Informe-campo-electrico-fisica-3-.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMERICA) FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS E.A.P ING. MECÁNICA DE FLUIDOS

TEMA: CAMPO ELÉCTRICO EXPERIENCIA N°3

Curso

:

Laboratorio de física

Profesor

:

Quiñonez Avendaño

Integrantes

:

    

Año

Matos Castro Kevin Anghelo Moreyra Purizaga Jefferson Gamarra Oroz Junior Castagne Pereyra Paulo Blas Miranda Fernando

:

15130072 15130160 15130148 15130063 15130134

2017 Ciudad universitaria, 13 de mayo del 2017

CAMPO ELECTRICO 1.

OBJETIVOS

o o o

Calcular el campo eléctrico y la diferencia de potencial Medir las líneas equipotenciales para luego calcular el campo eléctrico Determinar experimentalmente la relación entre el potencial y la posición para los electrodos.

2. MATERIALES

04 Cables de conexión 01 Un papel milimetrado 01 Cubeta de vidrio y una cucharada de sal

02 Fuente de voltaje

02 Electrodos de cobre

01 Voltímetro

01 Punta de prueba

3. FUNDAMENTO TEORICO

CAMPO ELÉCTRICO Una distribución de cargas, positivas o negativas, da lugar a un campo eléctrico , que actúa sobre cualquier carga colocada en él. El campo eléctrico presente en cualquier punto determinado se puede descubrir colocando una carga de prueba pequeña y positiva llamada ”qo”, en ese lugar, y viendo si experimenta una fuerza.

Una carga de prueba sólo es un sensor : no produce el campo eléctrico que estamos tratando de medir, el campo se debe a otras cargas. La carga de prueba debe estar en reposo , ya que las cargas en movimiento experimentan fuerzas diferentes. El campo eléctrico, E, se puede definir midiendo la magnitud y dirección de la fuerza eléctrica, F, que actúa sobre la carga de prueba. La definición del campo eléctrico es:

Un campo eléctrico queda determinado por:  Intensidad en cada uno de sus puntos.  Líneas de fuerza o líneas de campo.  Potencial en cada uno de sus puntos

LÍNEAS DE CAMPO ELECTRICO Son líneas cuya tangente en un punto coincide con la dirección del campo en ese punto. A mayor concentración de líneas, mayor módulo. En el ejemplo de la moneda, el campo es mayor en las cercanías de esta y disminuye a medida que nos alejamos de ella. Uniendo los puntos en que el campo eléctrico es igual formamos superficies equipotenciales. Representación geométrica Líneas de campo eléctrico correspondientes a una moneda con carga eléctrica positiva.

El campo eléctrico estático se lo representa como un campo vectorial, o como líneas de campo. Las líneas de campo son una ayuda para visualizar el campo y se trazan en un papel en dos dimensiones. Sin embargo suponemos que existen estas líneas en el espacio tridimensional.

RELACION DEL CAMPO ELECTRICO Y DIFERENCIA DE POTENCIAL Después de ver el campo, E, y el potencial, V, son dos formas distintas de caracterizar el campo eléctrico, interesa fijarse en la relación entre ambos conceptos. La relación matemática entre ambos conceptos se expresa diciendo que el campo es igual al gradiente (negativo) del potencial, y esto, limitando el análisis a una sola componente espacial, x, se reduce a:

Expresión que 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 indica que la orientación del campo es la que coincide con el sentido hacia el que el potencial decrece.

En la figura de la izquierda se visualiza esta relación en el caso del campo creado por una carga puntual de signo positivo. En este caso, las líneas de fuerza del campo eléctrico forman un haz que emerge de la carga en todas las direcciones y se dirige hacia el exterior. Junto con ellas, se han dibujado también tres superficies esféricas (1, 2 y 3) con centro en la carga. Son superficies equipotenciales, ya que, como el valor del potencial eléctrico depende únicamente de la carga y de la distancia, en todos los puntos que pertenecen a cada una de estas superficies, el potencial tiene un valor constante. El dibujo completo muestra que, tal como predice la relación escrita un poco más arriba, las líneas del campo eléctrico atraviesan a dichas superficies equipotenciales perpendicularmente y se dirigen desde donde el potencial el mayor (superficie 1) hacia donde es menor (superficie 3).

