˜ o de la Co ´ n del Mar de Ano n Cons nsol olid ida acion o Grau ´ n Par Servicio Ser vicio Nac Nacional ional de Cap Capaci acit tacion o ara a la ´n Industri Indu stria a de la Cons Constr trucc uccii on o
Seguridad,Salud e Higiene Ocupacional en la Construcci´on Trabajo N 1,2,3 ◦
Docente: Ing. CHANCOS PALOMINO Alejandro Alumno: LAGOS ARCCE, Hans
Martin Mar tin
Ayacucho, 16 de Marzo de 2016
´Indice general ´ CTRICO 1. CAMP CAMPO O ELE 1.1. Ob jetivos . . . . . . . . . . 1.2. Materiales . . . . . . . . . . 1.3. Fundamento undamento Te´ Te´ orico . . . . 1.4. Procedimiento . . . . . . . . 1.5. Toma de datos . . . . . . . 1.6. 1.6. An An´´alisis de datos . . . . . . 1.7. Cuestionario . . . . . . . . . 1.8. Concluciones y Sugerencias . 1.9. Bibliograf´ıa . . . . . . . . .
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2 2 2 3 6 7 7 16 18 19
´ CAMPO ELECTRICO
1
1.1
Objetivos
1
Determinar la intensidad del campo el´ectrico uniforme.
2
Identificar, representar gr´ aficamente e interpretar las regiones equipotenciales y l´ıneas de fuerza del campo el´ectrico.
1.2
Materiales
1
Una regla m´etrica
2
Una cubeta de vidrio
3
Soluci´on de sulfato de cobre
4
Un hoja bond graduada en cm
5
Una fuente de poder de corriente continua
6
Un mult´ımetro
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2
Seguridad en la Construcci´ on 7
Dos placas de cobre
8
Conductores de cocodrilo(puntas de prueba)
1.3
Fundamento Te´ orico
Las cargas el´ ectricas no precisan de ning´ un medio material para ejercer su influencia sobre otras, de ah´ı que las fuerzas el´ectricas sean consideradas fuerzas de acci´on a distancia. Cuando en la naturaleza se da una situaci´on de este estilo, se recurre a la idea de campo para facilitar la descripci´ on en t´erminos f´ısicos de la influencia que uno o m´ as cuerpos ejercen sobre el espacio que les rodea. La noci´on f´ısica de campo se corresponde con la de un espacio dotado de propiedades medibles. En el caso de que se trate de un campo de fuerzas ´este viene a ser aquella regi´on del espacio en donde se dejan sentir los efectos de fuerzas a distancia. El campo el´ectrico asociado a una carga aislada o a un conjunto de cargas es aquella regi´on del espacio en donde se dejan sentir sus efectos. As´ı, si en un punto cualquiera del espacio en donde est´ a definido un campo el´ectrico se coloca una carga de prueba o carga testigo, se observar´ a la aparici´on de fuerzas el´ectricas, es decir, de atracciones o de repulsiones sobre ella. El campo el´ ectrico existe cuando existe una carga y representa el v´ınculo entre ´esta y otra carga al momento de determinar la interacci´ on entre ambas y las fuerzas ejercidas. Tiene car´acter vectorial (campo vectorial) y se representa por medio de l´ıneas de campo. El campo el´ectrico cumple el principio de superposici´ o n, por lo que el campo total en un punto es la suma vectorial de los campos el´ ectricos creados en ese mismo punto por cada una de las cargas fuente.
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3
Seguridad en la Construcci´ on
L´ ıneas de campo El concepto de l´ıneas de campo (o l´ıneas de fuerza) fue introducido por Michael Faraday (1791-1867). Son l´ıneas imaginarias que ayudan a visualizar c´ omo va variando la direcci´ on del campo el´ectrico al pasar de un punto a otro del espacio. Indican las trayectorias que seguir´ıa la unidad de carga positiva si se la abandona libremente, por lo que las l´ıneas de campo salen de las cargas positivas y llegan a las cargas negativas.
Representaci´ on del campo Un campo se representa dibujando las llamadas l´ıneas de campo. Para el campo creado por una carga puntual, las l´ıneas de campo son radiales.
