L305-Proy2_Cargas

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ESTUDIO DE SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES Y SU RELACIÓN CON EL CAMPO ELÉCTRICO
Jeison Duván Cely Blanco, Química, celyjeison@gmail.com, 33%
Juan David Corredor García, Ingeniería eléctrica, juandacorredor10@gmail.com , 33%
Mailyn Yulissa Acevedo Sarmiento, Química, mailyn0530as@gmail.com, 33%
Equipo L305
RESUMEN
Los datos aquí recopilados, en conjunto con su análisis, retroalimentación y descripción es la conclusión lógica a la práctica de laboratorio enfocada a la distribución de cargas continuar a partir de cargas puntuales. Durante dicha práctica, se logró representar físicamente con la ayuda de simuladores el comportamiento descrito por las superficies y líneas equipotenciales bajo condiciones previamente propuestas evaluando el problema para diferentes geometrías de electrodos. La utilización de instrumentos de medición en conjunto con la teoría de cargas puntuales permitió calcular el valor del campo y potencial eléctrico y relacionarlo con sus características.
INTRODUCCION 
El presente informe tiene por objetivo recopilar, organizar y evidenciar la información obtenida tras ser llevada a cabo la práctica de laboratorio con énfasis en distribuciones de carga continua a partir de cargas puntuales mediante el uso de simuladores. Sirviendo, del mismo modo, como un posible punto de partida para una práctica con objetivos similares. En el ámbito de las ciencias aplicadas a problemas del mundo real, el estudio de la interacción entre cargas puntuales adquiere una serie de interpretaciones diversas dada la complejidad que puede significar las variables que interfieren en el comportamiento de un campo eléctrico. Se concibe, entonces, modelos que representan una variación en el campo eléctrico dada la posición, organización y geometría.
Se entiende por superficie equipotencial aquella donde se cumpla la característica de presentar igual magnitud de potencial eléctrico para cada punto de la misma. Análogamente, si cada punto de dicho campo eléctrico posee el mismo potencial eléctrico serán por definición puntos equipotenciales. De esta premisa, la posición y la organización de los puntos en el espacio permite diferenciar distribuciones continuas de cargas con características diferentes.
La carga eléctrica distribuida uniformemente sobre una línea o curva garantizando su equipotencialidad se denomina línea equipotencial. Su densidad de carga adquiere la siguiente expresión.
La carga eléctrica distribuida uniformemente sobre una superficie garantizando su equipotencialidad se denomina plano equipotencial. Su densidad de carga adquiere la siguiente expresión.
La carga eléctrica distribuida uniformemente sobre un espacio tridimensional garantizando su equipotencialidad se denomina volumen equipotencial. Su densidad de carga adquiere la siguiente expresión.
Una región unidimensional donde el potencial eléctrico generado por las cargas adyacentes es constante se denomina línea equipotencial. Para cualquier punto se cumple que no es necesario realizar un trabajo para desplazar una carga presente sobre la línea. Una carga puntual es un modelo ideal de partícula de tamaño cero que posee una carga eléctrica determinada. La magnitud de la fuerza entre dos cargas puntuales sigue los principios de la ley de Coulomb. Así mismo, el potencial eléctrico para una carga puntual aislada está definido por la ecuación que relaciona potencial, carga y distancia radial.
De la fórmula se concluye que el potencial eléctrico de una carga puntual es directamente proporcional a su carga e inversamente proporcional a la distancia radial. La distribución continua para una carga puntual adquiere la forma de círculos o líneas equipotenciales con su carga ubicada en el centro. Comúnmente se encuentran distribuciones de campos eléctricos generados por la acción de placas conductoras de signos opuestos. Se dice que se encuentran en equilibrio estático porque la suma de fuerzas y momentos sobre cada partícula del sistema es cero. Bajo estas circunstancias se espera que las líneas equipotenciales se asemejan lo más posible a una recta.
Figura 1 Campo generado por placas paralelas
Fuente: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electric/equipot.htm 
Del mismo modo, para la realización del laboratorio, es imprescindible conocer el concepto de cargas múltiples. Durante la práctica se espera experimentar la superposición de campos eléctricos. Cuando cargas discretas y múltiples interactúan entre sí la superposición de campos llevan a las líneas equipotenciales a desviarse tal que las cargas experimenten los efectos del campo generado.
