Guas de laboratorio Fsica II - Escuela de Fsica Uptc

Guas de laboratorio Fsica II - Escuela de Fsica Uptc2010

PRCTICA No. ____SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES

1. OBJETIVO Construir superficies equipotenciales, con diferentes configuraciones de campo.

2. MARCO TEORICOUn cuerpo cargado produce a su alrededor un campo elctrico E. Este campo al igual que cualquier campo vectorial, se describe por medio de lneas de campo. El campo es tangente a las lneas de campo en cualquier punto. Algunas configuraciones de campo se ilustran en las figuras siguientes:Figura 1. Configuraciones de campo elctrico

a. E: campo elctrico producido por una carga puntual (+).b. E: campo elctrico producido por una carga puntual (-)c. E: campo elctrico resultante de una interaccin de dos cargas iguales y positivas.d. E: resultante de la interaccin entre una carga (+) y una (-), dipolo elctrico.e. E: campo elctrico uniforme producido por un alambre de longitud infinita.f. E: campo elctrico producido por dos placas paralelas (modelo de un condensador de placas paralelas).g. E: campo elctrico producido por dos cilindros concntricos uno con carga positiva y otro con carga negativa. (Modelo de un condensador cilndrico)

En las figuras (a), (b) y (g), el E tiene simetra radial, definiendo campos no uniformes. Se calcula como:

E = (kQ/r2) ur (1)

Q = carga que produce el campor = distancia de la carga al punto donde se va a calcular el campo.k = 9x109 (N-m2/C2) o se puede expresar como: k = 1/ 4o, o = 8.85x10-12 C2 /N-m2 (Constante de permitividad elctrica en el vaco)ur = vector unitario en direccin del campo

En la figuras (c) y (d) el campo cualquier punto P, es el resultado de la contribucin de los campos de las cargas puntuales (+) y (-), solo positivas.

E = Ei = (kQ1/r12) ur1 + (kQ2/r22) ur2 (2)

En la figura (1f) se tiene un E uniforme, que se construye conectando las placas conductoras a los bornes de una batera de corriente continua. En trminos del potencial entre las placas el campo elctrico se calcula como:E = V/d V = E d (3)

V = potencial entre las placasE = campo elctricod = distancia entre placas.3. MATERIAL A UTILIZARCubeta de ondas, con agua hasta la mitad, un multmetro, una fuente 0-20 VDC, un par de electrodos planos, un par en forma de crculos concntricos, un par uno puntual y el otro plano. Figura 2. Simulacin de un condensador cilndrico

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Realizar los montajes dados en las figuras 2 y 3. Trazando un sistema coordenado cartesiano en el centro de una hoja de papel milimetrado, colocarla por debajo de la cubeta, tal que el origen del sistema coincida con los ejes de simetra del montaje experimental. Con el punto flotante conectado al multmetro y rastreando sobre puntos simtricos al sistema de coordenadas dibujar, en una hoja semejante milimetrada, los puntos de igual potencial; los electrodos estn sumergidos en agua. Repetir para otras configuraciones y consulte con su profesor. Repetir el experimento con otra sustancia lquida transparente y conductora (con agua y sal, luego con agua y limn). El voltaje aplicado a los electrodos debe estar entre 0 y 10 voltios (opcional). Con los electrodos paralelos de la figura 3, hacer un muestreo V vs d y determinar si los resultados experimentales cumplen con la ecuacin (3). Manteniendo un electrodo fijo y desplazando el electrodo de izquierda a derecha dentro del campo. Figura 3. Simulacin de un condensador de placas paralelas

5. CLCULOS Y ANLISIS DE DATOS Con las diferentes configuraciones de electrodos, dibuje las curvas equipotenciales. Qu ocurre si se cambia la sustancia conductora? Justifique. Demuestre que los montajes 2 y 3 corresponden a modelos de condensadores: cilndrico y de placas paralelas, respectivamente.

6. BIBLIOGRAFA RECOMENDADAALONSO. M, FINN.J.E. Fsica, Editorial Fondo educativo interamericano. Bogot. 1970. Capitulo 14. Interaccin elctricaHALLIDAY, RESNICK y KRANE. Fsica. Volumen 2. Cuarta Edicin .Versin ampliada. Editorial CECSA. Mxico. 1994. Captulo 28. SEARS.F.W, SEMANSKY. M.W. Fsica. Editorial Aguilar. Madrid. Espaa.1966. Captulo 25.SERWAY, Raymond. Fsica. Tomo II. Editorial Mc Graw Hill. 1997. Capitulo 25 TIPLER. Paul. Fsica. Volumen 2. Editorial Revert. Espaa.1994. Cap.20.