Estudio Experimental de Líneas Equipotenciales y Campo Eléctrico en Medios Líquidos

Descripción del Montaje Experimental

Para realizar esta experiencia, utilizamos una cuba que poseía dos electrodos (dos cuerpos de aluminio de forma determinada) colocados en esquinas opuestas. A su vez, esta se llenó con agua hasta una altura de 3 o 4 mm como máximo (de forma tal que no sobrepasara a los electrodos) y, debajo de ella, colocamos una hoja graduada como la que se encuentra adjunta al final del informe.

A esta cuba le incorporamos un circuito con el fin de generar una diferencia de potencial en su interior. Para esto, conectamos un cable a cada electrodo, los cuales provenían de una fuente de corriente continua que sostendrá la diferencia de potencial (ver Fig. 1).

Metodología de Medición del Potencial

Para la medición del potencial eléctrico en los distintos puntos de la cuba, introdujimos un multímetro en este circuito, el cual puede determinar el voltaje en los distintos puntos cuando se encuentra en modo voltímetro. Uno de los bornes de este se encontró conectado a uno de los electrodos y el otro permaneció libre con el fin de poder moverlo por los distintos puntos de la cuba.

Establecimos una diferencia de potencial entre los electrodos de 12V, en la cual un electrodo poseía un voltaje de 12V y el otro de 0V. Considerando que las líneas equipotenciales correspondientes a estos voltajes se encuentran en el entorno de los electrodos, en esta experiencia determinaremos la posición de las líneas equipotenciales correspondientes a 2, 4, 6, 8 y 10V.

Como se mencionó anteriormente, debajo de la cuba colocamos una hoja graduada que nos permitirá determinar las coordenadas de cada voltaje; estas coordenadas serán reproducidas en una hoja graduada independiente que poseíamos aparte.

Procedimiento de Toma de Datos

La medición fue realizada de la siguiente forma: con el borne móvil del voltímetro recorrimos los distintos puntos de la cuba utilizando como referencia de desplazamiento las líneas horizontales (letras) y las verticales (números) de la hoja graduada. Recorriendo la cuba de izquierda a derecha, comenzando por la parte superior, fuimos parando en los puntos para los cuales el multímetro marcaba los voltajes mencionados previamente para anotar sus coordenadas y, de esta forma, recrear ese punto en nuestra hoja graduada externa.

Una precaución que tuvimos que tener en cuenta fue la forma en la que colocábamos el borne móvil, ya que este debía estar lo más perpendicularmente posible a la hoja para una mayor precisión en la medición.

Cálculo del Campo Eléctrico

En uno de los puntos en el centro de la cuba, tomamos un punto de una de las líneas equipotenciales (en este caso fue sobre la línea de 6V) y determinamos el voltaje para los puntos a 5 “cuadraditos” en los sentidos en los cuales realizamos las mediciones, con el fin de calcular el valor del campo eléctrico (ver resultados y análisis).

Luego de recorrer toda la hoja de esta forma y habiendo determinado todos los puntos necesarios, colocamos el borne en los bordes de la cuba para encontrar los puntos iniciales y finales de las líneas equipotenciales. Una vez realizado todo esto, trazamos las líneas equipotenciales correspondientes en nuestra hoja graduada (ver hoja adjunta al final del informe).

Tratamiento de Incertidumbres

En cuanto a las incertidumbres de las mediciones, consideramos las siguientes:

• Medición del voltaje: Consideramos la mínima unidad instrumental del multímetro en modo voltímetro (0,01V) y a esto le agregamos también su correspondiente oscilación, por lo que determinamos la incertidumbre total del voltaje como 0,05V.
• Medición de distancias (dx y dy): Para la determinación del vector campo eléctrico, utilizamos la mínima división de la hoja graduada (0,11 cm) y el error humano, por lo que consideramos la incertidumbre total de esta medición como 0,15 cm.

Simulación Computacional

Luego de realizar todas estas mediciones, utilizamos el software Electric Field para realizar una simulación de lo actuado. Colocamos cargas opuestas en las esquinas con el fin de observar cualitativamente las líneas equipotenciales y, a su vez, las líneas de campo del campo eléctrico generado (ampliado en el apartado siguiente).