FACULTAD
:
Ingeniería Mecatrónica
CURSO
:
Laboratorio de Física III
TEMA
:
Campo Eléctrico y SE
PROFESOR
:
Tirado Mendoza, Gabriel
CICLO
:
IV
SECCIÓN
:
10402
2014
INTRODUCCION En este laboratorio se intentó saber cómo son las líneas equipotenciales y por consiguiente las líneas de campo para ello usamos dos electrodos de diferentes formas agua destilada cloruro de sodio y una fuente de alimentación con el cual armamos un circuito parecido con los que obtuvimos líneas equipotenciales graficadas en papel milimetrado.
OBJETIVOS Identificar, representar gráficamente e interpretar las regiones equipotenciales y líneas de fuerza del campo eléctrico. Determinar la intensidad del campo eléctrico y la diferencia de potencial entre distintos puntos no equipotenciales.
EQUIPOS Y MATERIALES Una fuente de poder regulable de 0 a 12 V
Un multimetro digital
Agua destilada
Una cubeta de vidrio
Una punta de prueba
Dos conductores rojos 25 cm
Embudo
Hojas milimetradas
FUNDAMENTO TEÓRICO Un cuerpo cargado eléctricamente de carga Q, genera en el espacio un campo eléctrico E, si una carga eléctrica q de prueba está dentro de la región donde existe campo eléctrico entonces sobre ella actuara una fuerza F que esta dad por : E= F/q En un punto (x, y, z) la intensidad de campo eléctrico se define como la fuerza por unidad de carga de experimenta dicho punto. La fuerza es una cantidad vectorial. Entonces la dirección del campo en el punto P(x, y, z) es la dirección de la fuerza sobre una carga positiva de prueba ubicada en dicho punto “q” Para visualizar a un campo eléctrico se ha introducido el concepto de líneas de fuerza. Las líneas de fuerza son imaginarias, cuya dirección señalan la dirección del campo eléctrico y la densidad de líneas en una región está dada para determinar la intensidad del campo en dicho región La diferencia potencial entre dos puntos en una región de campo eléctrico, se define como el trabajo necesario para mover una carga unidad de un punto a otro. Este trabajo es independiente del recorrido de los dos puntos. Consideremos un campo eléctrico producido por una carga +Q donde la carga de prueba es –q en cualquier punto del campo soporta una fuerza por tal razón sería necesario realizar un trabajo para mover la carga entro los puntos B y C a diferentes distancias de la carga +Q La diferencia potencial entre dos puntos de un campo eléctrico es definido como la razón del trabajo realizado sobre una carga moviéndose entro los puntos considerados entre la carga q V= Vb-Vc=W/q
Donde V es la diferencia potencial, W es el trabajo y q es la carga y como el trabajo es medido en joule y la carga en coulomb entonces la diferencia potencial será medida en voltios Ahora si en punto B es tomado muy lejos de A que es la posición de la carga +Q la fuerza sobre este será prácticamente cero. Entonces la diferencia potencial entre C y un punto a una distancia infinitamente grande es conocida como el potencial absoluto de C es cual se define como el trabajo por unidad de carga que se requiere para traer una carga desde el infinito a un punto considerado Las superficies equipotenciales son aquellos puntos del campo eléctrico que tiene el mismo potencial eléctrico, formando un lugar geométrico en la región del campo eléctrico Ahora si combinamos ambas ecuaciones obtenemos E=V/d=Vb-Vc/d Donde d es la distancia entre los puntos cuya diferencia potencial es definida Una manera de representar el campo eléctrico es mediante las líneas de campo estas son en este punto. Tales líneas serán curvas continuas excepto en la singularidades donde el campo es nulo.
PROCEDIMIENTO -
Armamos el circuito mostrado con el multitester obtendremos la diferencia potencial entre un punto del electrodito y un punto al cual está conectado el otro terminal de la misma. Circuito: la única diferencia son los electrodos tienen que ser de diferente forma para procesos didácticos.
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Situar una hoja de papel milimetrado, con sus ejes respectivos trazados, debajo de la hoja haciendo coincidir el origen con el centro de la cubeta y presentar en la hoja de papel milimetrado el tamaño y forma de los electrodos.
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Verter sobre la cubeta la solución de NACL o sulfato de cobre hasta una altura aproximadamente de un centímetro. Colocar los electrodos en el interior de la cubeta, equidistante del origen de coordenadas y conectarlos a la fuente de voltaje.
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Introducir la puntas del multitester digital en la solución electrolítica y observar que ocurre colocar una punta del multitester sobre un punto del eje x de coordenadas y desplazar la otra punta paralela al eje y sobre la solución hasta detectar un punto en donde el multitester indique cero indicar el punto localizado en otro papel milimetrado.
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Repetir hasta ubicar 5 puntos a cada lado del sistema de referencia Desplazar la punta de voltímetro sobre el eje x cada dos centímetros hacia la derecha o hacia la izquierda y repetir lo anterior de tal manera obtener 9 curvas equipotenciales Dibujar sobre el segundo papel milimetrado la forma de los electrodos manteniendo su forma y tamaño y ubicación en la cubeta acrílica
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DATOS EXPERIMENTALES a) Graficar en la hoja de papel milimetrado las líneas equipotenciales b) Graficar 5 líneas de fuerza para el sistema de electrodos usados en papel milimetrado
CUESTIONARIO
1.- ¿Qué conclusiones se obtiene de las líneas equipotenciales graficadas? Las curvas o líneas equipotenciales toman la forma del borde del electrodo mientras los puntos de dicha curva equipotencial estén cerca a este electrodo 2.- Determinar la intensidad de campo entre todas las líneas equipotenciales ¿es el campo eléctrico uniforme? ¿Por qué? Para hallar la intensidad del campo eléctrico tomaremos cualquier punto del sistema y mediremos la distancia que tiene una de la otra, así usaremos la fórmula que relaciona campo eléctrico y diferencia de potencial.
