Laboratorio TRANSFORMADOR SIN NUCLEO Y CON NUCLEO Se estudiará la transmisión de energía en un transformador con y sin núcleo de hierro y se conocerá el efecto importante que tiene dicho c…Descripción completa
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Informe 3 Fisica III UNMSMDescripción completa
unmsm
Descripción: Informe de Laboratorio de Electromagnetismo, Tema: Cargas eléctricas
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UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”
FACULT ACULTAD DE INGENIERÍA I NGENIERÍA DE MINAS,GEOLOGIA MINAS,GE OLOGIA Y METALURGIA LABORATORIO N° 02 CURSO
:
FÍSICA III
DOCENTE
:
MORENO RUBIÑOS
TEMA
:
“CAMPO ELÉCTRICO”
ALUMNO C%DIGO
: :
CAUSI ROSAS !"#$$
&&&'0&0('()&
UARAZ 200*
CAMPO ELÉCTRICO I' OB!ET !ETIVO IVO+S +S 1.1. 1.1.
Dete Deterrmina minarr y estu estudi diar ar el camp campo o eléc eléctr tric ico o produ produci cido do por algunas confguraciones de uerzas.
1.2. 1.2.
Moti Motiva varr en el alumn alumno o la impor importa tanc ncia ia del estu estudi dio o de la electricidad.
II' MARCO MARCO TE%R TE%RICO ICO Y CONC CONCEPT EPTU UAL 2'&' 2' &' C-./ C-./# # E1 E134 345 5# # Si consideramos una carga o una distriuci!n de discreta o continua de carga" éstas originan en el espacio #ue lo rodea ciertos camios $sicos. %sto" es cada punto del espacio #ue rodea las cargas ad#uiere propiedades #ue no ten$a cuando las cargas estaan ausentes" y esta propiedad #ue ad#uiere el espacio se manifesta cuando se coloca cual#uier otra car carga de prue pruea a #& dei deido do a la pres presen enci cia a de las las otra otras s cargas. 'as magnitudes $sicas #ue dependen de las otras cargas y son mediles en cada punto del espacio son( 'a intensidad decampo %léctrico y el potencial eléctrico. 'a uerza uerza eléctr eléctrica ica"" al igual igual #ue la uerza uerza gravit gravitaci aciona onal" l" act)an a distancia* por ello amas se denominan fuerzas a distancia.
1. 'ey de +e,ton +e,ton de la gravitaci! gravitaci!n n universal universal
2. 'ey de de -oulom -oulom de las uerza uerzas s electrostt electrostticas icas
CONCEPTO DE CAMPO 'a e/istencia de una masa camia la condici!n del espacio #ue la rode rodea a de tal tal orm orma a #ue #ue prod produc uce e el apar aparec ecim imie ient nto o de una una uer uerza za gravitacional sore otra masa cercana. 0ara e/plicar este camio de condici!n se puede introducir el concepto de campo gravitacional. n campo de este tipo puede decirse #ue e/iste en cual#uier parte del espaci espacio o donde donde una masa masa testig testigo o o de pruea pruea e/per e/perime imenta ntar r una uerza gravitacional. %l campo gravitacional vendr representado por la e/presi!n( g aceleraci!n de la gravedad en un punto dado 3 uerza gravitacional m masa testigo o de pruea
CONCEPTO DE CAMPO ELÉCTRICO %l concepto de campo tamién puede aplicarse a cuerpos cargados eléctricamente Se dice #ue un campo eléctrico e/iste en una parte del espacio en la #ue una carga eléctrica e/perimenta una uerza eléctrica. 'a intensidad de campo eléctrico vendr dada por la e/presi!n
%n donde 3 es la uerza y # la carga
'a direcci!n y sentido de la intensidad del campo eléctrico % en un punto del espacio" es la misma #ue la direcci!n y sentido en la cual una carga positiva se mover$a si uera colocada en dic4o punto.
%n la vecindad de una carga positiva" el campo eléctrico saldr 4acia auera o se ale5ar de la carga. %n la vecindad de una carga negativa" el campo eléctrico ser 4acia adentro de la carga. Si se coloca una carga dentro de un campo eléctrico" e/perimentar una uerza.
Si # es positiva" % y 3 tendrn la misma direcci!n* si # es negativa" la uerza 3 estar dirigida opuestamente al campo %.
INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO EN FUNCI%N DE LA CARGA 6 6UE PRODUCE DICO CAMPO
-uando ms de una carga contriuye al campo eléctrico" el campo resultante es la suma vectorial de los campos individuales producidos por cada carga.
