Practica_electro_.docx
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- Pages: 5
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERIA Y CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS
ACADEMIA DE FISICA
LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO
CAMPO ELECTRICO Y POTENCIAL ELECTROSTATICO
Integrantes: Díaz García Pamela Abigail Domínguez Pérez Pedro Flores Galicia Rolando González Arazate Adrián Luna Arroyo Fermín
Profesor: José María Alfonso Ocho Cano Secuencia: 2IV32
Fecha de realización del experimento: 17-AGOSTO-2016 Fecha de entrega del reporte: 24-AGOSTO-2016
CAMPO ELECTRICO Y POTENCIAL ELECTROSTATICO RESUMEN Se realizó un experimento para la demostración de un campo eléctrico en las cercanías de un conductor esférico electrizado el cual consiste en que una esfera, fuera electrizada por la conducción de calor, teniendo el campo eléctrico en un punto cualquiera se podrá evaluar la fuerza ejercida sobre una esfera cualquiera situada en un punto sin necesidad de preocuparnos por la distribución de carga que lo produce. Díaz P., Domínguez P., Flores R., González A., Luna F. PALARAS CLAVE:
CAMPO ELECTRICO POTENCIAL ELECTROESTATICO CARGA DE PRUEBA POTENCIAL ELECTRICO
INTRODUCCIÓN: El presente reporte se elaboró con el fin de ampliar el conocimiento respecto a la práctica realizada en el laboratorio, sustentando la elaboración del experimento con un marco teórico, así como para presentar datos, un análisis del experimento y las conclusiones obtenidas al llevar a cabo el experimento. OBJETIVO: El alumno, dado un cuerpo electrizado será capaz de: Detectar la existencia de campo eléctrico en la vecindad de este Analizar el efecto que este campo ejerce sobre un material colocado dentro de el Obtener una descripción gráfica del campo eléctrico para diferentes arreglos de electrodos Medir el potencial electrostático en puntos cercanos a la superficie de un conductor esférico Determinar una relación entre la magnitud de la intensidad del campo eléctrico en un punto y la distancia de este punto al centro de la configuración de la carga Delimitar la validez de las relaciones encontradas en los objetos 5 y 6
HIPOTESIS 1 2 MARCO TEORICO MARCO CONCEPTUAL CAMPO ELECTRICO: 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 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛
=
𝑁
𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏 𝐶
Al existir una carga sabemos que hay un campo eléctrico entrante o saliente de la misma, pero éste es comprobable únicamente al incluir una segunda carga (denominada carga de prueba) y medir la existencia de una fuerza sobre esta segunda carga. Una distribución de cargas eléctricas estáticas genera un campo eléctrico independiente del tiempo, que representaremos por el vector E.
El campo eléctrico E, en un punto del espacio determinado por el vector posición r (r
xi yj zk ) se define como la fuerza
eléctrica por unidad de carga que actúa sobre una carga de prueba localizada en el punto r:
E( r )
F(r ) q0
(1)
La carga de prueba qo, es positiva y suficientemente pequeña como para no modificar la distribución de carga que crea el campo.
curva C en el espacio donde existe un campo eléctrico E. Para un desplazamiento infinitesimal ds, (
ds dxi dyj dzk ), El diferencial de
trabajo dW realizado por el campo eléctrico E, para desplazar a la carga q a velocidad constante, está dado por: dW = q E.ds Donde ds es el desplazamiento diferencial de longitud. La energía potencial del campo eléctrico (U) estará dada por: dU = - q E.ds.
Cuando una carga q se coloca en un campo E, la fuerza electrostática sobre la carga es qE. Esta fuerza es la suma de las fuerzas individuales ejercidas por las cargas que crean el campo E (principio de superposición). Como las fuerzas coulomb son conservativas, la fuerza qE también lo es. POTENCIAL ELECTROSTATICO: Es el trabajo que tiene que realizar una fuerza exterior para llevar una carga q' desde el infinito al punto en presencia de una carga q Consideremos que la carga q se desplaza desde un punto A a otro B por una cierta
DESARROLLO Materiales: A. B. C. D. E. F.
1 Generador electroestático 1 Voltímetro electroestático Una esfera conductora hueca Un electroscopio Una vela Una cuba electroestática, aceite resino y aserrín G. Un retroproyector H. 4 juegos de electrodos I. 8 cables caimán-caimán J. 8 cables banana caimán
Para un desplazamiento finito de la carga q entre los puntos A y B, el cambio de energía potencial está dado por: B
U U B U A q E. ds (2) A
La integración se efectúa a lo largo de la trayectoria C (integral de línea). Como qE es conservativo, esta integral de línea no depende de la trayectoria seguida de A a B. La
cantidad
U q
recibe
potencial
el
nombre
de
eléctrico.