Para el caso de un campo creado por dos cargas puntuales iguales del mismo signo:
Para el caso de un campo creado por dos cargas puntuales iguales de distinto signo:
Propiedades de las l´ ıneas de campo se pueden resumir en: 1
El vector campo el´ectrico es tangente a las l´ıneas de campo en cada punto.
2
Las l´ıneas de campo el´ectrico son abiertas; salen siempre de las cargas positivas o del infinito y terminan en el infinito o en las cargas negativas.
3
El n´ umero de l´ıneas que salen de una carga positiva o entran en una carga negativa es proporcional a dicha carga.
4
La densidad de l´ıneas de campo en un punto es proporcional al valor del campo el´ectrico en dicho punto.
5
Las l´ıneas de campo no pueden cortarse.
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Seguridad en la Construcci´ on
Algunas caracter´ ısticas En el interior de un conductor el campo el´ ectrico es 0.
En un conductor con cargas el´ectricas, las mismas se encuentran en la superficie.
Valor del campo La intensidad de campo el´ ectrico en cualquier punto se define como la fuerza electrost´atica que experimenta la carga de prueba en dicho punto entre su magnitud. E = F /q 0 (N/C ) Un caso particular es cuando la intensidad de campo permanece constante en una regi´ on del espacio en tal caso se dice que el campo el´ ectrico es uniforme
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5
Seguridad en la Construcci´ on La diferencia de potencial entre dos puntos en una regi´ on de campo el´ectrico, 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 el´ectrico uniforme donde la carga de prueba es +q en cualquier punto del campo soporta una fuerza por tal raz´ on ser´ıa necesario realizar un trabajo para mover la carga entre los puntos A y B. La diferencia de potencial entre dos puntos de un campo el´ectrico es definido como la raz´ on del trabajo realizado sobre una carga movi´ endose entre los puntos considerados entre la carga +q.
V B − V A = V = W/q Donde V es la diferencia de 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 ser´a medida en voltios. V B − V A = V = W/q = (F ∗ x)/q = E ∗ x V = E ∗ x Como se puede ver para un campo el´ectrico uniforme la diferencia de potencial var´ıa en funci´ on lineal con (x) y decrece en la direcci´ on del campo.
1.4
Procedimiento
1
Trazar un sistema de coordenadas cartesianas sobre el papel bond con espaciamientos de un cent´ımetro.
2
Arme el circuito de la figura.
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3
Coloque una de las agujas exploradoras en un punto fijo como ?0? y vari´ e las distancias en espacios de 1 cm.
4
Anote las lecturas del volt´ımetro en la siguiente tabla.
1.5
Toma de datos
1.6
An´alisis de datos
o n de la a) Grafique en papel milimetrado u hoja de c´alculo el voltaje en funci´ distancia, es decir V=f(x). 1
De acuerdo a la tabla de datos N 01 recogida en el laboratorio para una diferencia de potencial de 9v.
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◦
7
Seguridad en la Construcci´ on Gr´afica del voltaje en funci´ on de la distancia:
2
De acuerdo a la tabla de datos N 02 recogida en el laboratorio para una diferencia de potencial de 12v. ◦
Gr´afica del voltaje en funci´ on de la distancia:
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8
Seguridad en la Construcci´ on 3
De acuerdo a la tabla de datos N 03 recogida en el laboratorio para una diferencia de potencial de 18v. ◦
Tendr´ıamos entonces el siguiente gr´ afico.
4
De acuerdo a la tabla de datos N 04 recogida en el laboratorio para una diferencia de potencial de 20v. ◦
Tendr´ıamos entonces el siguiente gr´ afico.