LÍNEAS DE CAMPO ELÉCTRICO Son l$neas l$neas imagin imaginaria arias s diu5a diu5adas das de tal orma orma #ue su direcc direcci!n i!n y sentido sentido en cual#uier cual#uier punto es la misma #ue la direcci!n direcci!n y sentido sentido de la intensidad del campo eléctrico en dic4o punto.
C-47- /8$38- 0or medio del uso de aceite" semillas de grama y empleando un pe#ue6o electrodo cil$ndrico #ue se carga con el generador de 7ims4urt" se otienen las l$neas de campo para una carga puntual.
C-47-9 /8$38-9 #$ 578- 957$# 0or medio del uso de aceite" semillas de grama y empleando dos electrodos cil$ndricos #ue se cargan de igual signo con el generador de 7ims4urt" se otienen las l$neas de campo para dos cargas eléctricas puntuales del mismo signo.
C-47-9 /8$38-9 #$ ;5935$3# 957$# 0or medio del uso de aceite" semillas de grama y empleando dos electrodos cil$ndricos #ue se cargan de distinto signo con el generador de 7ims4urt" se otienen las l$neas de campo de dos cargas eléctricas puntuales de distinto signo.
L<.5$- =$53 0or medio del uso de aceite" semillas de grama y empleando una lminas metlicas fnita #ue se carga con el generador de 7ims4urt" se otienen las l$neas de campo eléctrico correspondientes.
L<.5$-9 =$53-9 #$ 578- 957$# 0or medio del uso de aceite" semillas de grama y empleando dos lminas metlicas fnitas #ue se cargan de igual signo con el generador de 7ims4urt" se otienen las l$neas de campo eléctrico para lminas fnitas paralelas del mismo signo. Se pueden oservar los eectos de ordes.
L<.5$-9 =$53-9 #$ ;5935$3# 957$# 0or medio del uso de aceite" semillas de grama y empleando dos lminas metlicas fnitas #ue se cargan de distinto signo con el generador de 7ims4urt" se otienen las l$neas de campo eléctrico para lminas fnitas paralelas de distinto signo. Se pueden oservar los eectos de ordes.
L<.5$-9 5$=$53-9 #$ 578- 957$# 0or medio del uso de aceite" semillas de grama y empleando dos lminas metlicas de una longitud considerale" #ue se cargan de igual signo con el generador de 7ims4urt" se otienen las l$neas de campo eléctrico para lminas infnitas paralelas de igual signo.
L<.5$-9 5$=$53-9 #$ ;5935$3# 957$# 0or medio del uso de aceite" semillas de grama y empleando dos lminas metlicas de una longitud considerale" #ue se cargan de distinto signo con el generador de 7ims4urt" se otienen las l$neas de campo eléctrico para lminas infnitas paralelas de distinto signo.
C#$=784-5>$ 5?$;45 0or medio del uso de aceite" semillas de grama y empleando un recipiente metlico cil$ndrico #ue se carga con el generador de 7ims4urt" se otienen las l$neas de campo eléctrico correspondientes.
C#$=784-5>$ 54478-4 0or medio del uso de aceite" semillas de grama y empleando un recipiente metlico de orma irregular #ue se carga con el generador de 7ims4urt" se otienen las l$neas de campo eléctrico corres correspondientes. pondientes.
2'2' I$3$95;-; ; C-./# C-./# E1345#+E Si uicamos una carga # & en alg)n punto pr!/imo a una carga o a un sistema de cargas" sore ella se e5ercer una uerza uerza electrost electrosttica. tica. 'a presencia presencia de la carga carga # & camiar gen general eralm ment ente
la
dis distri triu uci!n ci!n
origi rigin nal
de
las las
car cargas gas
restantes" particularmente si las cargas estn depositadas sore conductores. 0ara #ue su eecto sore la distriuci!n de cargas sea m$nima la carga # & dee de ser lo sufciente pe#ue6a. %n estas condiciones la uerza neta e5ercida sore #& es igual a la suma de las uerzas individuales e5ercidas sore #&. %l campo eléctrico % en un punto del espacio se defn defne e como como la uer uerza za eléc eléctr tric ica a por por unid unidad ad de carg carga a de pruea" es decir(
E ( x, y , z )
=
F ( x, y , z ) q0
8#&
pe#ue6a9 pe#ue6a9 ::::.819 ::::.819
%l campo eléctrico es un vector #ue descrie la condici!n en espacio creado por la distriuci!n de carga. Desplazando la car carga de prue ruea a #& de un punt punto o a otro tro" pode podem mos dete determ rmin inar ar el camp campo o eléc eléctr tric ico o en todo todos s los los punt puntos os del del espacio 8e/cepto el ocupado por #9. %l campo eléctrico es" por lo tanto" una unci!n vectorial de la posici!n. 'a uerza e5ercida sore una carga de pruea positiva y pe#ue6a esta relacionada con el campo eléctrico por la ecuaci!n.
