UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERUFACULTAD DE INGENIERÌA ELECTRONICA Y MECATRONICA

Practica de Laboratorio N° 02

Curso : LABORATORIO DE FISICA III

Docente : TIRADO MENDOZA, Gabriel

Tema : CAMPO ELÉCTRICO Y SUPERFICIESEQUIPOTENCIALES

Escuela : Mecatrónica

Nº de informe : 02

Integrantes : Huaynate Llanos, Yeltsin COD. 1020153 Yrei Napanga, Cesar T. COD.

1020576 Escobra Poma, Jose COD. 1020521 Malpica Quispe, Carlos COD.

1020550 Quispe Palacios, Marco COD.

1011307Aula : C0403

Ciclo : IV

Turno : mañana

Hora : 9:40 am a 11:20 am

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2011 - IIIINDICE

Pág.

Carátula………...…………………………………………..………...…….….. 1

Índice………………….……………………………………..…………….….. 2

Fundamento Teórico……………………………………….………..…...…… 3

Parte experimental……………………………………….……..…...……..…. 4

Cuestionario………………………………………………..………………… 8

Conclusiones……………………………………….………….……..………. 11

Sugerencias y observaciones……………….………………………….……... 12

Bibliografía…………………………………..………………….……………. 13

Bibliografía…………………………………..………………….……………. 19

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FUNDAMENTO TEORICO

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/qEn 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 consideradoLas 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

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PARTE EXPERIMENTAL

1. EXPERIMENTAL

DESCRIPCION DEL MATERIAL Y/O EQUIPOS

Una (01) Fuente de Poder regulable de 0 a

12v

Un (01) Multímetro digital

Una (01) Cubeta de vidrio

Una (01) Hoja de papel cuadriculado

Una (01) Punta de prueba

Dos (02) Conductores rojos, 25 cm

Dos (02) Conductores azules, 25 cm

Dos (02) Electrodos de cobre

(de diferente forma)

Agua destilada

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2. PROCEDIMIENTO:

1. 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

2. 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

3. Vertir sobre la cubeta la solución de ClNa 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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4. 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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5. Repetir hasta ubicar 5 puntos a cada lado del sistema de referencia

6. 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

7. Dibujar sobre el segundo papel milimetrado la forma de los electrodos manteniendo su forma y tamaño y ubicación en la cubeta acrílica

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

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CUESTIONARIO

1. ¿Qué conclusiones se obtiene de las líneas equipotenciales graficadas?

Las líneas equipotenciales van tomando esa forma de las placas, es decir, en la que era

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recta, las líneas equipotenciales también se tornan rectas, y conforme más se va acercando a la placa circular, pues más también va tomando forma de ésta.

Las líneas equipotenciales crecen proporcionalmente a la superficie.

Se ovala al acercarse a las líneas equipotenciales de otro electrodo.

2. Determinar la intensidad de campo entre todas las líneas equipotenciales ¿es el campo eléctrico uniforme? ¿Por qué?

El campo no es uniforme porque el haber tenido dos placas a los extremos hace que el campo varíe

E1= 30.909 N/CE2= 23.952 N/CE3= 22.612 N/CE4= 24.537 N/CE5= 25.216 N/CE6= 26.344 N/C

3. Describir la formas de las curvas encontradas tanto de la curvas equipotenciales así como las líneas de campo eléctrico

Las curvas trazadas sobre las líneas equipotenciales toman la forma de los electrodos mientras más cercas de ellos se encuentres en cambio las líneas de campo eléctrico son perpendiculares a las líneas equipotenciales

Cuando las cargas no poseen cargas eléctricas diferentes, deben tener el mismo sentido y dirección, la aceleración y la velocidad de la carga. En caso contrario se atraen.

En ambos sentidos se genera igual dirección y sentido.

De las curvas equipotenciales se desplazan en forma del electrodo respectivo en este caso uno era semicircular pues su superficie equipotencial era la misma y la de otro electrodo que tenia la forma recta su superficie equipotencial era paralela a la misma. Para las curvas del campo eléctrico como un electrodo era curvo y el otro recto, del electrodo recto salían unas líneas perpendiculares y conforme llegaban al electrodo semicircular estas líneas se cerraban y recaían en el electrodo curvo de la siguiente forma.

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?

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La velocidad es un vector que tiene varias componentes. Supongamos que tiene una componente vertical y otra horizontal. Es decir, va en diagonal, formando un ángulo. Si la velocidad en horizontal es constante, la aceleración que es la variación de la velocidad horizontalmente vale 0, por lo que sólo tendrá sentido vertical.

No tiene la misma dirección además también depende del campo si es saliente o entrante esto determinara si lo atrae o no

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?

Siendo q la carga que se desplaza y ΔV la diferencia de potencial entre las posiciones extremas. Si q es positiva, una ΔV positiva (aumento del potencial) corresponderá a un trabajo We positivo, es decir, efectuado por agentes exteriores al campo, con lo que el movimiento de la carga q será forzado. Si ΔV es negativo (disminución del potencial), We también lo será, lo que indica que las fuerzas actuantes son las propias del campo, dando lugar a un movimiento espontáneo de la carga q positiva. En el caso de que q fuera negativa los criterios serían opuestos a los anteriores.