Figura 2 Campo eléctrico generado por dos cargas
Fuente: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electric/equipot.html 
METODOLOGÍA
Este proyecto de investigación se llevará a cabo en tres fases metodológicas:
Primero, se determinará el campo eléctrico en electrodos planos paralelos, circulares y combinación de los anteriores como se muestra en grupo imágenes (ver grupo 1); segundo, se determinará experimentalmente la dependencia entre geometría de las líneas de campo eléctrico, las superficies equipotenciales y los electrodos modelados por cargas puntuales en un laboratorio virtual; tercero, se presentará un informe con los resultados de la investigación.
grupo 1. Montajes experimental en simulador Phet para la determinación de un campo eléctrico.
Fase 1. para determinar experimentalmente el campo eléctrico y las líneas equipotenciales de dos electrodos planos paralelos, se realizará un montaje como el grupo 1 de figuras, para ello se deberá seguir los siguientes pasos: primero, en un explorador	de	internet	ingrese	a https://phet.colorado.edu/es/simulation/charges-and-fields.Luego, arrastre cargas al
tablero hasta formar la configuración de cargas positivas y negativas como en el grupo 1 de figuras, active las opciones de voltajes, valores y grilla.
Desplace el medidor de voltaje y con la opción dibuje las superficies equipotenciales. También deberá arrastrar la cinta métrica para medir las coordenadas (x, y) en [cm] en el espacio entre los electrodos(trate de ubicar los electrodos de la manera más simétrica posible para facilitar las mediciones de las coordenadas). Repita el mismo proceso para todas las configuraciones de electrodos (Paralelo-Paralelo, Circular-Circular y Paralelo-Circular).
Registre los voltajes de las equipotenciales y las coordenadas (x, y) en[cm] en la tabla 1 de la hoja de trabajo como se muestra en la siguiente imagen poniendo los voltajes que medimos anteriormente con el medidor de voltaje y las coordenadas medidas con la cinta métrica teniendo en cuenta un punto fijo en el plano.
TRATAMIENTO DE DATOS
CONCLUSIONES
Por parte de la gráfica “electrodos paralelo – paralelo”, el campo eléctrico al estar cerca de los electrodos, se asemeja a la figura del electrodo y va perdiendo forma a medida que se aleja de este. Además, las líneas de campo, son simétricas y presentan cierta curvatura
Por parte de la gráfica “electrodos circular – circular”, el campo eléctrico al estar cerca de los electrodos, se presenta en forma de arco, pareciéndose a los electrodos, estos arcos aumentan su radio de curvatura a medida que se aleja de los electrodos. Por otro lado, las líneas de campo, son simétricas sin embargo, no presentan una curvatura igual de notable como en los demás casos.
Al observar la gráfica “electrodos circulares simples”, cada electrodo presenta un campo eléctrico con circunferencias concéntricas que empieza a asemejarse a una recta cuando se acerca al punto donde V=0. En perspectiva a las líneas de campo, presentan simetría, además el punto de Voltaje igual cero, se halla equidistante a
los electrodos. Incluido esto, la curvatura es más marcada que en los casos anteriores.
Por último, la gráfica “electrodos paralelo - circular simple”, en este caso, el campo eléctrico mantiene la forma del electrodo paralelo, pero se distorsiona debido al otro electrodo que intenta formar sus circunferencias concéntricas. También,todos los voltajes presentes en la gráfica son negativos, a causa de la magnitud del electrodo paralelo. Observando las líneas de campo, se muestra una figura irregular, una parte con curvatura marcada(derecha) y otra menor curvatura (izquierda).
REFERENCIAS
[1]Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2009). Resistencia. En R. A. Serway, & J. W. Jewett, Física para ciencias e ingeniería con física moderna. Vol 2. (pág. 757). México, D.F: Cengage Learning.
[2] GOC, ROMAN. (2005). FORCE IN PHYSICS. Recuperado a partir de https://web.archive.org/web/20100222050455/http://www.staff.amu.edu.pl/~romangoc/M3-1- force-physics.html 
[3] R. A. Serway. (2000 ). FÍSICA, (5 ed., Vols. II, 5a.). Edición.McGraw Hill. Sears, F. e. (2004). Física Universitaria (1 ed., Vol. vol I). Texas: Pearson education
ANEXOS
· https://drive.google.com/file/d/1v7c3jfWgpAoft9yjNYrVr5KPvx02ot68/view?us p=sharing