F = q0 E :::::.. 829
%l campo eléctrico deido a una sola carga puntual # en la posi posici ci! !n r se calcu alcula la a parti artirr de la ley ley de -oul -oulo om" m" oteniéndose.
E = K
q 2
r
er ::::::::::::::..8;9
Donde r es la distancia de la carga al punto 0 llamado punto del campo y e" es un vector unitario el cual se dirige desde #. Si # es posi positi tiva va el camp campo o esta esta diri dirigi gido do radi radial alme ment nte e saliendo de la carga mientras #ue si # es negativo el campo esta dirigido entrando 4acia la carga.
2'(' 2'(' C<8# C<8# ; - 5$3$95;5$3$95;-; ; ; C-./# C-./# 1345# 1345# - /-4354 ; /#3$5-9 1345#9' Si el potencial es conocido" puede utilizarse para calcular el campo eléctrico en un punto 0. -onsideremos un pe#ue6o desplazami desplazamiento ento dl en un campo eléctrico aritrario %. 'a variaci!n de potencial es(
dV
=
E d l
−
.
=
E l dl
@@@@@@@@@8<9
Donde %l es la componente de % paralelo al desplazamiento. desplazamiento. 0or tanto(
E l
=−
dV dl
:::::::::::.8=9
Si el desp despla laza zami mien ento to dl es perp perpen endi dicu cula larr al camp campo" o" el pote poten ncial cial no var$ var$a. a. 'a varia ariaci ci!n !n ms gran rande de > se
produce cuando el desplazamiento dl esta dirigido a lo largo de %. n vector #ue se6ala en la de la m/ima variaci!n de una unci!n escalar y cuyo m!dulo es igual a la derivada de la unci!n con respecto a la distancia en dic4a direcci!n" se denomina gradiente de la unci!n. %l campo eléctrico % es opuesto al gradiente del potencial >. 'as l$neas de campo eléc eléctr tric ico o en la dire direcc cci! i!n n de m/i m/ima ma dism dismin inuc uci! i!n n de la unci!n
potencial.
'a
fg.
1"
lo
muestra
lo
antes
mencionado. Si el potencial solo depende de /" no 4ar camios en los desplazamientos en las direcciones y o z y por tanto" % dee permanecer en la direcci!n /. 0ara desplazamiento en la direcci!n / dld/i y la ecuaci!n 8=9 se convierte en.
dV
= − E .d l = Edx i = − E x dx
::::::::.8?9
0or tanto E x
'a
=−
dV ( x )
::::::::::::::8@9
dx
ecu ecuaci! aci!n n 8@9 8@9 podem odemo os escr escri iir irla la en mag magnitu nitud" d" y
utilizando el concepto de dierencia fnita" oteniendo una e/presi!n e/presi!n para el campo eléctrico en el punto 0" dado por. por.
E x
=−
dV ( x ) dx
≈
∆V ∆ X
:::::::::::::..8A9B
%sta %sta apr apro/ima /imaci ci!n !n pued puede e cons consid ider erar arse se cuan cuando do pe#ue6o.
III' III' MATE MATERIA RIALES LES Y E6UIPO E6UIPOS S
∆ X "
es
.;.1.
na uente de volta5e c.c
.;.2.
n galvan!metro o un volt$metro digital
.;.;.
na cueta de vidrio
.;.<.
%lectrodos puntuales y planos
.;.=.
Soluci!n electrol$tica de sulato de core -uSC <
.;.?.
'minas de papel milimetrado 8dee de traer el alumno9
IV' IV' METO METODO DOL LOGÍA OGÍA <.1
Intens Intensida idad d de camp campo o eléctr eléctrico ico de de electr electrodo odos s puntua puntuales les E F
a. %n una 4o5a de papel milimetrado trace un sistema de
coordenadas rectangulares GHE de tal orma #ue resulten cuatro cuadrantes b. -olo#ue la 4o5a de papel milimetrado dea5o de la cueta
de vidrio" 4aciendo coincidir el origen de coordenadas con el centro de la ase de la cueta. c. >ierta la soluci!n de sulato" en una cantidad tal #ue el
nivel del no sea mayor de 1cm. Instal ale e el circ circui uito to most mostrad rado o en la fg. fg. 2 la unc unci! i!n n de d. Inst volta5e dee de estas apagada. e. -olo#ue
los
electrodos
puntuales
uicados
simétricamente sore el e5e G de tal manera e#uidisten 1&cm. no del otro" #uedando el origen en el centro de amos electrodos. %ncien end da f. %nci
la
uen uente te
de
ten tensi! si!n
est estale aleci cien end do
una una
dier dierenc encia ia de potenc potencial ial de = voltio voltios s apro apro/imada /imadamen mente. te. >erif#ue este valor con el multitester. g. tilice el par de punteros colocados al volt$metro para
determinar la dierencia de potencial entre los puntos a y separados una distancia d 1cm" con una altura “E” en el e5e E 8fg.29. ome la lectura del volt$metro.
