E.m.-1.2.docx

Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Campo 1

Laboratorio de Electricidad y Magnetismo Departamento de Física

Profesor. Jesus Felipe Lanuza García Aula L3-L3000A Grupo 1301-A Semestre 2019-1 Reporte experimental Practica 2. Carga eléctrica, campo y potencial eléctrico

Integrantes de equipo: García García Alejandro González Bernardino Wullie Maldonado Barquera Gerardo Reyes Castro Ana Belem Vega Aguado Cristian

Introducción Actualmente el uso de la electricidad es de vital importancia para el funcionamiento de aparatos tecnológicos, la electricidad es la parte de la física que ha tenido un desarrollo reciente. Aunque conocidos desde antiguo, los fenómenos eléctricos no empezaron a ser explicados de forma sistemática hasta las postrimerías del siglo XVIII, y sólo a mediados del XIX se descubrió su estrecha relación con otra manifestación común de la naturaleza: el magnetismo. El término eléctrico, y todos sus derivados, tiene su origen en las experiencias realizadas por Tales de Mileto, un filósofo griego que vivió en el siglo VI a.C. Tales estudió el comportamiento de una resina fósil, el ámbar (transcrito del término griego elektron), observando que cuando era frotada con un paño de lana adquiría la propiedad de atraer hacia sí pequeños cuerpos ligeros; los fenómenos análogos a los producidos por Tales con el ámbar se denominaron fenómenos eléctricos y más recientemente fenómenos electrostáticos. La carga eléctrica constituye una propiedad fundamental de la materia. Se manifiesta a través de ciertas fuerzas, denominadas electrostáticas, que son las responsables de los fenómenos eléctricos. Su influencia en el espacio puede describirse con el auxilio de la noción física de campo de fuerzas. El concepto de potencial hace posible una descripción alternativa de dicha influencia en términos de energías. En este reporte hablaremos de un de la energía electrostática, que estudia las acciones producidas entre cargas eléctricas que poseen los cuerpos en reposo. Como sucede de la física, el interés de la electrostática reside no sólo en que describe las características de unas fuerzas fundamentales de la naturaleza, sino también en que facilita la comprensión de sus aplicaciones tecnológicas. Desde el pararrayos hasta la televisión una amplia variedad de dispositivos científicos y técnicos están relacionados con los fenómenos electrostáticos Objetivos Objetivo General Comprender los conocimientos de Campo Eléctrico y Magnético. Adicionalmente, establecer las relaciones o interconexiones correspondientes entre los fundamentos teóricos establecidos en el curso y las aplicaciones en sus respectivas disciplinas. Objetivos Particulares 1. Demostrar experimentalmente la forma de cargar y descargar un cuerpo eléctricamente. 2. Describir el funcionamiento del electroscopio de láminas y el generador Van de Graaff.

3. Describir la configuración de campo eléctrico debido a diferentes formas geométricas de cuerpos cargados eléctricamente. 4. Determinar las superficies equipotenciales debidas a un campo eléctrico uniforme, utilizando la Interfaz con sensor de voltaje. 5. Evaluar el campo eléctrico a partir del gradiente de potencial. Evidencia experimental

Frotamiento de la piel de conejo con la barra de vidrio.

Contacto de la varilla de vidrio con el electroscopio de láminas.

Contacto de la varilla de vidrio con el electroscopio de agujas.

Frotamiento la barra de vidrio con la piel de conejo y acercamiento a la aguja del electroscopio sin que exista contacto (forma de inducción)

Generador Van de Graaff.

Tabla y grafica experimental de resultados de la determinación de superficies equipotenciales debido a un campo eléctrico uniforme existente entre dos placas paralelas.

Análisis de resultados DESARROLLO DEL CUESTIONARIO 1-Frotar la piel de conejo con la barra de vidrio y ponerla en contacto con el electroscopio de aguja como se representa en la figura.

