Practica 1
cm
Volts
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y Administrativas.
Laboratorio de electromagnetismo
Practica 1: Electrización de los Cuerpos
Practica 2: Campo eléctrico y Potencial Electroestático
Fecha de entrega: 6 de Octubre del 2017
Profesor: José María Alfonso Ochoa Cano
"La técnica al servicio de la patria""La técnica al servicio de la patria"
"La técnica al servicio de la patria"
"La técnica al servicio de la patria"
PRACTICA 2: CAMPO ELÉCTRICO Y POTENCIAL ELECTROESTÁTICO
RESUMEN:
Con la ayuda de un generador electrostático, un voltímetro electrostático, una esfera conductora hueca y una vela; realizamos la segunda parte del experimento la cual consistía primeramente en ver el comportamiento de voltaje al acercar la sonda con cable a la esfera hueca; para poder comprobar la existencia de un campo eléctrico entre ambos; que se vio reflejada en el comportamiento del voltaje.
Integrantes:
Martin.G, Ramírez J, Ramos.C, Sánchez.N, Vázquez.C.
PALABRAS CLAVE:
Campo eléctrico: Se define como la fuerza eléctrica por unidad de carga. La dirección del campo se toma como la dirección de la fuerza que ejercería sobre una carga positiva de prueba. El campo eléctrico está dirigido radialmente hacia fuera de una carga positiva y radialmente hacia el interior de una carga puntual negativa.
Potencial eléctrico: En un punto del espacio de un campo eléctrico es la energía potencial eléctrica que adquiere una unidad de carga positiva situada en dicho punto.
Conductor: es un material que ofrece poca resistencia al movimiento de la carga eléctrica.
Polarización: Propiedad de las ondas que pueden oscilar con más de una orientación. Esto se refiere normalmente a las llamadas ondas transversales, en particular se suele hablar de las ondas electromagnéticas, aunque también se puede dar en ondas mecánicas transversales
Carga eléctrica: Es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas por la mediación de campos electromagnéticos.
INTRODUCCIÓN:
OBJETIVOS
Observar el comportamiento del campo en puntos cercanos de un conductor esférico hueco.
Delimitar la validez de las relaciones encontradas.
HIPÓTESIS
Al acercar el electroscopio a la esfera hueca, las laminillas se separaran indicándonos la existencia del campo eléctrico
El péndulo será atraído a la esfera hueca, colocándolo a cualquier distancia dentro del campo eléctrico.
Al acercar la vela cerca de la sonda, el voltímetro electroestático nos indicara que su comportamiento sigue una tendencia no lineal.
MARCO TEÓRICO:
Intensidad de campo eléctrico.
La región del espacio situada en las proximidades de un cuerpo cargado posee unas propiedades especiales. Si se coloca en cualquier punto de dicha región una carga eléctrica de prueba, se observa que se encuentra sometida a la acción de una fuerza. Este hecho se expresa diciendo que
el cuerpo cargado ha creado un campo eléctrico. La intensidad de campo eléctrico en un punto se define como la fuerza que actúa sobre la unidad de carga situada en él. Si E es la intensidad de campo, sobre una carga Q actuará una fuerza.
E=KQR^2
Potencial eléctrico
El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva q desde la referencia hasta ese punto, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica.
V=wq0
Considérese una carga puntual de prueba positiva, la cual se puede utilizar para hacer el mapa de un campo eléctrico. Para tal carga de prueba localizada a una distancia r de una carga q, la energía potencial electrostática mutua es: De manera equivalente, el potencial eléctrico es
V=WQ
En esta parte el comportamiento de la esfera del péndulo se debe al comportamiento de
Los campos de fuerza que pueden actuar a través del espacio produciendo un efecto
Incluso cuando no existe contacto físico entre los objetos.
Debido a que la esfera hueca está conectada a un generador eléctrico el tipo de carga que tiene es negativa.
Por lo que la esfera del péndulo se ve atraída hacia la esfera metálica se puede decir que tiene una carga positiva pero no es del todo cierto. Por qué la carga negativa de la esfera hueca induce un reacomodo de cargas en la superficie de la esfera del péndulo.
Solo es en la superficie debido a que está hecha de un material aislante, las cargas positivas atraídas hacia la esfera hueca quedan en la superficie mientras que las cargas negativas son repelidas
Esfera del péndulo
Una vez desactivado el generador la esfera del péndulo comienza a regresar a su lugar
Debido a que en la esfera hueca comienza a perderse la carga negativa lo que provoca el
Reordenamiento de las cargas en la esfera del péndulo a su estado neutro, al no estar
Bajo el efecto del campo eléctrico de la esfera hueca.