4. PROCEDIMIENTO

Paso 1  Cogemos la cubeta y lo llenamos con agua aproximadamente 1cm de altura y luego cogemos una cucharadita de sal y lo disolvemos en la cubeta

Paso 2  Ubicamos los electrodos y los ubicamos de extremo a extremo dejando una referencia para elaborar nuestras graficas Paso 3  Hacemos conexión el electrodo circular y el voltimetro en polo negatio  Hacemos conexión en el polo positivo el voltimetro con la fuente y este último con el electrodo rectangular.

Paso 4  Enchufamos la fuente y la encendemos regulando a 5 V para luego proceder a encender Paso 5  Ahora ubicamos una hoja milimetrada debajo de la cubeta como en la figura y de forma paralela otra hoja milimetrada para hacer nuestros trazos correspondientes

Paso 6  Ubiquemos 5 líneas equipotenciales 2 en los extremos y uno en el medio a una distancia del criterio de cada uno

Paso 7  Desplazando la punta de prueba en la cubeta donde el voltímetro permanece constante como mínimo 5 puntos  Ahora trazamos 5 distancias y procedemos a calcular el promedio de ellas Paso 8  Calculamos la magnitud del campo eléctrico en las 5 líneas equipotenciales

5. CUESTIONARIO

1) Determine la magnitud del campo eléctrico entre las líneas equipotenciales ¿El campo eléctrico es uniforme? ¿Por qué? Se dice que un campo eléctrico en una región es uniforme cuando es constante en módulo dirección y sentido en cualquier parte de la region. Cuando esto es así, las líneas de campo son rectas paralelas y las superficies equipotenciales son superficies paralelas entre sí y perpendiculares a las líneas de campo.

2) En su gráfica, dibuje 5 líneas equipotenciales para el sistema de electrodos que utilizo. 3) En su grafica dibuje 3 líneas de fuerza. 4) ¿Cómo serían las líneas equipotenciales si los electrodos son de diferentes formas? Las líneas equipotenciales tomaran la forma del electrodo, así si el electrodo es una placa rectangular las líneas equipotenciales serán rectas paralelas, si el electrodo es una placa circular, las líneas equipotenciales tendrán forma circular.

5) ¿Por qué nunca se cruzan las líneas equipotenciales? El movimiento a lo largo de una superficie equipotencial, no realiza trabajo, porque ese movimiento es siempre perpendicular al campo eléctrico. Además como las líneas equipotenciales son perpendiculares a la superficie del electrodo no se pueden cruzar. Las líneas del campo eléctrico no se cortan, porque si no tendríamos en un punto, dos direcciones diferentes del campo, lo cuales es imposible, debido a la unidireccionalidad del E en un punto. 6) Si usted imaginariamente coloca una carga de prueba en una corriente electrolítica ¿Cuál sería su camino de recorrido? Como las líneas de fuerza se dirigen desde el electrodo positivo al electrodo negativo, entonces, si una carga está cargada positivamente se dirigirá hacia el electrodo negativo y si está cargada negativamente se dirigirá hacia el electrodo positivo, si esta carga tiende a cero no se desplazara y se mantendrá fijo. 7) ¿Por qué las líneas de fuerza deben formar un Angulo recto con las líneas equipotenciales cuantos las cruzan? Las superficies equipotenciales forman un ángulo recto con las líneas de fuerza; de otra forma el campo eléctrico tendría componentes sobre la superficie equipotencial y por ende realizaría trabajo sobre una partícula de prueba. Es obvio que esto no es posible por definición. Entonces, sobre una superficie equipotencial el trabajo es nulo.

8) Siendo 𝐸 =

𝑉𝑏−𝑉𝑎 𝑑

,el error absoluto de E es :

Eabsoluto =𝑥̅ − Xi

- Sabemos que :

De la experiencia en el laboratorio obteniendo 5 Campos eléctricos sacamos su promedio: 𝑥̅ =

𝐸1∗𝐸2∗𝐸3+𝐸4∗ 𝐸5 5

=

0.12+ 0.16+0.19+0.29+0.23 = 5

0.198

- Calculando el Error absoluto:

