Campo Electrico

 

“Universidad Nacional San Antonio  A b a d d e l C u s c o ” 

Tema: Campo eléctrico entre 2 placas y líneas equipotenciales C u r s o :  Físic  Física a II IIII (Labor (L aboratori atorio) o) G r u p o :  Miércoles 1pm-3pm  P r o f e s o r :  Aleja  Alejandro ndro Cald Calderón erón  A l u m n o : Cavero Yábar Benjamín Ed  Código:

160376

Cusco – Perú 2019

 

Campo eléctrico entre 2 placas y líneas equipotenciales Objetivo: Observar el espectro del campo eléctrico en un plano producido por una distribución de carga obtenido a partir de la visualización de las líneas equipotenciales y el trazado de las líneas de campo.

Marco teórico: El concepto de campo eléctrico como vector no fue apreciado entre los primeros físicos, de ellos uno de los más importantes fue Michel Faraday (1791 – 1867), quien pensó siempre en función de líneas de fuerza. Las líneas de fuerza siguen siendo una manera conveniente de representarse en la mente la forma de los campos eléctricos. Se las usa con este fin, pero en general no se las usa cuantitativamente. Es posible conseguir una representación gráfica de un campo de fuerzas empleando las llamadas líneas de fuerza. Son líneas imaginarias que describen, si los hubiere, los cambios en dirección de las fuerzas al pasar de un punto a otro. En el caso del campo eléctrico, las líneas de fuerza indican las trayectorias que seguirían las partículas positivas si se las abandonase libremente a la influencia de Universidad Nacional del Nordeste La relación entre las líneas de fuerza y el vector intensidad de campo es la siguiente: 1 - El campo eléctrico será un vector tangente a la línea de fuerza en cualquier punto considerado. 2 – Las líneas de fuerza se dibujan de modo que el número de líneas por unidad de superficie de sección transversal sea proporcional a la magnitud de campo. En donde las líneas están muy cercanas, el campo es grande y en donde están separadas es pequeño. Una carga puntual positiva dará lugar a un mapa de líneas de fuerza radiales, pues las fuerzas eléctricas actúan siempre en la dirección de la línea que une a las cargas interactuantes, y dirigidas hacia fuera porque las cargas móviles positivas se desplazarían en ese sentido (fuerzas repulsivas). En el caso del campo debido a una carga puntual negativa el mapa de líneas de fuerza sería análogo, pero dirigidas hacia la carga central. Como consecuencia de lo anterior, en el caso de los campos debidos a varias cargas las líneas de fuerza nacen siempre de las cargas positivas y mueren en las negativas. Se dice por ello

 

que las primeras son «manantiales» y las segundas «sumideros» de líneas de fuerza.

Equipo y materiales:        

Fuente DC Voltimetro  Amperimetro  Amperime tro Cubeta electrolítica Electrodos de cobre Punte exploradora Cables de conexión Solucion de sulfato de cobre

Diagrama de instalación:

Procedimiento: 1) En papel milimetrado milimetrado dibujar dibujar los ejes ejes coordena coordenados. dos. 2) Colocar Colocar la cubeta cubeta electrolítica electrolítica sobre sobre el papel, papel, luego luego vierte la solución solución de sulfato de cobre en la cubeta. 3) Instale el circuito circuito con los los electrodos electrodos como se muestra muestra en la imagen. imagen. 4) Mida la intensida intensidad d de corriente corriente eléctrica, eléctrica, mno debe exeder de de 0.02 A. 5) lo Tomando Tomand o como reyferencia la la placa negativa , mueva la punta exploradora exploradora a largo del eje Xreferencia complete tablanegativa, 1.

 

TABLA 1

d(cm ) V(V)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

0.1 8

0.2 9

0. 4

0.5 2

0.6 4

0.7 5

0.8 7

0.9 8

1. 1

1.2 2

1.3 3

1.4 5

1.58

6) Elija 5 puntos puntos de referencia referencia equidistant equidistantes es sobre el el eje X y desígnelos desígnelos por  A,B,C,D  A,B,C, D y E. 7) Usando Usando el voltímetro voltímetro detecte 8 puntos puntos de igual igual potencial potencial para cada cada punto de de referencia, registre los datos en la tabla 2. TABLA 2

Superficie equipotencia l A

Tensión (V)

4.24

 

10,3

10,9

10,1.13

10,1.6

10,-1

10,-16

10,-19

10,-2

B

3.25

 

5,0.5

5,1

5,1.5

5,2

5,-0.5

5,-1

5,-1.5

5,-20

C

2.50

 

0.1

0.1.5

0.2

0.2.2

0.-1

0,-1.5

0,-2

0,-2.3

D

1.71

 

-5,0.5

-5,1

-5,1.5

-5,1.9

-5,-0.5

-5,-1.2

-5,-2

-5,-2.1

E

0.87

 

-10,0.5

-10,1

-10,1.5

-10,2

-10,0.5

-1 -10, 0,-1 -1

-1 -10, 0,-1.5

-10,-2

12.1,2.5 5.6,2.5 0.2,2.5 -5.1,-4 -10,-4

Coordenadas (x,y)

8) Cambia la la posición posición de los los electrodos electrodos y llene llene las tablas tablas 3 y 4

TABLA 3

Superficie equipotencial A

Tensión (V) 4.38  

B

3.37

C

Coordenadas (x,y) 9.92,1

9.1,1.5

9,2

 