K. Una cartulina EXPERIMENTO COMPORTAMIENTO DEL CAMPO ELÉCTRICO EN LAS CERCANÍAS DE UN CONDUCTOR ESFÉRICO ELECTRIZADO: 1. Se conectó la terminal positiva del generador electrostático en la conexión de la esfera hueca. 2. Se conectó la terminal positiva del voltímetro electrostático a la zonda y a la terminal de tierra. 3. Se activó el generador, se tomaron unos minutos para que se estabilizara, se
4. 5. 6.
7. 8.
9.
verifico que el generador estuviera estabilizado. Se colocó sobre la mesa una cartulina graduada. Se colocó la esfera hueca a una distancia de 30 cm del generador. Se procedió a prender la vela y pasar la flama con una separación de 3cm de separación de la esfera. Se tomó la lectura de la aguja del voltímetro Se procedió a recorrer la esfera 1cm para posteriormente a pasar la vela de nuevo por la esfera hueca. Se tomó la lectura de la aguja del voltímetro
En el experimento comportamiento del campo eléctrico en las cercanías de un conductor esférico electrizado se observo que al pasar la flama de la vela entre la esfera se generaba un campo eléctrico funcionando la esfera como un conductor esférico electrizado por la presencia del calor.
1/r (cm)
1/r^2 (cm)
0.027777778 0.028571429 0.029411765 0.03030303 0.03125 0.032258065 0.033333333 0.034482759 0.035714286 0.037037037 0.038461538 0.04 0.041666667 0.043478261 0.045454545 0.047619048 0.05
0.000771605 0.000816327 0.000865052 0.000918274 0.000976563 0.001040583 0.001111111 0.001189061 0.00127551 0.001371742 0.00147929 0.0016 0.001736111 0.001890359 0.002066116 0.002267574 0.0025
Potencial eléctrico 1 (KV) 2.8 3 3.7 4 4.5 4.6 4.9 5 5.2 5.5 5.7 5.8 6 6.1 6.3 6.4 7
EXPERIMENTO MATERIALIZACIÓN LAS LINEAS DE FUERZA:
DE
1. Se colocó el retroproyector en la mesa y se conecto a la entrada de luz 2. Se colocó la charola con aceite de resino y aserrín. 3. Se eligieron dos electrodos y se conectaron en las terminales del generador 4. Se activó el generador, enfocando el retroproyector hacia la pizarra En el experimento de materialización de las líneas de fuerza se pudo visualizar y analizar que al conectar el generador a los electrodos se desarrollo una configuración electrónica e intensidad de campo eléctrico, se observo coma el aserrín realizaba un movimiento, concluyendo que de acuerdo a la correspondencia que si había mayor línea es porque mayor era la magnitud del campo eléctrico
1/r (cm)
1/r^2 (cm)
0.027777778 0.028571429 0.029411765 0.03030303 0.03125 0.032258065 0.033333333 0.034482759 0.035714286 0.037037037 0.038461538 0.04 0.041666667 0.043478261 0.045454545 0.047619048 0.05
0.000771605 0.000816327 0.000865052 0.000918274 0.000976563 0.001040583 0.001111111 0.001189061 0.00127551 0.001371742 0.00147929 0.0016 0.001736111 0.001890359 0.002066116 0.002267574 0.0025
Potencial eléctrico 2 (KV) 3 4 4.3 4.6 4.8 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.9 6.1 6.2 6.5 6.6 6.9
Potencial electrico 1y =(KV) 164.9x - 0.9918
Potencial electrico 1 (KV)
R² = 0.8986
Potencial eléctrico (KV)
7
6 5 4 3 2
5 4 3 2 1 0 0.025
1
0
19
24
29 Distancia r (cm)
7 6 5 4 3 2 1
0 24
29
Distancia r (cm)
CONCLUSIONES REFERENCIAS
34
0.035
0.04
0.045
0.05
1/r (1/cm)
ANALI SIS DEL EXPERI MENT O LEY EMPIRI CA
19
0.03
34
Potencial electrico 2 (KV) Potencial eléctrico (KV)
6
LEY FISICA EXPERI MENT AL
Potencial electricoy 2= 136.49x (KV) + 0.3558 R² = 0.8672
7
Potencial eléctrico (KV)
Potencial eléctrico (KV)
7
6 5 4 3 2 1
0 0.025
0.03
0.035
0.04
1/r en (1/ cm)
0.045
0.05
ACADEMIA DE FISICA
LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO
CAMPO ELECTRICO Y POTENCIAL ELECTROSTATICO
Integrantes: Díaz García Pamela Abigail Domínguez Pérez Pedro Flores Galicia Rolando González Arazate Adrián Luna Arroyo Fermín