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b) Establezca una formula emp´ırica de la forma V=Ax+B .y calcule los coeficientes A, B mediante m´ınimos cuadrados. Hallaremos la formula emp´ırica de la forma V=Ax+B pero ya podemos afirmar que B = 0 para todos los casos debido a que nuestra recta intersecta al eje y en el origen, por lo tanto nuestra formula emp´ırica quedar´ıa de la forma: V=Ax o V=mx donde ¨m¨ es la pendiente de la recta. Por lo tanta bastar´ıa con conocer ¨m¨ o ¨A¨ para tener la formula emp´ırica solicitada. El m´etodo de m´ınimos cuadrados nos indica la f´ormula para hallar ¨m¨: 1
Hallando la formula emp´ırica mediante m´ınimos cuadrados para 9V:
Donde V= Yi y la distancia = Xi Entonces para este caso tendremos: Para ayudarnos con las operaciones utilizaremos la siguiente tabla que da las sumas respectivas de X e Y:
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Seguridad en la Construcci´ on
Como podemos observar hay una variaci´ on m´ınima con el valor de m calculado por la hoja de c´ alculo. 2
Hallando la formula emp´ırica mediante m´ınimos cuadrados para 12V:
Donde V= Yi y la distancia = Xi Entonces para este caso tendremos: Para ayudarnos con las operaciones utilizaremos la siguiente tabla que da las sumas respectivas de X e Y:
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Seguridad en la Construcci´ on
Como podemos observar hay una variaci´ on m´ınima con el valor de m calculado por la hoja de c´ alculo. 3
Hallando la formula emp´ırica mediante m´ınimos cuadrados para 18V:
Donde V= Yi y la distancia = Xi Entonces para este caso tendremos: Para ayudarnos con las operaciones utilizaremos la siguiente tabla que da las sumas respectivas de X e Y:
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Seguridad en la Construcci´ on
4
Hallando la formula emp´ırica mediante m´ınimos cuadrados para 20V:
Donde V= Yi y la distancia = Xi Entonces para este caso tendremos: Para ayudarnos con las operaciones utilizaremos la siguiente tabla que da las sumas respectivas de X e Y:
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Seguridad en la Construcci´ on
b) Determinar la intensidad del campo el´ ectrico. Teniendo como antecedente que la diferencia de potencial es el trabajo que debe realizar un campo electrost´ atico para mover una carga positiva que desde dicho punto hasta el punto de referencia, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga positiva unitaria q desde el punto de referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza el´ectrica a velocidad constante. Matem´aticamente se expresa por: V= W/q (v) Por lo tanto para nuestro caso: V= (F.d)/q = (E.q.d)/q = E.d Por tanto: E = V/d 1
Hallando mediante la f´ ormula para 9v: E = V /d
Por lo tanto la intensidad la intensidad de campo es: E = 50,93234(N/c) 2
Hallando mediante la f´ ormula para 12v: E = V /d
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Seguridad en la Construcci´ on Por lo tanto la intensidad la intensidad de campo es: E = 68,24027778(N/c) 3
Hallando mediante la f´ ormula para 18v: E = V /d
Por lo tanto la intensidad la intensidad de campo es: E = 102,3498299(N/c) 4
Hallando mediante la f´ ormula para 20v: E = V /d
Por lo tanto la intensidad la intensidad de campo es: E = 113,2108844(N/c)
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1.7 1
Cuestionario
¿Qu´e es el campo el´ ectrico? Y ¿C´ omo es la intensidad de un campo el´ ectrico? Es una propiedad del espacio mediante la cual ?se propaga? la interacci´on entre cargas. Una regi´ on del espacio donde existe una perturbaci´ o n tal que a cada punto de dicha regi´ on le podemos asignar una magnitud vectorial, llamada intensidad de campo el´ ectrico E. Se describe como un campo vectorial en el cual una carga el´ectrica puntual de valor ?q? que sufre los efectos de una fuerza el´ectrica F ? dada por la siguiente ecuaci´ on. E = qF ?
Las l´ıneas de campo no se pueden cortar, porque si lo hicieran en un punto habr´ıa dos valores distintos de intensidad de campo E. Un campo el´ ectrico muy u ´ til es el que se crea entre dos placas met´alicas y paralelas (CONDENSADOR) conectadas a un generador de corriente continua; de ese modo las placas adquieren carga igual pero de signo contrario y en la zona que existe entre ellas se crea un campo uniforme.
2
¿Que son las l´ıneas de fuerza el´ ectrica? Y ¿C´ omo son las l´ıneas de fuerza de un campo el´ ectrico uniforme? Un campo el´ectrico se pueden representar como l´ıneas de Fuerza (no existen en realidad) y son u´tiles para el estudio del mismo. Ver el diagrama Las l´ıneas de fuerza indican en cada punto la direcci´ on que tiene el campo el´ectrico (E). Estas l´ıneas nunca se cruzan entre si, y mientras m´ as cercanas est´en significa que el campo el´ectrico es mas intenso.