9.98,0. 5 4.9,0.5

10 10.3 .3,,-1 1

0.1,2.5 -5,4

10.1,0.5 5.1,0.5 0,-0.5 -4.9,-1

-4 -4.9,-2

11 11.1 .1,,1.5 5. 5.25 25,,1.5 0.1,1.5 -5,-3

4.9,1

4.8,1.5

4.8,2.5

2.55

 

0,0.5 0,

0,1

D

1.8

 

-5,1

-5,2

0.1,1.5 -4.9,3

E

0.93

 

-10,1

-10,2

-10,3

-10,4

-10,-1

-10,-2

-10,-3

5. 5.2, 2,-1 -1 0.1,-1

 

TABLA 4

Superficie equipotencial

Tensión (V)

A

4.40

 

9.8,1

9.6,2

9,3

9.6,4

10.3,-1

10 10.6,-2

11 11.2,-3

11 11.7,-4

B

3.35

 

4.9,1

4.8,2

4.8,3

4.7,4

5.1,-1

5.2,-2

5.3,-3

5.5,-4

C

2.52

 

0,1

0,2

0,3

0,4

0,-1

0,-2

0,-3

0,-4

D

1.73

 

-5,1

-4.8,2

-4.8,3

-4.7,4

-5.2,-1

-5.3,-2

-5.4,-3

-5.6,-4

E

0.82

 

-9.9,1

-9.8,2 8,2

-9.7,3

-9.7,4

-10.1,1

-10.4,2

-10.9,3

-11.1,4

Coordenadas (x,y)

Observaciones experimentales: 1) Incremente Incremente la tensión tensión para el el circuito, circuito, Anote Anote lo que observa observa  Aumenta la capacidad capacidad de energía energía de de transmisión. transmisión. 2) Cambie la la solución solución de sulfato sulfato de cobre cobre por agua, anote anote lo que que observa. observa.  Al hacer hacer esto ocurre ocurre lo siguiente siguiente:: 3)

La te tens nsió ión n es muy muy baja baja.. Es m men enos os cond conduc uctor tor que que el sulfa sulfato to de de cobr cobre. e. Di Dism smin inuy uyo o el el cam campo po eléc eléctr tric ico. o. ¿Cómo ¿Cómo es el campo campo eléctr eléctrico ico fuera fuera de las las placas? placas?

El voltaje es muy bajo, por ende, la energía que se transmite no es eficiente.

Análisis de datos: 1) Grafique el potencial potencial eléctrico eléctrico en función función de la distancia distancia v=f(d), v=f(d), diga que que curva representa.

 

2) Escriba la ecuación correspondiente a la curva y utilice el método de

mínimos para encontrar comparecuadrados con la ecuación teórica.los parámetros de la ecuación y

 Y=m(d)+-b luego la ecuación empírica es: V=11.6317(d)+-0.0558  Y=m(d)+-b 

 

3) A partir de la ecuación ecuación empírica empírica determinar determinar la magnitud magnitud del campo campo eléctrico. Teniendo en cuenta la teoría de que el campo eléctrico se obtiene a partir de la diferencia de potencial. Haciendo una simple derivada se obtendrá el valor del campo eléctrico

Luego la derivada de 0.0558 es cero y la de (d) variable es la unidad E=-11.6317 (1)+-0 E= -11.6317 el campo eléctrico es negativo porque el potencial eléctrico disminuye en sentido contrario. 4) Halle la incertidumbre incertidumbre de los los parámetros parámetros determinado determinados s a través través de los mínimos cuadrados.

 

Luego: 

Sy= 0.55 * 10-2

Tomamos el valor obtenido en la ecuación anterior y la reemplazamos en la siguiente ecuación:

 Sm = 0.04076

Incertidumbre de la pendiente

5) En qué qué dirección dirección disminuye disminuye el potencial potencial eléctrico. eléctrico. El potencial eléctrico disminuye de positivo a negativo.

6) Trace las las líneas del campo campo eléctrico eléctrico y las líneas líneas equipotenc equipotenciales iales para para los tres casos.

 

7) Explicar la configuración configuración del campo campo eléctrico eléctrico para los los tres casos. casos.  - En el primer grafico son con placas rectangulares paralelas y las líneas de campo están también en paralelo a las placas. - En el segundo grafico se cambió una de las placas a forma oblicua, observamos que parte del campo quedo paralelo y el otro lado curveado. - En el tercer grafico las placas rectangulares estaban en forma oblicua hacia el centro. 8) Explique las observaciones experimentales. - Según lo experimentado vimos que las líneas de campo cambian según la geometría de las placas. - También observamos que al acercar las placas la intensidad era mayor que cuando estaban alejadas.

Conclusiones: 





Se ha determinado el campo eléctrico y se ha probado la teoría de la derivada del potencial eléctrico para hallar el campo eléctrico Las líneas de campo cambian según la geometría de las placas y no se cortan o cruzan con otras líneas de campo. Se han determinado con satisfacción las líneas y superficies equipotenciales de acuerdo a la teoría porque las superficies equipotenciales son perpendiculares al campo eléctrico

Comentarios y sugerencias: 



Para óptimos resultados en la obtención de potencial eléctrico se recomienda revisar adecuadamente el material y equipo a utilizar. En la realización del experimento se recomienda leer primero la guía de laboratorio y hacer todo lo que se recomiende por esta.