6. Si en potencial eléctrico en una región del espacio es constante a través de una determinada región del campo ¿que puede decirse a cerca del campo eléctrico en la misma? Explique

El potencial eléctrico V sirve para conocer el valor y la dirección del campo eléctrico en el espacio. El campo eléctrico es menos el gradiente del potencial eléctrico. Si tienes sólo una dimensión:

E=-dV/dx

Si en el espacio hay puntos de distintos potenciales, los campos eléctricos se dirigen siempre del mayor al menor potencial, y siempre por el camino más corto posible (el campo es perpendicular a las líneas equipotenciales).

Para este caso, la respuesta es que no hay campo eléctrico. Si el potencial es constante, su derivada es cero y el campo es nulo. Por otra parte, el campo eléctrico va de mayor a menor potencial. Si todos los puntos están al mismo potencial, no hay campo eléctrico entre ellos.

Una línea de campo eléctrico tiene como característica fundamental el no poder cruzarse o tocarse con otra línea.

Esto se debe a que las líneas son normales a la superficie, y estas se van a extender de forma radial si la superficie es una circunferencia o un cilindro, o

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de manera tangencial si la superficie es plana, por lo tanto las líneas van a extenderse hasta el infinito o hasta una carga y su proximidad va a depender de la magnitud del campo, pero jamás estas líneas se cruzaran o se tocaran.

7. ¿Se pueden cruzar dos curvas equipotenciales o dos líneas de campo?

Dos curvas equipotenciales nunca se pueden cruzar, porque eso significaría que en un mismo punto habría dos o más potenciales diferentes. En cuanto a las líneas de campo, si se cortaran, 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 serian las líneas equipotenciales si los electrodos son de diferentes formas?

Si los electrodos fueran de diferentes formas podrían tomar las siguientes líneas equipotenciales.

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CONCLUSIONES

El campo eléctrico puede representarse mediante líneas de campo eléctrico o de fuerza que se originan en las cargas positivas y terminan en las cargas negativas. La intensidad de campo eléctrico viene indicada por la densidad de las líneas de fuerza.

El campo eléctrico señala en la dirección de la máxima disminución de potencial.

El potencial eléctrico es inversamente proporcional a la distancia y directamente proporcional a la carga.

Una de estas propiedades que resalta a simple vista es que las líneas de campo se dibujan simétricamente saliendo o entrando en la carga y que nunca se cruzan entre si.se dedujo gráficamente la perpendicularidad que existe entre las líneas de campo y las equipotenciales y que las llamadas líneas concéntricas equipotenciales se comportan como superficies en donde el potencial eléctrico o voltaje es el mismo.

Un campo eléctrico estático puede ser representado geométricamente con líneas vectoriales en dirección de la variación del campo, a estas líneas se las conoce como "líneas de campo". Las líneas vectoriales se utilizan para crear una representación gráfica del campo, y pueden ser tantas como sea necesario visualizar.

Las líneas de campo E están mas juntas donde la magnitud de este es más intenso, y las curvas equipotenciales son más apegadas en estas zonas.

El de polo creado por 2 anillos crea el mismo campo que 2 cargas punteales de signo opuesto, esto se puede generalizar también para un dipolo de 2 esferas.

También se observa que las líneas que se acercan a la placa van tomando una ligera curvatura, esto no se debe a que se tomo muy mal las mediciones, por el contrario, las mediciones realizadas fueron buenas ya que uno pensaría que las líneas que se acerquen a la placa deberán ser paralelas a esta, lo cual es incorrecto, la líneas que representan la superficie equipotencial y que se aproximen a la placa serán paralelas a esta si es que la placa metálica es infinita, o tenga una longitud relativamente larga.

La superficie equipotencial se mantiene alrededor de la carga,

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SUGERENCIAS Y OBSERVACIONES

Se observó que los instrumentos digitales son más fáciles de utilizar

No olvidar de calibrar los instrumentos antes de pesar o medir.

Una recomendación seria utilizar más instrumentos de medida para poder familiarizarnos más y no tener problemas en el futuro

Las soluciones y sus grados influyen en la conductividad de la corriente.

Que siempre debemos trabajar en equipo con la orientación del profesor

Para la mayor realización de este experimento es necesario que los electrodos se encuentren lo más limpios posible, la fuente correctamente calibrada y los puntos en la grafica se deben de tomar con aproximación hasta milímetros, esto que para este experimento trabajamos solo con números enteros en lo posible.

Utilizar este entendimiento para determinar las propiedades de campos eléctricos de otras distribuciones de carga en dos y tres dimensiones.

Describir la relación entre las líneas de campo eléctrico y los vectores de campo eléctrico

Familiarizarse con las reglas para dibujar líneas de campo eléctrico

Comprobar con detenimiento que las conexiones se han realizado correctamente y se ajustan al esquema.

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BIBLIOGRAFIA

F.MARTIN ALONSO, Campos eléctricos y magnético

Serway, Raymond; Jewett, Jhon: Física para ciencias e Ingeniería. Vol II. Thomson. Mexico 2005.

Sears, F.W.; Zemansk M.; Young H.: Freddman.: Física Universitaria] Vol II Adisson Wesley. Mexico 2004.

Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Ingeniería. Manual de Laboratorio de Física General 2da. Edición Lima. Fc UNI 2004.

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