MATERIAL UTILIZADO Y CARACTERÍSTICAS
Sonda eléctrica con cableMarca: PHYWE
Made in Germany
Sonda eléctrica con cableMarca: PHYWE
Made in Germany
Sonda eléctrica con cable
Marca: PHYWE
Made in Germany
Sonda eléctrica con cable
Marca: PHYWE
Made in Germany
Generador electrostático de van de Graff Marca: PHYWE
Tipo: Bandgenerator
Voltaje/ Power: 230V 50Hz 70VAMade in Germany Made in Germany
Generador electrostático de van de Graff Marca: PHYWE
Tipo: Bandgenerator
Voltaje/ Power: 230V 50Hz 70VAMade in Germany Made in Germany
Generador electrostático de van de Graff
Marca: PHYWE
Tipo: Bandgenerator
Voltaje/ Power: 230V 50Hz 70VA
Made in Germany
Made in Germany
Generador electrostático de van de Graff
Marca: PHYWE
Tipo: Bandgenerator
Voltaje/ Power: 230V 50Hz 70VA
Made in Germany
Made in Germany
Voltímetro electroestático Marca: PHYWEVoltímetro Electrostático (VE)
15KWMade in Germany
Voltímetro electroestático Marca: PHYWEVoltímetro Electrostático (VE)
15KWMade in Germany
Voltímetro electroestático
Marca: PHYWE
Voltímetro Electrostático (VE)
15KW
Made in Germany
Voltímetro electroestático
Marca: PHYWE
Voltímetro Electrostático (VE)
15KW
Made in Germany
Transformador eléctricoMarca: PHYWETipo: Vorschalttrafo
Voltaje/ Power: 115V 50/60 HzFuse: T 2.5ªMade in Germany
Transformador eléctricoMarca: PHYWETipo: Vorschalttrafo
Voltaje/ Power: 115V 50/60 HzFuse: T 2.5ªMade in Germany
Transformador eléctrico
Marca: PHYWE
Tipo: Vorschalttrafo
Voltaje/ Power: 115V 50/60 Hz
Fuse: T 2.5ª
Made in Germany
Transformador eléctrico
Marca: PHYWE
Tipo: Vorschalttrafo
Voltaje/ Power: 115V 50/60 Hz
Fuse: T 2.5ª
Made in Germany
Esfera hueca
Esfera hueca
Esfera hueca
Esfera hueca
4 Cables banana-caimán
4 Cables banana-caimán
4 Cables banana-caimán
4 Cables banana-caimán
Vela
Vela
4 Cables banana-banana
4 Cables banana-banana
Vela
Vela
4 Cables banana-caimán
4 Cables banana-caimán
Vela
Vela
4 Cables banana-banana
4 Cables banana-banana
Vela
Vela
4 Cables banana-caimán
4 Cables banana-caimán
Cartulina graduada Cartulina graduada
Cartulina graduada
Cartulina graduada
Encendedor Encendedor
Encendedor
Encendedor
En general el equipo con el que realizamos el experimento se encontraba generalmente en buen estado ya que hay aparatos con más de 40 años de antigüedad, como el voltímetro, el cual nos dio cierta complicación al dar las lecturas. Afortunadamente tuvimos la oportunidad de estrenar algunos aparatos como el generador electroestático y el transformador ya que fue equipo adquirido recientemente.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Detección del campo eléctrico indirectamente
Conectamos la esfera hueca a la terminal positiva del generador electrostático
Activamos el generador electrostático a 15 Kv
Con el electroscopio verificamos que la esfera hueca estuviera electrizada
Acercamos el péndulo electrostático a la esfera hueca, sin que la esfera toque la esfera hueca
Observamos el efecto que tenía la esfera hueca cuando la juntábamos con la otra esfera
Comportamiento del campo eléctrico en las cercanías de un conductor esférico electrizado.
Conectamos la terminal positiva del generador electrostático (GE) a la esfera hueca (EH).
Conectamos la terminal positiva del voltímetro electrostático (VE) a la sonda
Colocamos la cartulina de medición debajo de la esfera hueca y de la sonda
Encendimos una vela y pasamos la flama de la vela un par de veces a 1cm aproximadamente de la zona e inmediatamente anotamos la medición del voltímetro electrostático.
