Laboratorio - Campo Y Potencial Electrico.docx

LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNÉTICA CAMPO Y POTENCIAL ELECTRICO

ANGIE ANDREA BAYONA VILLABONA - 1151549 JORGE ANDRÉS MOJICA VILLAMIZAR - 1151483 NAZLY MILENA CARDENAS COTE - 1161414

PRESENTADO A: JHON JAIRO SOLARTE DOCENTE

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER SAN JOSÉ DE CÚCUTA FISICA ELECTROMAGNÉTICA TECER SEMESTRE 2017

1. RESUMEN

Por medio del siguiente informe de laboratorio se relaciona el contenido correspondiente al laboratorio de “Campo y Potencial Eléctrico”, en donde se encuentran detalladamente resueltos los procedimientos y operaciones de los experimentos realizados en clase, junto con las tablas de registro de datos. La carga eléctrica que se encuentra inmersa dentro de un determinado conductor eléctrico está almacenada en su superficie, generando que su campo eléctrico en el interior del mismo sea cero, y que el trabajo neto realizado sobre una carga específica de prueba por la superficie hacia cualquier trayectoria interior sea igualmente cero. Por lo tanto, se puede concluir que el potencial eléctrico en el interior de la esfera es constante e igual al de su superficie. Si introducimos una carga q' en el seno de un campo eléctrico, la carga sufrirá la acción de una fuerza eléctrica y como consecuencia de esto, adquirirá cierta energía potencial eléctrica (también conocida como energía potencial electrostática). Si lo vemos desde una perspectiva más simple, podemos pensar que el campo eléctrico crea un área de influencia donde cada uno de sus puntos tienen la propiedad de poder conferir una energía potencial a cualquier carga que se sitúe en su interior. A partir de este razonamiento, se establece una nueva magnitud escalar propia de los campos eléctricos denominada potencial eléctrico y que representa la energía potencial electrostática que adquiere una unidad de carga positiva si la situamos en dicho punto.

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2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL

Determinar la relación entre la intensidad del campo eléctrico u la diferencia de potencial para la esfera conductora.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Determinar la relación entre la intensidad del campo eléctrico y el potencial eléctrico, a una distancia fija r, medida desde el centro de una esfera conductora.

2. Determinar la relación entre la intensidad de campo eléctrico y la distancia r, medida desde del centro de una esfera conductora, cuyo potencial eléctrico se mantendrá constante.

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3. MARCO TEORICO

3.1 POTENCIAL ELÉCTRICO

El 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.

Donde:

 V es el potencial eléctrico en un punto del campo eléctrico. Su unidad en el S.I. es el julio por culombio (J/C) que en honor a Alesandro Volta recibe el nombre de Voltio.

 Ep es la energía potencial eléctrica que adquiere una carga testigo positiva q' al situarla en ese punto.

El hecho de que todas las magnitudes sean escalares, permite que el estudio del campo eléctrico sea más sencillo. De esta forma, si conocemos el valor del potencial eléctrico V en un punto, podemos determinar que la energía potencial eléctrica de una carga q situada en él es:

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3.2 POTENCIAL ELÉCTRICO CREADO POR UNA CARGA PUNTUAL

una única carga q es capaz de crear un campo eléctrico a su alrededor. Si en dicho campo introducimos una carga testigo q' entonces, atendiendo a la definición de energía potencial eléctrica de dos cargas puntuales:

El potencial eléctrico del campo eléctrico creado por una carga puntual q se obtiene por medio de la siguiente expresión:

donde:

 V es el potencial eléctrico en un punto.  K es la constante de la ley de Coulomb.  q es la carga puntual que crea el campo eléctrico.  r es la distancia entre la carga y el punto donde medimos el potencial.

Es decir, que:



Si la carga q es positiva, la energía potencial es positiva y el potencial eléctrico V es positivo. Por otro lado, si la carga q es negativa, la energía el potencial es negativa y el potencial eléctrico V es negativo.



Si no existe carga, la energía potencial y el potencial eléctrico es nulo.



El potencial eléctrico no depende de la carga testigo q' que introducimos para medirlo.

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3.3 POTENCIAL ELÉCTRICO CREADO POR VARIAS CARGAS PUNTUALES

Si el campo eléctrico es creado por varias cargas puntuales, el potencial eléctrico en un punto sigue el principio de superposición:

El potencial eléctrico originado por n cargas puntuales en un punto de un campo eléctrico es la suma escalar de los potenciales eléctricos en dicho punto creados por cada una de las cargas por separado.

O su fórmula alternativa, expresada de otra forma:

3.4 DIFERENCIA DE POTENCIAL ELÉCTRICO

Si dos puntos de un campo eléctrico poseen distinto potencial eléctrico, entre ambos puntos existe lo que se denomina una diferencia de potencial o tensión, ΔV. Este valor se encuentra íntimamente relacionado con el trabajo eléctrico. Por definición, el trabajo que debe realizar un campo eléctrico para trasladar una carga q desde un punto A a otro B dentro del campo se obtiene por medio de la siguiente expresión:

La diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos A y B de un campo eléctrico es el opuesto del trabajo realizado por el campo eléctrico para trasladar una unidad de carga positiva desde el punto A al B.

