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ESCUELA DE INGENIERIA AERONAUTICA Y DEL ESPACIO
Laboratorio de Física II
Guión de prácticas
LINEAS EQUIPOTENCIALES
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Finalidad del experimento.
Estudiar un campo eléctrico estacionario mediante el estudio de
sus líneas equipotenciales. Representar su distribución y el campo
eléctrico entre (a) dos placas metálicas paralelas y (b) entre un
punto cargado y un plano.
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Material.
Cubeta electrolítica, dos placas y una barra metálicas, fuente de
alimentación. Potenciómetro, voltímetro y amperímetro.
1.- Introducción.
Los líquidos con sales disueltas o en suspensión son un medio conductor de la
electricidad. En el montaje de la Fig. 1a, sumergimos en una capa de agua de menos de 1 cm de
profundidad la parte inferior de dos placas metálicas. Dichas placas se encuentran conectadas a
una fuente de alimentación que establece entre ellas una diferencia de potencial
Δ V =V B −V A =30 voltios. El medio líquido transportará una corriente eléctrica y se comportará
de un modo análogo a un medio material isótropo en el que existe un campo eléctrico
estacionario. En el experimento de la práctica mediremos primero la intensidad del campo
eléctrico que existe entre dos placas paralelas y luego estudiaremos la forma que toman la líneas
equipotenciales entre dos placas planas y entre un punto y un plano.
En la práctica emplearemos el material de la Fig. 1a. La cubeta tiene el fondo transparente
de modo que pueda verse la hoja de papel milimetrado que tiene debajo adherida con cinta
adhesiva, cuyo propósito es tener una referencia para medir las posiciones ( x , y) con respecto
a una de las placas. El montaje de la práctica responde al esquema eléctrico de la Fig. 1b cuyos
elementos se muestran en la fotografía de la Fig. 1a. La fuente de alimentación establece una
diferencia de potencial V o=Δ V constante de 30 voltios entre las dos placas planas E 1 y
E 2 entre las que circula a través del líquido una pequeña corriente eléctrica. El punto S se
encuentra al mismo potencial eléctrico que la sonda P cuyo extremo se introduce en el líquido en
el punto ( x 1 , y 1) del líquido. El voltímetro del esquema mide la diferencia de potencial eléctrico
V entre la placa E 1 y el punto S que se establece entre 0 y 30 voltios por medio de la
resistencia variable R. Circulará una corriente eléctrica (positiva o negativa) por el amperímetro A
cuando el potencial V del punto S sea diferente del potencial del punto ( x 1 , y 1) donde se
encuentra sumergida la sonda P.
2.- Realización.
Con el montaje de la Fig. 1b podemos hacer dos cosas.
A) Mantenemos la sonda P en una posición fija y variamos la resistencia R hasta que no
circule corriente por el amperímetro A. El potencial del punto ( x 1 , y 1) donde se encuentra
la sonda es el voltaje V 1 que marca el voltímetro V del esquema.
B) Fijamos un potencial V 1 entre 0 y 30 voltios mediante el reostato R y luego buscamos los
puntos ( x i , y i ) de la cubeta en donde no circula corriente por el amperímetro A. De este
modo encontraremos la línea equipotencial en el plano de la cubeta, que se define como el
conjunto de puntos que se encuentran al mismo potencial eléctrico.
Para medir el campo eléctrico emplearemos el procedimiento (A) y para determinar la forma de las
líneas equipotenciales es más fácil emplear el procedimiento (B).
Fig. 1a : La práctica de líneas equipotenciales.
Fig. 1b : Esquema del circuito de medida con la cubeta,
las dos placas paralelas E1 y E2 y la punta P que se
introduce en la capa de agua.
En primer lugar hemos de asegurarnos que la cubeta contenga aproximadamente algo más de
medio centímetro de profundidad de agua de modo que la parte inferior de los electrodos
metálicos queden completamente sumergidos. Comenzaremos con las dos placas paralelas y
para comprobar que todo está correctamente conectado, encendemos la fuente de alimentación y
fijamos con el potenciómetro R un voltaje V 1 de 15 voltios. Si introducimos la sonda en el líquido
cerca de la placa E 1 la corriente en el amperímetro A circulará en un sentido y cerca de E 2 en
el sentido opuesto. Busque el cambio de signo de la corriente que se encontrará
aproximadamente en el centro de la cubeta.
El campo eléctrico entre dos placas paralelas.
1. Medir el potencial eléctrico entre las dos placas en 10 puntos a lo largo de una línea
perpendicular a las mismas siguiendo el procedimiento (A) antes descrito. El primer y
último puntos de la serie han de encontrarse al menos a 1 cm de la superficie de las
placas.
2. Represente el valor del potencial eléctrico en función de la distancia del punto a la placa
de partida. Los valores del potencial han de disponerse aproximadamente a lo largo de
una recta.
3. Calcule la pendiente por el método de mínimos cuadrados y explique su significado
físico.
Líneas equipotenciales entre dos placas paralelas.
1. Tome una hoja de papel milimetrado y tomando como referencia la posición de una de
las placas dibuje un sistema de ejes coordenados ( x , y) tal como se indica en la Fig.
1b.
2. Mediante la resistencia variable R fije uno de los valores del potencial obtenido en el
apartado anterior y busque con la sonda un punto de modo que no circule corriente por
el amperímetro A.
3. Anote las coordenadas del punto y marque su posición en la hoja de papel milimetrado.
Manteniendo fijo el potencial, busque otro puntos y represente la línea equipotencial
uniéndolos por rectas. Repita el proceso para los 10 puntos del apartado anterior.
4. Cambie la placa por la barrita metálica, análoga a una carga puntual y repita el proceso
para 6 valores del potencial anterior.
3.- Resultados y gráficos.
Como resultado de las medidas obtendremos tres gráficos y el valor del campo eléctrico.
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Representar V ( x) en función de la distancia x a la placa de menor potencial y a partir
de la pendiente determinar el campo eléctrico entre las dos placas paralelas.
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Representar gráficamente las líneas equipotenciales para (a) dos placas paralelas y (b) entre
una carga puntual (la barra) y una placa.