h. 0roceda a determinar las lecturas para cada uno de los
valores de E indicados en la tala I. ala ala I. Datos experimentales para dos cargas puntuales H H H H & &.&2 &.&< &.&? &.&A Y +.' &.&A &.&? &.&< &.&2 V &.&@ &.&A &.&J &.&J &.&J &.&A &.&A &.&@ &.&? +#39' E+.
#$ 6 6 a. %n una 4o5a de papel milimetrado trace un sistema de
coordenadas rectangulares GHE de tal orma #ue resulten cuatro cuadrantes b. -olo#ue la 4o5a de papel milimetrado dea5o de la cueta
de vidrio" 4aciendo coincidir el origen de coordenadas con el centro de la ase de la cueta. c. >ierta la soluci!n de sulato" en una cantidad tal #ue el
nivel del no sea mayor de 1cm. d. Instale el circuito mostrado en la fg. ; la uente de volta5e
dee de estas apagada. e. -olo#ue
los
electrodos
puntuales
uicados
simétricamente sore el e5e G de tal manera e#uidisten 1&cm. no del otro" #uedando el origen en el centro de amos electrodos. %ncien end da f. %nci
la
uen uente te
de
ten tensi! si!n
est estale aleci cien end do
una una
dier dierenc encia ia de potenc potencial ial de = voltio voltios s apro apro/imada /imadamen mente. te. >erif#ue este valor con el multitester. g. tilice el par de punteros colocados al volt$metro para
determinar la dierencia de potencial entre los puntos a y
separados una distancia d 1cm" correspondientes a la posici!n 8G"&9. ome la lectura del volt$metro. h. 0roceda a determinar las lecturas para cada uno de los
valor valores es de “G” indica indicados dos en la tala tala II. Kegistr egistrand ando o los mediciones en la misma tala.
+. V +#39' E+.
H H H H & &.&2 &.&< &.&? &.&A &.&A &.&? &.&< &.&2 &.; &.2? &.22 &.21 &.22 &.21 &.22 &.2? &.2J
V' CLCUL CLCULOS OS Y RESU RESUL LTADOS =.1 C#$ #9 ;-3#9 ; -9 3-H-9 I II 8355-$;# - ' +J K
=.< QC8<9 4 8 9#$ 989 /#95H9 8$39 ; 44#4 'as 'as uen uente tes s de erro errorr #ue #ue se mani manife fest stan an en este este tipo tipo de e/perimentos son" por e5emplo( ue al sostener el par de punteros como se pide" estos no esté estén n en algu alguno nos s caso casos s nece necesa saria riame ment nte e simé simétr tric icos os y la persona #ue los esté cogiendo los mueva en alguna medida* esto al traa5ar con los electrodos puntuales o las placas paralelas. Del mismo modo tamién se puede presentar un error al no percatarse #ue de acuerdo a lo pedido 4aya una cantidad de volta5e necesario #ue se le tiene #ue dar. dar.
VI' VI' CONC CONCL LUSIO USIONE NES S o
Se deter determin mino o y estudi estudio o el campo campo eléctr eléctrico ico produ producid cido o por por algunas confguraciones de uerzas y concluyendo #ue un campo eléctrico viene a ser a#uella regi!n del espacio en donde se de5an sentir los eectos de uerzas a distancia.
VII' VII' SUGE SUGERE REN NCIAS CIAS o
ener ener muc4a precauci!n al momento de manipular los e#uipos y materiales.
o
>erifcar antes de iniciar el ensayo #ue los materiales y e#uipos estén
en
uen
estado
y
calirados
para
su
correcto
uncionamiento. o
%s imprescindile seguir el procedimiento de la gu$a como se indica puesto #ue traa5ar con cargas eléctricas puede resultar peligr peligroso oso para para el ensaya ensayador dor si no se toma toma las precauci precaucione ones s deidas.
o
%star atentos a lo #ue sucede en la prctica por#ue un pe#ue6o descuido llevar$a al alumno a e#uivocarse. e#uivocarse.
VIII VIII'' BI BIBL BLIO IOGR GRAF AFÍA ÍA M%I+%KS" N" %00%+S%I+(
“EPERIMENTOS DE FÍSICA” %dit. 'imusa" Mé/ico 1J@&.
I0'%K" 0
(
“FÍSICA GENERAL Y EPERIMENTAL” %dit Keverte" %spa6a 1JJ;.