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4. PROCESAMIENTO DE DATOS

A) Relación entre el Campo Eléctrico y el Potencial Eléctrico 1. Calcule los valores de V´ (Ecuación 3) en la tabla 1. Construya la gráfica de V´ vs E. Solución: V ´=  V ´=

 V ´=

 V ´=

 V ´=

 V ´=



R .V r Para 500 Voltios (V) 0.02 .(500) 0.24

V ´ =41.66

Para 1000 Voltios (V) 0.02 .(1000) 0.24

V ´ =83.33

Para 1500 Voltios (V) 0.02 .(1500) 0.24

V ´ =125

Para 2000 Voltios (V) 0.02 .(2000) 0.24

V ´ =166.66

Para 2500 Voltios (V) 0.02 .(2500) 0.24

V ´ =208.33

Para 3000 Voltios (V)

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V ´=

0.02 .(3000) 0.24

V ´ =250

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2. ¿Cuál es la forma del gráfico obtenido? ¿Pasa por el origen? Solución: La forma de gráfico obtenido en la relación de V´ vs E es una recta ascendente para cada uno de los puntos graficados respectivamente, la cual pasa por el origen o punto (0, 0). 3. ¿Qué tipo de relación existe entre E y V´ (proporcional directa, proporcional inversa, exponencial, etc.)? ¿Es el tipo de relación que esperaba? Explique. Solución: La relación existente en la gráfica de V´ vs E es directamente proporcional o proporcional directa, ya que en la medida en que aumenta V´, automáticamente también aumenta E para los puntos graficados. Efectivamente, la gráfica generó el tipo de relación esperado, puesto que en primer lugar, al observar la tabla de registro de datos, cada uno de los valores de las variables aumentaban paralelamente, y en segundo lugar, entre mayor aplicación de unidades de V´, también se evidenciará un aumento para cada uno de los valores de E. 4. Si el grafico obtenido es una recta que pasa por el origen, obtenga el valor de la pendiente. ¿Qué unidades tiene dicha pendiente? ¿Qué representa? Solución:  m1=

 m2=

P1(255, 41.66); P2(570, 83.33) y 2− y 1 x 2−x 1

m1=

83.33−41.66 570−255

m1=0.1322

P3(1140, 166.66); P4(1405, 208.33) y 2− y 1 x 2−x 1

mprom=

m2=

0.1322+0.1572 2

208.33−166.66 1405−1140

m2=0.1572

mprom=0.1447

Las unidades de la pendiente son Voltios sobre Newton por unidad de Coulomb. Por otro lado, la pendiente representa el grado de inclinación del fenómeno estudiado, que para nuestro caso será la relación de proporcionalidad resultante de la gráfica de gráfica de V´ vs E.

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5. Determine la ecuación experimental que relaciona E y V. R .V r² B) Relación entre el Campo Eléctrico y la Distancia a la Esfera Conductora E=

Solución:

1. Complete los datos de la tabla 2. Solución: r (cm) 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24

E 2.58 1.17 0.66 0.42 0.30

r² 0.0064 0.0144 0.0256 0.04 0.0576

1/r² 156.25 69.44 39.0625 25 17.36

2. Construya la gráfica de E vs r con los datos de la tabla 2 y trace la curva que mejor describa la tendencia de los puntos Solución:

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3. Elabore una gráfica de E vs 1/r² y determine la pendiente.

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Solución:



P1(156.25, 2.58); P2(69.44, 1.17)

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m1=

 m2=

y 2− y 1 x 2−x 1

m1=

1.17−2.58 69.44−156.25

m1=0.0162

P3(0.30, 0.42); P4(17.36, 25) y 2− y 1 x 2−x 1

mprom=

m2=

0.30−0.42 17.36−25

0.0162+0.0157 2

m2=0.0157

mprom=2.5 x 10 ¯ 4

4. ¿Qué información proporciona está pendiente? Solución: El valor de ésta pendiente representa la magnitud de la relación existente entre E vs 1/r², en la que se puede observar que, siendo un valor pequeño, corresponden a los fenómenos eléctricos que existen entre la esfera conductora y el campo eléctrico producido. 5. Calcule la carga q de la esfera conductora a partir del valor de esta pendiente. Solución: Q=4. π . Eo . R .V Q=4. π .(8.85 x 10 ¯ ¹²). (0.02) .(300)

Q=6.67 x 10¯ ¹ ° 6. ¿Cuáles podrían ser las causas de error más importantes y específicas, tanto en la parte A como en la parte B de este experimento? Explique.  Utilización inadecuada de los instrumentos de laboratorio.  Mediciones tomadas sin exactitud.  Errores de interpretación de datos y valores.  Ejecución del procedimiento de laboratorio de formas diferentes.  Configuración errónea de los equipos de laboratorio.

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5. CONCLUSIONES

 En la parte práctica, se realizaron los diferentes montajes con la esfera conductora con ayuda de los equipos de laboratorio, con el fin de determinar las mediciones en materia de electricidad.  El valor real del campo eléctrico corresponde al doble del valor leído en el medidor respecto a cada medición.  La relación de proporcionalidad de la gráfica de V´ vs E es directa, ya que aumenta para cada uno de los valores correspondientes a los diferentes puntos de las variables anteriormente mencionadas.  El valor de los Kilovoltios (Kv), se debe expresar en Voltios (V) netos, por lo tanto, se procederá a multiplicar por 1000 el valor que se va a convertir respectivamente.

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