Si tenemos un campo uniforme en la dirección x, el potencial corresponde sólo a un desplazamiento en esta dirección, así: (
)
Después de evaluar las líneas equipotenciales para hallar el campo eléctrico vemos que NO es uniforme. Puede ser por la manera que se tomó la gráfica no fue la adecuada resultando cálculos inexactos.
3.-Describir la formas de las curvas encontradas tanto de la curvas equipotenciales así como las líneas de campo eléctrico Las curvas equipotenciales tienen la misma forma del electrodo y parece estar en una línea paralela así el, sin embargo cuando tomamos la línea equipotencial más cerca del electrodo con forma de semicírculo esta curva va tomando esa forma. Mientras las líneas de campo eléctrico tienen forma perpendicular a las líneas equipotenciales. 4.-La dirección y sentido de la fuerza que actúa sobre una carga positiva en un campo eléctrico es, por definición la dirección y sentido de la línea de campo que pasa por la posición de la carga ¿debe tener la misma dirección y sentido la aceleración y velocidad de la carga? Si porque toda carga eléctrica positiva afectada por un campo eléctrico debe tener una masa, así sobre esta carga positiva existe una fuerza producida por el campo sea de
atracción o repulsión por eso debe tener la misma dirección del campo eléctrico E, pero también sabemos que la fuerza es “F = m x a” como tiene una aceleración. Por tanto la aceleración de la carga debe tener el mismo sentido de la fuerza ya que ambas son magnitudes vectoriales. 5.- Si q es negativo, el potencial en un punto p determinado es negativo ¿cómo puede interpretarse el potencial negativo en función del trabajo realizado por una fuerza aplicada al llevar una carga de prueba positiva desde el infinito hasta dicho punto del campo? Fijamos el potencial eléctrico igual a 0 en un punto infinitamente lejos de las cargas que producen el campo. El trabajo realizado por la partícula puede ser positivo o negativo dependiendo el desplazamiento en relación con la fuerza. Entonces el trabajo será considerado como positivo si el agente externo al sistema carga-campo para realizar un cambio de posición. Y si el trabajo es negativo se dirá que el trabajo fue realizado por el campo. 6.- Si en potencial eléctrico en una región del espacio es constante a través de una determinada región del campo ¿qué puede decirse a cerca del campo eléctrico en la misma? Explique Para una región tenga potencial constante hacemos E=0 donde esas cargas están reposo, como es nula en toda la región se puede decir que toda la región tiene el mismo potencial. Y si el potencial eléctrico es constante el campo eléctrico también debe de ser lo en esa misma región. 7.- ¿Se pueden cruzar dos curvas equipotenciales o dos líneas de campo? Las curvas equipotenciales, porque eso diría que en un punto hay 2 potenciales diferentes. Las líneas de campo tampoco se puede cruzar porque indicarían que en el mismo punto estarían actuando dos vectores de campo diferente, ya que el campo en el punto es tangente a la línea de campo. 8.- ¿Cómo serían las líneas equipotenciales si los electrodos son de diferentes formas? Las líneas equipotenciales tiene la forma parecida del electrodo que esté más cerca o una combinación de ambos si esta justo en el medio.
OBSERVACIONES
Al realizar la medición de las superficies equipotenciales, la punta de prueba desplaza el líquido conductor. Mientras se realizaron algunas mediciones, no se pudo evitar desplazar algunos electrodos, generando que se volviese a repetir las mediciones desde las condiciones iníciales. Los puntos dibujados sobre el papel milimetrado no son del todo precisos con respecto a la punta de prueba sobre el conductor, esto se debe a la perspectiva del observador con respecto al otro papel milimetrado debajo de la fuente de vidrio y el líquido conductor. Se registraron regiones donde el potencial son casi similares, estas líneas varían de acuerdo al electrodo más cercano al cual se encuentran. La punta de prueba genera una pequeña chispa al contacto con el líquido conductor. Ambos papeles milimetrados presentan unos ejes de referencia que no tiene relación con el experimento, estos ejes facilitan la ubicación de los puntos medidos en ambos papeles.
CONCLUCIONES
Conforme a las mediciones se determinó ciertas regiones donde los puntos coinciden en el potencial medido, al unir estos puntos sobre el papel milimetrado mediante una línea se determina las regiones equipotenciales. Estas regiones varían en forma según la forma del electrodo al cual están más próximos, así las líneas equipotenciales son rectas en el electrodo de forma lineal, mientras que en el electrodo curvo las líneas adoptan una forma similar a este último. Para tres regiones equipotenciales distintas se determinó la diferencia de potencial y las líneas de fuerzas del campo eléctrico, estas líneas son perpendiculares a las regiones equipotenciales y van dirigidas del el electrodo positivo (+) hacia el electrodo negativo (-), estas líneas están representadas en las figuras del papel milimetrado.
REFERENCIAS R.M YAVOROSKY A.A DETLAF, manual de física F. MARIN ALONSO; Campos eléctricos y magnéticos MEINERS – EPPENSTEIN-MOORE experimentos de física LUIS CANTU Electricidad y Magnetismo HALLIDAY- RESNICK; Física vol. II http://www.slideshare.net/OscarArellano1/campo-electrico-y-superficiesequipotenciales http://www.monografias.com/trabajos47/curvas-equipotenciales/curvasequipotenciales2.shtml