Profesor: José María Alfonso Ocho Cano Secuencia: 2IV32
Fecha de realización del experimento: 17-AGOSTO-2016 Fecha de entrega del reporte: 24-AGOSTO-2016
CAMPO ELECTRICO Y POTENCIAL ELECTROSTATICO RESUMEN Se realizó un experimento para la demostración de un campo eléctrico en las cercanías de un conductor esférico electrizado el cual consiste en que una esfera, fuera electrizada por la conducción de calor, teniendo el campo eléctrico en un punto cualquiera se podrá evaluar la fuerza ejercida sobre una esfera cualquiera situada en un punto sin necesidad de preocuparnos por la distribución de carga que lo produce. Díaz P., Domínguez P., Flores R., González A., Luna F. PALARAS CLAVE:
CAMPO ELECTRICO POTENCIAL ELECTROESTATICO CARGA DE PRUEBA POTENCIAL ELECTRICO
INTRODUCCIÓN: El presente reporte se elaboró con el fin de ampliar el conocimiento respecto a la práctica realizada en el laboratorio, sustentando la elaboración del experimento con un marco teórico, así como para presentar datos, un análisis del experimento y las conclusiones obtenidas al llevar a cabo el experimento. OBJETIVO: El alumno, dado un cuerpo electrizado será capaz de: Detectar la existencia de campo eléctrico en la vecindad de este Analizar el efecto que este campo ejerce sobre un material colocado dentro de el Obtener una descripción gráfica del campo eléctrico para diferentes arreglos de electrodos Medir el potencial electrostático en puntos cercanos a la superficie de un conductor esférico Determinar una relación entre la magnitud de la intensidad del campo eléctrico en un punto y la distancia de este punto al centro de la configuración de la carga Delimitar la validez de las relaciones encontradas en los objetos 5 y 6
HIPOTESIS 1 2 MARCO TEORICO MARCO CONCEPTUAL CAMPO ELECTRICO: 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 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛
=
𝑁
𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏 𝐶
Al existir una carga sabemos que hay un campo eléctrico entrante o saliente de la misma, pero éste es comprobable únicamente al incluir una segunda carga (denominada carga de prueba) y medir la existencia de una fuerza sobre esta segunda carga. Una distribución de cargas eléctricas estáticas genera un campo eléctrico independiente del tiempo, que representaremos por el vector E.
El campo eléctrico E, en un punto del espacio determinado por el vector posición r (r
xi yj zk ) se define como la fuerza
eléctrica por unidad de carga que actúa sobre una carga de prueba localizada en el punto r:
E( r )
F(r ) q0
(1)
La carga de prueba qo, es positiva y suficientemente pequeña como para no modificar la distribución de carga que crea el campo.
curva C en el espacio donde existe un campo eléctrico E. Para un desplazamiento infinitesimal ds, (
ds dxi dyj dzk ), El diferencial de
trabajo dW realizado por el campo eléctrico E, para desplazar a la carga q a velocidad constante, está dado por: dW = q E.ds Donde ds es el desplazamiento diferencial de longitud. La energía potencial del campo eléctrico (U) estará dada por: dU = - q E.ds.
Cuando una carga q se coloca en un campo E, la fuerza electrostática sobre la carga es qE. Esta fuerza es la suma de las fuerzas individuales ejercidas por las cargas que crean el campo E (principio de superposición). Como las fuerzas coulomb son conservativas, la fuerza qE también lo es. POTENCIAL ELECTROSTATICO: Es el trabajo que tiene que realizar una fuerza exterior para llevar una carga q' desde el infinito al punto en presencia de una carga q Consideremos que la carga q se desplaza desde un punto A a otro B por una cierta
DESARROLLO Materiales: A. B. C. D. E. F.
