negativas. Se dice por ello que las primeras son «manantiales» y las segundas «sumideros» de líneas de fuerza.
3.- EXPLICAR EL POR QUE LA S LINIAS DE CAMPO ELECTRECO AL SERVC TRASADAS DEDEN CRUSARSE LA LINIAS EQUEPOTENCIALES AL ANGULO DE 90 UTILIZANDO LA SIGUENTE IGUALDAD dV(x y z)=.dr
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4.-EXPLICAR COM ULITILIZARLO ARGUNENTO DE LA SEMETRIA RELACIONADOS CON LA DESTRIBUCION de la carga Pueden ser utilizados para trazar las líneas equipotenciales de campó eléctrico
5.- la superficie de un conductor en equilibrio electrostático constituye una superficie equipotencial
6.- cual son las reglas para dibujar las líneas De campó
Las líneas de campo eléctrico comienzan en las cargas positivas (o en el infinito) y terminan en las negativas (o en el infinito). 10
Las líneas se dibujan simétricamente saliendo o entrando en la carga. El número de líneas que abandonan una carga positiva o entran en una carga negativa es proporcional a la magnitud de la carga La densidad de líneas (número de ellas por unidad de área perpendicular a las mismas) en un punto es proporcional a la magnitud de la carga. A grandes distancias de un sistema de cargas, las líneas de campo están igualmente espaciadas y son radiales como si procediesen de una sola carga puntual igual a la carga neta del sistema. No pueden cortarse nunca dos líneas de campo. (Si dos líneas de campo se cruzaran, esto indicaría dos direcciones para E en el punto de intersección, lo cual es imposible.)
7.- CUAL ES LA RELACION PARA DEDUJAR LINEAS DE CAMPO ELECTRECO
La perturbación que crea en torno a ella la carga fuente se representa mediante un vector denominado campo eléctrico. La dirección y sentido del vector campo eléctrico. El campo eléctrico depende únicamente de la carga fuente 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 la abandona 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.
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8 EN UNA DONDE ESTE PRESENTE EL CAMPO UN CANPO ELECTRICO REGION PUEDE UN PUNTO TENER DOS POTENCIALES DEFERENTES ¿Cuál SON LAS SUPERFICIESEQUIPOTENCIALES PUEDEN TOCARSE O CRUSARSE?
Una superficie equipotencial se puede definir como el conjunto de puntos que integran una trayectoria cerrada circular alrededor de una carga eléctrica y todos los puntos tiene la misma magnitud de potencial eléctrico. Una superficie equipotencial se representa por una trayectoria circular cerrada rodeando la carga eléctrica puntual en donde todos los punto de la trayectoria se encuentran al mismo potencial eléctrico, cuando una carga eléctrica se mueve sobre la trayectoria de una superficie equipotencial, la carga no desarrolla trabajo o energía porque no hay cambio en el potencial eléctrico, por esa razón se establece que la energía potencial eléctrica de la carga es cer
Para trazar líneas equipotenciales las líneas de campo eléctrico son perpendiculares a las líneas equipotenciales y señalan desde las regiones de potencial alto hacia las regiones de potencial bajo, el número de líneas de campo eléctrico asociadas con una distribución de cargas debe er proporcional a la magnitud de la carga. Las líneas de campo eléctrico no pueden cruzarse.las
líneas de campo nunca se cruzanLa Relación entre las líneas de campo eléctrico y el campo eléctrico deber ser que el campo eléctrico es tangente a la línea de campo eléctrico en cada punto, La magnitud del campo eléctrico es grande cuando las líneas están próximas entre si y es pequeño cuando las líneas están separadas. 9.- LAS DERECCIONES DE LOS CAMPOS SOM INDICADOS POR LAS LINIAS DEL COMPO ¿ POR QUE NO HAY DERECCION DE INDICADA EN LAS LINIAS EQUIPONCIALESLa diferencia de potencial entre dos puntos es el trabajo empleado
para llevar la unidad de carga positiva de uno a otro. El potencial cero se establece por convención, en general en el infinito. La función potencial se define en cada punto como la diferencia de potencial entre ese punto y el infinito. Es una función escalar, que asigna a cada punto un trabajo (producto escalar de fuerza por distancia). Las líneas equipotenciales son intersecciones de las superficies equipotenciales con el plano del dibujo. Nótese que las líneas equipotenciales no pueden cortarse (un punto no puede tener dos potenciales distintos al mismo tiempo) Las líneas equipotenciales no tienen ninguna dirección definida. Una carga de prueba situada sobre una línea equipotencial no tiende a seguirla, sino a avanzar hacia otras de menor potencial. Al contrario que las líneas de campo eléctrico, las líneas equipotenciales son siempre continuas. No tienen principio ni final
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II OBTENCION DE LINIAS EQUIPOTENCIALES 10.-DEBUJE LINIA EQUIPOTENCIAL Y LINIAS DE CAMPO COM DEFERENTES COLORES PARA DEFERENCIAR INDIQUE EL VOLTAJE REREGISTRADO EN CADA UNA DE ELLAS EN SU GRAFICA a,b,c
11 trazar cualitativamente las superficie EQUIPOTENCIALES y la configuración de la lki nias de campo electrodo correspondiente a dos configuraciones de cargas positivas y de carga negativas con con simetría esférica ey explique porque deberían lucir de este manera . sugerencia utilice este link para ver su simulación y capture o dibuje