𝑥̅ 0.198 0.198 0.198 0.198 0.198

Medida 0.12 0.16 0.19 0.29 0.23

9) El error relativo de la medida de es: Erelativo=

𝐸𝑎𝑏𝑜𝑠𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑙

∗ 100 =

0.0496 ∗ 100 0.198

= 25%

Eabsoluto =𝑥̅ − Xi 0.078 0.038 0.008 .0.092 -0.032 Eabsoluto = 0.0496

10) Que semejanza y diferencia existe entre un campo eléctrico y un campo gravitatorio. -El campo gravitatorio no tiene fuentes, sus líneas de campo siempre empiezan en el infinito. -El campo eléctrico, por el contrario, puede tener fuentes y sumideros (serán fuentes las cargas positivas y sumideros las negativas). - Las fuerzas del campo gravitatorio son siempre de atracción, mientras que las del campo eléctrico pueden ser tanto de atracción como de repulsión. -Un punto material sólo crea campos gravitatorios, tanto si está en reposo como si está en movimiento. Una carga eléctrica, por el contrario, crea un campo eléctrico si está en reposo y uno eléctrico y otro magnético si está en movimiento. - Cualquier cuerpo material crea un campo gravitatorio. Para crear un campo eléctrico hace falta, además, que el cuerpo esté cargado. - Un campo eléctrico se puede apantallar, mientras que un campo gravitatorio no. - Una partícula material, en reposo, abandonada a la acción del campo gravitatorio, inicia su movimiento en la dirección y sentido de éste. Sin embargo, una carga, en reposo y abandonada a la acción de un campo eléctrico, lo hace en la dirección del mismo, pero su sentido de movimiento es el del campo si la carga es positiva y el contrario si la carga es negativa. 11) Si el potencial eléctrico es constante a través de una determinada región del espacio ¿Qué puede decirse acerca del campo eléctrico en la misma?. Explique El campo es nulo. Por definición, el campo es igual al negativo del gradiente del potencial (φ): E = − ∇φ. Si el potencial es constante en una región dada del espacio, su derivada será cero en cualquier dirección que se elija. Esto implica que el gradiente de dicho potencial es cero, y por tanto el campo es también cero. Desde otro punto de vista, la relación inversa entre el campo y el potencial está determinada por: φ = − ∫ E • dl, en donde tanto E como l (L minúscula) son vectores. Supongamos que el potencial φ es constante en la región de interés. Como con cualquier integral, al momento de evaluar la integral hay que añadir una constante, la llamada "constante de integración". Si el campo no fuera nulo, el valor del potencial no podría ser constante, pues entonces ∫ E • dl daría un resultado diferente de cero, y dependiente de la longitud de la trayectoria y del campo mismo. Entonces: φ = − ∫ E • dl + C = 0 + C = C que es la premisa de la que partimos.

6. Sugerencias y conclusiones  Por medio de un multímetro se pudo apreciar los puntos donde los potenciales eran iguales, con estos puntos se pudo observar que las líneas equipotenciales son perpendiculares a la superficie del electrodo.

 Con ayuda de un Voltímetro se pudo observar que el potencial eléctrico disminuye mientras más se va acercando al extremo negativo, lo cual nos indica que el potencial eléctrico se dirige del extremo positivo al extremo negativo.

 El campo eléctrico no se puede medir directamente con un instrumento, para eso se emplean métodos indirectos como es la determinación del potencial eléctrico para la determinación del campo eléctrico.

 No pueden encontrarse nunca dos líneas de campo y esto se deduce del hecho de que E tiene una dirección única en cualquier punto del espacio

 Se comprobó la existencia de superficies equipotenciales a cierta distancia del electrodo1 (anillo); dichas superficies equipotenciales empezaban en forma de curva alrededor del electrodo; a medida que se iba alejándose del electrodo 1; la superficie equipotencial se iba transformando más en una recta.

 Las líneas de fuerza que salen del campo eléctrico nunca se cruzan entre sí, debido a que para cada punto de la carga positiva de donde salen, le corresponde otro punto único y diferente de la carga negativa a la que llega.

 Las líneas de fuerza forman un ángulo recto con las líneas equipotenciales, ya que al ser las primeras paralelas a la superficie del cuerpo, es decir, salen tangencialmente a este, mientras que las líneas equipotenciales son perpendiculares al plano de la superficie, con lo que ambas líneas al cruzarse forman un ángulo recto.

 En un campo eléctrico uniforme, la magnitud de esta es constante a lo largo de todo punto del recorrido de la partícula, ya que el campo eléctrico es independiente de la trayectoria descrita.

 Para un cuerpo que se encuentra a una distancia infinitamente larga de una carga puntual, entonces el trabajo realizado para atraer dicho cuerpo hasta la carga puntual se denomina Potencial Absoluto.

 El campo eléctrico es una magnitud vectorial, ya que se encuentra en el ámbito de una campo vectorial, que se manifiesta en líneas de fuerza que tienen una dirección, magnitud y sentido.

 El potencial eléctrico relaciona en proporción directa la magnitud de campo eléctrico electrostático generado por cada carga con respecto a una carga puntual de referencia e inversamente proporcional a la distancia que separa dichas cargas.