1 Generador electroestático 1 Voltímetro electroestático Una esfera conductora hueca Un electroscopio Una vela Una cuba electroestática, aceite resino y aserrín G. Un retroproyector H. 4 juegos de electrodos I. 8 cables caimán-caimán J. 8 cables banana caimán
Para un desplazamiento finito de la carga q entre los puntos A y B, el cambio de energía potencial está dado por: B
U U B U A q E. ds (2) A
La integración se efectúa a lo largo de la trayectoria C (integral de línea). Como qE es conservativo, esta integral de línea no depende de la trayectoria seguida de A a B. La
cantidad
U q
recibe
potencial
el
nombre
de
eléctrico.
K. Una cartulina EXPERIMENTO COMPORTAMIENTO DEL CAMPO ELÉCTRICO EN LAS CERCANÍAS DE UN CONDUCTOR ESFÉRICO ELECTRIZADO: 1. Se conectó la terminal positiva del generador electrostático en la conexión de la esfera hueca. 2. Se conectó la terminal positiva del voltímetro electrostático a la zonda y a la terminal de tierra. 3. Se activó el generador, se tomaron unos minutos para que se estabilizara, se
4. 5. 6.
7. 8.
9.
verifico que el generador estuviera estabilizado. Se colocó sobre la mesa una cartulina graduada. Se colocó la esfera hueca a una distancia de 30 cm del generador. Se procedió a prender la vela y pasar la flama con una separación de 3cm de separación de la esfera. Se tomó la lectura de la aguja del voltímetro Se procedió a recorrer la esfera 1cm para posteriormente a pasar la vela de nuevo por la esfera hueca. Se tomó la lectura de la aguja del voltímetro
En el experimento comportamiento del campo eléctrico en las cercanías de un conductor esférico electrizado se observo que al pasar la flama de la vela entre la esfera se generaba un campo eléctrico funcionando la esfera como un conductor esférico electrizado por la presencia del calor.
1/r (cm)
1/r^2 (cm)
0.027777778 0.028571429 0.029411765 0.03030303 0.03125 0.032258065 0.033333333 0.034482759 0.035714286 0.037037037 0.038461538 0.04 0.041666667 0.043478261 0.045454545 0.047619048 0.05
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Potencial eléctrico 1 (KV) 2.8 3 3.7 4 4.5 4.6 4.9 5 5.2 5.5 5.7 5.8 6 6.1 6.3 6.4 7
EXPERIMENTO MATERIALIZACIÓN LAS LINEAS DE FUERZA:
DE
1. Se colocó el retroproyector en la mesa y se conecto a la entrada de luz 2. Se colocó la charola con aceite de resino y aserrín. 3. Se eligieron dos electrodos y se conectaron en las terminales del generador 4. Se activó el generador, enfocando el retroproyector hacia la pizarra En el experimento de materialización de las líneas de fuerza se pudo visualizar y analizar que al conectar el generador a los electrodos se desarrollo una configuración electrónica e intensidad de campo eléctrico, se observo coma el aserrín realizaba un movimiento, concluyendo que de acuerdo a la correspondencia que si había mayor línea es porque mayor era la magnitud del campo eléctrico
1/r (cm)
1/r^2 (cm)
0.027777778 0.028571429 0.029411765 0.03030303 0.03125 0.032258065 0.033333333 0.034482759 0.035714286 0.037037037 0.038461538 0.04 0.041666667 0.043478261 0.045454545 0.047619048 0.05
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Potencial eléctrico 2 (KV) 3 4 4.3 4.6 4.8 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.9 6.1 6.2 6.5 6.6 6.9
Potencial electrico 1y =(KV) 164.9x - 0.9918
Potencial electrico 1 (KV)
R² = 0.8986
Potencial eléctrico (KV)
7
6 5 4 3 2
5 4 3 2 1 0 0.025
1
0
19
24
29 Distancia r (cm)
7 6 5 4 3 2 1
0 24
29
Distancia r (cm)
CONCLUSIONES REFERENCIAS
34
0.035
0.04
0.045
0.05
1/r (1/cm)
ANALI SIS DEL EXPERI MENT O LEY EMPIRI CA
19
0.03
34
Potencial electrico 2 (KV) Potencial eléctrico (KV)
6
LEY FISICA EXPERI MENT AL
Potencial electricoy 2= 136.49x (KV) + 0.3558 R² = 0.8672
7
Potencial eléctrico (KV)
Potencial eléctrico (KV)
7
6 5 4 3 2 1
0 0.025
0.03
0.035
0.04
1/r en (1/ cm)
0.045
0.05
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