Acercamos la sonda de 2 cm en 2 cm a la esfera y se realizó la medición,
Realizamos este procedimiento hasta una distancia de 34 cm,el cual se realizó con un voltaje de 15 KV
Realizamos este procedimiento un total de nueve veces
DATOS OBTENIDOS
D(cm)
V(kV)
0.3
4.3
0.29
4.6
0.28
4.4
0.27
5
0.26
4.6
0.25
4.7
0.24
4.4
0.23
4.8
0.22
5.2
0.21
5.6
0.2
5.8
0.19
5.9
0.18
6.6
0.17
6.8
Gráfica 1.Gráfica 1.Podemos ver que la gráfica de dispersión tiene una pendiente negativa
Gráfica 1.
Gráfica 1.
Coeficiente de correlacion
r=[xi yi-xiyin]2[x2i- xi2n][y2i- yi2n]=(27.14-1.422.714)278.03-1.42214[86.31-2.7214] -0. 8433
Además de obtener un coeficiente de correlación insatisfactorio Sugerimos la siguiente transformación.
D(m)
V(kV)
3.33E+02
4.3
1/.0029
4.6
1/0.0028
4.4
1/0.0027
5
1/0.0026
4.6
1/0.0025
4.7
1/0.0024
4.4
1/0.0023
4.8
1/0.0022
5.2
1/.0021
5.6
1/0.002
5.8
1/0.0019
5.9
1/.0018
6.6
1/0.0017
6.8
Ahora podemos observar que la gráfica tiende a tener una pendiente positiva y se aproxima a ser lineal.
r2=[xi yi-xiyin]2[x2i- xi2n][y2i- yi2n]=(327.14-61.4272.714)2278.03-61.42214[386.31-72.7214] .89
R= 0.9582
El coeficiente apenas y cumple con la condición para considerarse lineal por lo tanto con los siguientes valores de la regresión lineal.
Pendiente = B = .9682
Error = A = 0.9886
Sustituimos en el modelo de ley física y obtenemos la ley empírica de nuestro experimento.
Y=B x+A
V=0.96821d+(0.9886)
B= k Q
Q = B/k
Q= 1.08*10^[-10]
ANÁLISIS DEL EXPERIMENTO
Debido a que se genera una tendencia lineal, no se puede proseguir con los cálculos ya que no hay una relación con respecto al campo eléctrico por lo que no se puede obtener una ley empírica como tal.
ERRORES CON RESPECTO AL PROCESO EXPERIMENTAL:
Al principio del experimento tuvimos problemas al obtener un voltímetro electrostático y el ser proporcionado este empezamos con la instalación del equipo tal cual nos mostró el profesor por desgracia al empezar la captura de datos experimentales, nos dimos cuenta de que el voltímetro electrostático tenía como límite de medición los 2 kV y una vez que este marcaba esta cantidad se regresaba al valor de 0
Por practicidad el profesor nos pidió tomar los valores experimentales dads por el y en base a ellos sacamos los anteriores datos y la siguiente ley fisica.
V=0.96821d+(0.9886)
CONCLUSIÓN
Se realizó la detección del campo eléctrico indirectamente, logramos detectar el campo eléctrico producido por la esfera hueca cuando acercamos la esfera de sauco y esta fue atraída; la bola de sauco se electrizó cuando se puso en contacto con la esfera hueca y ambas quedaron con la misma carga, por eso al separarlas se repelen.
Para finalizar se analizó el comportamiento del campo eléctrico en las cercanías de un conductor esférico electrizado, logrando obtener la relación entre el potencial electrostático y la distancia a la carga y se observó que no es una relación lineal.
REFERENCIAS:
Raymond A. Serway y John W. Jewtt Jr. (2009) "FISICA PARACIENCIAS E INGENIERIA CON FISICA MODERNA VOLUMEN 2" . Edit. Cengaje Learning Editores S.A. de C.V. Paginas consultadas 642-645
W. Edward Gets, Frederick J. Keller, Malcolm J. Skove (2005). "FISICA PARA CIENCIAS E INGENIERIA TOMO 2"; Edit. McGraw-HILL/ interamericana editores S.A. de C.V. Paginas consultadas 488-493
Roald R. Wangsness (1994), Campos eléctricos ; Edit. Limusa S.A. de C.V. grupo noriega editores
Paguinas consultadas 62-64
Sears Zemansky, et al (1998) Física Universitaria Vol. 2 Campos eléctricos. Edit. McGraw-HILL. Paginas consultadas 458-461