-Explique qué sucede con la aguja del electroscopio. Por lo que se puede apreciar durante la experimentación al frotar con piel de conejo la barra de vidrio esta se carga, entonces al momento de acercar la barra al disco conductor se puede apreciar que el fiel se aleja del soporte por la repulsión de cargas, por otro lado si se acerca la barra al fiel (aguja) habrá una atracción entre las dos y se podrá observar cómo se juntan. Frotar nuevamente la barra de vidrio con la piel de conejo y acercarla lentamente al electroscopio de aguja sin que la toque.

-¿Qué sucede con la aguja del electroscopio? En este caso existe una separación entre el fiel y la barra, si se levanta un poco la barra el fiel lo seguirá hasta cierto punto -Explicar la diferencia entre las preguntas anteriores La diferencia es que se toma condiciones diferentes, el primer sistema funciona como un imán donde la barra se pega con el fiel, en el segundo sistema se genera un campo eléctrico en el que el fiel sostiene diversas interacciones con la barra de vidrio. En la operación del van de graff.

Acercar la esfera de carga inducida al casco del generador Van de Graaff y aproximarla lentamente al electroscopio de láminas.

-En el Generador Van de Graaff, ¿dónde se acumularon las cargas? En este caso la cinta transportadora genera una carga que se transfiere a la bola del van de graff por inducción y al acercar la esfera se produce una carga por contacto, esto hace que reaccione con el electroscopio de láminas. Colocar el siguiente sistema con el van de graff

-Colocar de manera correspondiente los siguientes electrodos en la caja de acrílico con aceite comestible, dibujar las líneas de fuerza para las configuraciones que representan al campo eléctrico debido a los electrodos utilizados. Compare sus configuraciones anteriores con las representaciones de los libros de texto. ¿Qué concluye al respecto?

En este caso el sistema utilizado con las semillas nos demuestra que se forman líneas de campo alrededor de las cargas casi exactas de las que se puede ver que se describen en los libros de texto y se demuestra que estas nunca se juntan entre ellas.

En función de la gráfica obtenida ¿Cómo se comporta el campo eléctrico entre las placas? El campo, E, y el potencial, V, son dos formas distintas de caracterizar el campo eléctrico, interesa fijarse en la relación entre ambos conceptos. Esta expresión supone que la magnitud de la componente del campo eléctrico en la dirección adoptada, x, equivale al ritmo de variación del potencial eléctrico con la distancia. El signo menos recuerda que lo hace dirigiéndose en el sentido hacia donde decrece el potencial.

La ecuación obtenida del anterior gráfico es: 𝑦 = 0.6002𝑥 + 0.377 … … (1) Donde: A= 0.6002 B= 0.377 Comparando con el marco conceptual, tenemos:

Separando variables la componente radial del campo eléctrico es:

Donde: A= Ex B= Error experimental En consecuencia, tenemos que el campo eléctrico es: 𝐸𝑋 = −0.6002

𝑁 𝐶

Donde B, se espera que sea igual a 0 ya que por eso se considera como el error experimental. De acuerdo al marco conceptual se puede apreciar que la relación de voltaje en función de la distancia es lineal. Conociendo el potencial eléctrico en función de la distancia se puede determinar el campo eléctrico asociado a ambas las placas. Represente en tres dimensiones, por medio de un diagrama, las superficies equipotenciales correspondientes a la tabla obtenida en el experimento.

Introduzca en la cuba cualquier objeto metálico limpio y verifique que se comporta como una superficie equipotencial. ¿Sí se comporta el objeto como una superficie equipotencial? Explique

En el caso de que se le inserte cilindro electrostático .El campo en el interior de un material conductor en equilibrio electrostático es nulo, no puede haber carga eléctrica en el interior del mismo. Por tanto, la carga de un conductor se acumula en su superficie. De esta forma, el campo externo es normal a la superficie del conductor. Este hecho implica que la superficie del conductor es equipotencial puesto que la fuerza (paralela al campo) no realiza trabajo. Conclusiones