12.-Calcule el trabajo necesario para llevar del electrodo 1 al electrodo 2 una carga de 10x10-6 C
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13-.sea una línea equipotencial de circular de longitud a10cm calcular la energía necesaria para mover una car de 5.0x10-6 al el largo de esta línea el potencial de esta línea es de 3v
Para cargar un condensador pasamos carga de la placa de menor a la de mayor potencial y requiere, por tanto, el consumo de energía. Imaginemos que el proceso de carga comienza con ambas placas completamente descargadas y después, sacamos repetidamente cargas positivas de una de ellas y las pasamos a la otra. En un momento dado, tendremos una carga q en las placas y la diferencia de potencial entre las mismas será V tal que q=C·V
14.- ¿Que valor tiene el campo fuera de las placas del capacitor? En el caso de la configuración placa-placa, como se puede observar en las curvas equipotenciales graficadas mediante los puntos que se hallaron, las curvas equipotenciales tienen una tendencia vertical (paralela al eje de las y) y como sabemos que las líneas de fuerza son perpendiculares a las curvas equipotenciales; entonces se puede notar que las líneas de fuerza son paralelas al eje x. Este resultado concuerda con lo teórico, sin embargo se puede notar al graficar las curvas equipotenciales hay un pequeño margen de error (no salen exactamente paralelas al eje y) este hecho es debido a que el galvanómetro que hemos utilizado no era tan eficiente. Por ello concluimos que para obtener la gráficas exactas de las curvas equipotenciales se requiere de instrumentos adecuados y precisos.
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Además en el grafico de arriba se puede notar las líneas de fuerza, por lo tan to ya se tienen las curvas equipotenciales, puesto que son perpendiculares a estas. La superficie equipotencial del experimento Punto-Placa, donde la carga positiva se encuentra a la izquierda representándose mediante un punto y la carga negativa a la derecha de la placa metálica. Las líneas más próximas a la carga positiva que representan esta superficie, mientras mas se acerca, van ganando mas curva y si continuáramos prolongando estas líneas que representa la superficie equipotencial, pareciera que se forman circunferencias con centro en el punto donde se colocó la carga positiva 15. Realice una descripción cualitativa del comportamiento del voltaje cerca y lejos de los electrodos empleados. Electrodos ácidos. Clasificación AWS de electrodos para aceros al carbono: AWS-E-6020. Características específicas. Estos electrodos contienen una adecuada proporción de productos desoxidantes en forma de ferroaleaciones, FesI, FeMn. Sin embargo, el contenido de Si en el cordón se mantiene bajo por lo que el metal aportado contiene siempre una cierta cantidad de oxígeno y, en consecuencia, la resiliencia de la unión es solamente mediana. Escorias. Pertenecen al sistema FeO-SiO2-MnO y contienen una gran proporción de silicatos de Fe (fayalita) y de Mn (rodonita), así como óxidos libres FeO y MnO. La reacción es ácida, o sea, disuelve los óxidos básicos, tales como el MnO. En consecuencia, gran parte del Mn se desplaza a la escoria. Este enriquecimiento en Mn disminuye la viscosidad, proporcionando un cordón de aspecto liso y facilitando el soldeo. La escoria de los electrodos típicamente ácidos es abundante, de color negro y adquiere al solidificar una estructura esponjosa que tiende a hacerse más compacta y vítrea a medida que disminuye la acidez. Se separa con bastante facilidad. Por su abundante escoria se requiere soldar con mayor intensidad e inclinación adecuada del electrodo, para evitar que la escoria se anticipe al metal fundido. Metal depositado. Estos electrodos confieren al metal depositado un contenido de H2 e impurezas relativamente alto. A menudo, el cordón contiene escorias. La soldabilidad del metal base debe ser buena, pues en caso contrario pueden producirse grietas en caliente. Esta susceptibilidad es función de la acidez de la escoria y disminuye a medida que tiende a la neutralidad. Parámetros de uso Tensión de cebado: entre los 30 y 40 V. Tensión de funcionamiento: aproximadamente 25 V. Arco. Son electrodos de fusión rápida, facilitada en parte por el calor que produce la oxidación del Mn. Pueden emplearse con intensidades de corriente elevadas. Se usan normalmente sólo en corriente continua y electrodo unido al polo negativo.
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Rendimiento gravimétrico. El rendimiento gravimétrico estándar es del 95%. 16.-Qué efecto tendría mover el electrodo?
Finalmente las líneas de fuerzas y las superficies equipotenciales forman una red de líneas y superficies perpendiculares entre si. En general las líneas de fuerzas de un campo son curvas y las equipotenciales son superficies curvas. Podemos afirmar asimismo, que todas las cargas que están en reposo e un conductor, entonces la superficie del conductor siempre será una superficie equipotencial. En el dibujo, como se puede apreciar, las líneas de fuerza, las de color azul son perpendiculares a las curvas equipotenciales denotadas de color verde, en este caso generadas por una carga positiva.
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