ACTIVIDAD EXPERIMENTAL 3. LÍNEAS EQUIPOTENCIALES

Toda carga crea en el espacio que lo rodea tanto un campo eléctrico vectorial E como un  campo de potencial eléctrico escalar V, cuyas expresiones están en función de la distancia r  de un punto dado en consideración y de la magnitud de la carga.

En general, la dependencia espacial explícita de esos campos E y V depende de la forma  como especialmente estén distribuidas las cargas. En el caso de cargas puntuales se  presenta una simetría esférica, de modo que los campos E y V presentan una disminución  radial en sus valores y tienden a cero a medida que nos alejamos de las cargas que producen los campos.Matemáticamente hablando, expresamos esas variaciones como:

donde Q es la magnitud de la carga que genera el campo eléctrico E con su respectivo signo y     es el vector unitario dirigido desde la carga hasta el punto donde se calcula el campo eléctrico E. En el caso de dos placas conductoras paralelas el campo E presenta un valor constante en la región comprendida entre las placas; pero el potencial eléctrico V es  directamente proporcional a la distancia PERPENDICULAR  medida en referencia a uno de los electrodos, que desde el punto de vista experimental generalmente es tomada en un circuito desde el punto de potencial cero o tierra. Notamos entonces dos cosas importantes: la diferencia en el  valor que toman el campo eléctrico E y el potencial eléctrico V, y adicionalmente el hecho de que solo  para distancias perpendiculares la variación de V es proporcional con la distancia.


Un aspecto importante de los campos electrostáticos es que en la región entre los electrodos  tendremos conjuntos de puntos geométricos que presentan el mismo valor del potencial. A esas superficies que cumplen ese requerimiento se les llama superficies equipotenciales, y la perpendicular a esa superficie mostrará la dirección del campo eléctrico, de acuerdo con los argumentos mencionados anteriormente. La superficie de un material conductor es siempre una superficie equipotencial.  Una lámina conductora puede ser cargada negativa o positivamente según la conectemos al borne positivo o negativo de una fuente de poder, y así el conductor se convierte en un electrodo y en nuestro objeto cargado que genera un campo eléctrico alrededor de él.

Finalmente, es interesante notar que el movimiento de una partícula cargada en presencia de un campo eléctrico generado por otras cargas (en este caso los electrodos) depende de la dirección del campo eléctrico en un punto dado donde ella s3e encuentre y del signo de esa carga. Así, una carga negativa sentirá una fuerza eléctrica que la obligará a moverse en la dirección contraria al campo, pero si la carga es de signo positivo el efecto es contrario y tenderá a moverse en la misma dirección del campo. En todo caso, habrá trabajo realizado en el sistema carga-campo en cualquiera de las dos circunstancias y la única forma de no realizar trabajo al mover la carga es que ella se  desplace “obligadamente”  en una superficie equipotencial, de acuerdo con la expresión para el  trabajo eléctrico.

Para la configuración de placas planas paralelas realice un análisis cuantitativo de la distancia con el voltaje. Tome por ejemplo datos de voltaje y distancia  con respecto al electrodo negativo de  referencia, para al menos tres trayectorias de líneas rectas no perpendiculares entre  sí, y realice tres gráficas en cada caso que muestren el comportamiento del voltaje en función de la distancia al electrodo negativo. Considere en ese análisis, que una  de las posibles trayectorias es la correspondiente a la trayectoria mínima posible  entre los electrodos, y muestre porqué es precisamente esa trayectoria la más  adecuada para describir el campo eléctrico.



MATERIALES Y EQUIPO
Fuente de voltaje DC.    
 Voltímetro
Cubeta plástica rectangular
Electrodos rectangulares
Agua
Cables de conexión
Cable de conexión en que termina en punta.
Regla de plástico

                                    Esta imagen ilustra cuando el sistema fue armado y utilizado

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CUESTIONARIO

Analice y discuta si en vez de usar agua entre los electrodos se considerara una  región con aire o en espacio vacío.¿Es necesario un medio conductor en su modelo?  ¿Qué otros materiales se podrían emplear? ¿Por qué es posible realizar este experimento con agua, si en principio es un medio no-conductor?