PRACTICA 3. Trazado de líneas equipotenciales

I. Objetivos

En este experimento representaremos líneas equipotenciales y de fuerza para arreglos bipolares de cargas. Se encontrarán líneas equipotenciales puesto que el procedimiento a seguir proporciona puntos equipotenciales, los cuales están ubicados en un plano, que será una hoja de papel conductor, y cuando los unamos tendremos como resultado una línea equipotencial.

• Dibujar las líneas equipotenciales.
• Dibujar las líneas de fuerza de sistemas bipolares.
• Visualizar y describir los conceptos de: campo eléctrico, líneas de fuerza y líneas equipotenciales.

 II. Fundamentación Teórica

Campo eléctrico de un sistema de dos cargas

El dipolo eléctrico

El condensador plano-paralelo

Potencial eléctrico

La jaula de Faraday

III. Materiales y Montaje Experimental

· 1 Mesa para mapeo de superficies equipotenciales
· 2 Hoja de papel conductor tamaño carta

· 1 Cinta adhesiva* (para pegar el papel a la mesa)
· 1 Pluma con pintura de plata
· 1 Fuente de voltaje directo de 0 – 10 Volt
· 1 Plantilla
· 2 Tachuelas conductoras
· 2 Conectores banana-caimán
· 1 Multímetro (con cables de medición)
· 1 Bicolor*
        * el alumno lo trae.
                 Figura 1. “Buscando puntos equipotenciales en la hoja conductora con ayuda de las terminales del multímetro (una libre y otra inmóvil en contacto con el electrodo con carga negativa).a) Hoja conductora. b) Cables. c) Fuente. d) Multímetro e) Puntas de prueba.

IV. Reglas de Seguridad

· Utilizar adecuadamente los instrumentos para no dañarlos.

· Trazar líneas finas y puntos pequeños, la plata es cara

¡Cuida las conexiones para no quemar los fusibles del multímetro!


V. Procedimiento Experimental

Empleando la mitad de la hoja, trazamos con mucha simetría la primera configuración (Figura 2a) sobre la cual trabajaremos, usando la plantilla para los trazos (si así se nos facilita) y el marcador con pintura de plata, que antes de usarlo se debe agitar bien. Ya dibujada una configuración, se sujeta inmediatamente la hoja en la mesa de mapeo con cinta adhesiva.

Se toma en cuenta que la configuración que se dibuje con pintura de plata sea completa o continua, sin cortes o partes demasiado angostas, antes de que se seque deberás insertar una tachuela en el centro de cada polo de tu configuración (para que la pintura de plata al secar no pierda el contacto con la tachuela). Luego se deja secar por un minuto aproximadamente. Las tachuelas actuarán como electrodos, es decir, establecerán contacto eléctrico con las figuras, uno será la entrada de carga negativa y el otro de carga positiva Recomendación: no se debe tocar la figura evitando que la tinta se escurra por debajo de la plantilla, ni tampoco por encima.

Las configuraciones deben ser dibujadas con extremo cuidado y mucha simetría (Figura 2), para el caso de las configuraciones (a), (c), (d) deben separarse 4 cm aproximadamente un polo del otro (recordando que en una hoja entrarán 2 configuraciones nada más), mientras que la segunda configuración deberá tener la separación y un largo de las barras que corresponda a un capacitor plano.

Ya dibujadas en el papel conductor las dos primeras configuraciones:

Comprobar con el multímetro que las líneas trazadas sean eléctricamente continuas (cortos circuitos).

Comprobar con el multímetro que las líneas y puntos estén eléctricamente conectadas a las tachuelas (cortos circuitos).

Conectar la fuente de voltaje (apagada) a las tachuelas clavadas en las figuras de la configuración mediante los conectores banana-caimán. Marcamos con signo (+) la figura que fue conectada al polo positivo de la fuente y la otra figura con el signo (-) y se establece una voltaje de 4 V ó de 8 V.

Conectar el multímetro en el modo de medidor de voltaje de Corriente Directa (CD) y coloca la terminal negativa del multímetro en la tachuela a la cual se le había asignado la carga negativa por medio de la fuente de voltaje, y la terminal positiva se deja libre.

Con la punta libre del medidor, se toca en la hoja semiconductora (con cuidado para no romperla) y se busca el primer punto que se encuentre al potencial de 1 V, observamos el valor del voltaje en cada punto por donde pasaba el detector con ayuda de la carátula del medidor. Ya con este punto, buscamos en la hoja semiconductora otros que se encuentren al mismo potencial (1 V). Estos al ser unidos con por una línea, y determinarás de esta forma una equipotencial.

Se repite el paso anterior para hallar las líneas equipotenciales de 2 V, 3 V, etc... “Buscando puntos equipotenciales en la hoja conductora con ayuda de las terminales del multímetro una libre y otra inmóvil en contacto con el electrodo con carga positiva”, ver Figura 1.


VI. Análisis y Presentación de Resultados

Con los puntos equipotenciales obtenidos para cada figura, se trazan las líneas equipotenciales uniendo los puntos que se encuentran al mismo potencial.

Se trazan las líneas de fuerza de la siguiente manera: para cada línea de diferente potencial de cada configuración, iniciando el trabajo en la figura marcada como positiva. Con un color distinto se trazan las líneas de campo eléctrico de manera que sean perpendiculares a cada una de las líneas equipotenciales de cada configuración. Se irá de la figura marcada con signo positivo a la marcada con signo negativo. Las Líneas Equipotenciales y las del Campo Eléctrico deben ser perpendiculares entre sí en todo punto. De esta manera se trazarán todas las líneas de campo eléctrico posibles. Esto se realiza para cada configuración.

CONFIGURACIONES DE TRABAJO
Atención: Las líneas deben ser finas, y los puntos pequeños

(a) Dipolo.

b) Condensador plano.

c) Carga puntual-plano.

d) Jaula de Faraday.

e) Conecta solo una punta de la fuente a la hoja, por medio de una tachuela como se ha hecho anteriormente. Realiza las mediciones para encontrar las líneas equipotenciales. ¿Qué pasa?
¿Como explicas los resultados?


VII. Preguntas

· Para cada configuración que realizaste indica cuáles son las principales características de las líneas equipotenciales y las líneas de campo eléctrico.

· ¿Cómo es el potencial en el interior y en la superficie de un conductor cargado y aislado en condiciones electrostáticas?

· ¿Cómo es el campo eléctrico en el interior y en la superficie de un conductor cargado y aislado? Dibuja las líneas de campo eléctrico para el conductor, tanto en su interior como en su superficie.

· ¿Cómo se comportarían las líneas de campo eléctrico y las equipotenciales si se trabajara con un par de cargas del mismo signo? Dibuja un ejemplo.