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Seguridad en la Construcci´ on Sin embargo hay que tomar en cuenta de que para un campo el´ ectrico determinado el n´ umero de l´ıneas de fuerza es el mismo Las l´ıneas de fuerza de un campo el´ ectrico siempre inician en la carga positiva y terminan en la carga negativa. 3
¿Qu´e es el potencial el´ ectrico y qu´ e diferencia hay entre el potencial el´ ectrico y la diferencia de potencial el´ ectrico? Es una magnitud escalar que se aplica para medir el campo el´ ectrico en cada uno de sus puntos. Definici´ on operacional: ”Potencial del campo el´ectrico en es un punto . . el resultado de dividir, el trabajo realizado por las fuerzas de campo el´ ectrico para desplazar la carga de prueba ”q”, desde . ”hasta el infinito. El potencial el´ectrico puede ser positivo o negativo, seg´ un lo sea la carga Q que genera el campo el´ectrico A
A
Diferencia de Potencial el´ectrico Tiene el mismo significado f´ısico del potencial el´ectrico, solo que, se habla de un trabajo el´ectrico realizado entre dos puntos a distancia finita de la carga que genera el campo. Definici´on operacional: ”La Diferencia de Potencial entre dos puntos . 2”B”de un campo el´ectrico, es el resultado de dividir, el trabajo realizado por las fuerzas de campo el´ ectrico para desplazar la carga de prueba ”q”, desde . ”hasta ”B”(donde se supone que el potencial el´ectrico no necesariamente sea nulo A
A
4
¿Qu´ e son las superficies equipotenciales y como cree Ud. Que son estas superficies equipotenciales en el experimento? Una superficie equipotencial es el lugar geom´etrico de los puntos de un campo escalar en los cuales el ”potencial de campo.o valor num´ erico de la funci´ on que representa el campo, es constante. Las superficies equipotenciales pueden calcularse empleando la ecuaci´ on de Poisson. Por su parte las l´ıneas equipotenciales son la intersecci´ on de superficies equipotenciales en un campo, sobre estas l´ıneas el potencial de campo es el mismo y las hallamos mediante ensayos de laboratorio. Pues para nosotros del grupo las superficies es el experimento que hicimos en el laboratorio pues en el experimento unimos con la punta de medici´on los terminales positivos y negativos del volt´ımetro que fijaban en cada una de las placas paralelas con signos opuestos como se ve en la figura. Pues al poner fija una de las puntas y al mover la otra punta para una distancia proporcional la lectura del volt´ımetro varia proporcionalmente con lo cual se concluye que el campo es constante y por lo cual representa una superficie equipotencial.
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1.8
Concluciones y Sugerencias
Como la fuerza electrost´ atica dada por la ley de Coulomb es conservativa, es posible discutir de manera conveniente los fen´ omenos electrost´ aticos en t´erminos de una energ´ıa potencial el´ectrica. Esta idea permite definir una cantidad escalar llamada potencial el´ectrico. Debido a que el potencial es una funci´ on escalar de la posici´ on, ofrece una manera m´ as sencilla de describir los fen´ omenos electrost´ a ticos que la que presenta el Campo El´ectrico. La carga el´ectrica constituye una propiedad fundamental de la materia. Se manifiesta a trav´es de ciertas fuerzas, denominadas electrost´ aticas, que son las responsables de los fen´ omenos el´ectricos. Su influencia en el espacio puede describirse con el auxilio de la noci´on f´ısica de campo de fuerzas. El concepto de potencial hace posible una descripci´ on alternativa en t´erminos de energ´ıas, de dicha influencia. Se sugiere que al momento de los experimentos los materiales est´en en optimas ´ condiciones de uso.
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1.9
Bibliograf´ıa
1 Hugo medina, fisica III 2 Humberto Leyva, fisica III 3 Miguel furman: Campo el´ectrico 4 Mc.Kelvey-H.Grotch: Fisica para ciencias e Ingenier´ıa 5 J.Edminister: Electrmagnetismo 6 URL: www.monografias.com 7 URL: www.es.wikipedia.org/wiki/fem
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