Guias Lab Fisica Electro 2018

 

 

Departamento de Física

Guías de

LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

Cecilio Mendoza Reyes

Cúcuta, 2018

 

 

 

CONTENIDO

Introducción Informe de laboratorio Mediciones eléctricas Ley de Coulomb Superficies Superficie s equipotenciales equipotenciales Campo y potencial eléctrico eléctrico

3 4 5 12 16 19

Ley de Ohm de placas paralelas Condensador Asociación de resistencias resistencias Resistencia Resistenc ia interna de un generador Resistividad eléctrica Carga y descarga de un condensador condensador Leyes de Kirchooff Bobinas de Helmholtz Campo magnético terrestre

23 30 34 40 43 47 51 55 63

 

 

INTRODUCCION

La física es una ciencia lógicamente estructurada, sobre un conjunto amplio de fenómenos íntimamente relacionados. Como tal requiere de definiciones, postulados y leyes, los cuales enmarcados en una teoría, procuran describir la estructura de una parte de la naturaleza. Por tanto, su objetividad debe estar regulada por la verificación experimental y la predicción de nuevos fenómenos. La experimentación en física permite:        

Promover el interés por la física mediante la observación de fenómenos. Motivar la búsqueda de explicaciones a través de la discusión de lo observado. Presentar fenómenos que sólo se han tratado teóricamente. Mostrar cómo el conocimiento de la física es útil en la vida diaria a partir de las

         

aplicaciones de los fenómenos mostrados. Discutir concepciones erróneas físicos sobre temas de física. Ayudar al entendimiento de conceptos abstractos. Aplicar conceptos de modelación en situaciones reales. Ayudar a la interpretación de situaciones problema. Medir algunos parámetros involucrados en los fenómenos.











 

 

El propósito de este curso es introducir al estudiante en el método experimental, llevando a cabo un conjunto de prácticas o experimentos que desarrollen habilidades e ilustren los conceptos que se estudian en el curso teórico y corroboren algunas de las leyes físicas establecidas.

 

  INFORME DE LABORATORIO

En el laboratorio de Física, los estudiantes no solo comprueban experimentalmente las leyes fundamentales de la Física recibidas en sus actividades teóricas, sino que éste tiene un papel importante en la formación educativa de los estudiantes. Dentro de las tantas funciones del mismo, está la elaboración y discusión de un informe, donde los estudiantes aplicarán los procedimientos y métodos del trabajo científico. Para realizar un informe de laboratorio, se deben tener en cuenta los siguientes aspectos: 1. Portada Portada.. Aquí se pondrá el título de la práctica que se está desarrollando. Se pondrá el nombre y el código de quien o quienes participaron en la práctica. 3. Resumen. Se realizará un resumen del contenido del informe. 4. Objetivos. Es muy importante que queden bien declarados los objetivos que se persiguen con el desarrollo de la práctica de laboratorio. 5. Desarrollo teórico. Se realizará un breve desarrollo teórico donde se fundamente las leyes Físicas que serán demostradas en el laboratorio. 6. Detalles experimentales. En este punto, los estudiantes presentarán pr esentarán la metodología usada para la adquisición de los datos experimentales. No debe reescribirse la guía. 7. Resultados experimentales. Acá se mostrarán los resultados obtenidos durante su práctica de laboratorio de forma organizada, mediante tablas y resúmenes que indiquen claramente las magnitudes medidas; así, como la incertidumbre de los instrumentos usados para realizar las mediciones. 8. Procesamiento de datos. Los estudiantes losecuaciones datos obtenidos en el desarrollo de la práctica de laboratorio. Para estoprocesarán utilizarán las de trabajo y el método corroboración de resultados mediante el cálculo de errores. 9. Conclusiones. En las conclusiones de la práctica los estudiantes analizarán la validez del experimento realizado y sus posibles fuentes de errores.

 

5

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

MEDICIONES ELECTRICAS   Objetivo General: Reconocer y utilizar el Multímetro Digital para medir algunos componentes básicos de los circuitos eléctricos como fuentes de voltaje, corrientes y resistores. Objetivos específicos 1.  2.  3.  4. 

Aplicar el código de colores para determinar valores de resistencias eléctricas. Realizar mediciones directas de resistencias con un multímetro. Analizar circuitos eléctricos simples. Realizar mediciones directas de Voltajes y Corrientes con un multímetro.

Materiales:  

 

 

 

 

Multímetro Caja de conexio conexiones nes Resistencias Conectores Fuente de poder

Teoría En general, en un circuito eléctrico se pueden realizar dos tipos de medidas eléctricas: medidas de corriente (I) y medidas de voltaje (V). Para realizar de manera correcta una medida eléctrica, no sólo es necesario disponer de la instrumentación adecuada, sino también saber cómo ésta debe ser colocada en el circuito bajo prueba, teniendo en cuenta la magnitud que deseemos caracterizar, y hacer una elección adecuada de la escala o rango de medida, de forma que consigamos la mejor medida dentro del rango de fiabilidad del instrumento. Aspectos que hay que tener en cuenta en los procesos de medida eléctrica de I y V con un multímetro (Figura 1):

Figura 1. Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Mediciones eléctricas

 

6  

   

En las medidas de voltaje V, el multímetro funciona como un voltímetro voltímetro y  y se coloca en paralelo con el elemento cuya diferencia de potencial entre los “extremos eléctricos” queremos conocer. En las medidas de corriente I, el multímetro funciona como un amperímetro amperímetro y  y se coloca en serie con el elemento por el que circula la corriente que queremos medir. Es importante tener una idea aproximada del rango de medida en que se encuentra el valor de la magnitud que deseamos medir y comprobar que éste es inferior al rango máximo tolerado por el instrumento, instrumento, ya que en caso contrario puede ocasionársele ocasionársele graves desperfectos al equipo. Es recomendable empezar la medida utilizando la escala menos sensible del instrumento (la más alta) y después ir descendiend descendiendo o hasta encontrar la escala más adecuada, es decir, aquella con la que podamos leer la mayor cantidad de cifras significativas en la medida.

A.- Determinación de una Resistencia utilizando el código de colores. Las resistencias de potencia pequeña (de menos de 0.5W), empleadas en circuitos electrónicos, van rotuladas con un código de bandas de colores. Para caracterizar una resistencia hacen falta tres valores: resistencia eléctrica, disipación máxima y precisión. Los valores de la resistencia y la precisión se indican con un conjunto de bandas de colores sobre el cuerpo del elemento. Son tres, cuatro o cinco bandas; dejando la banda de tolerancia (normalmente (normalment e plateada o dorada) a la derecha, se leen de izquierda a derecha. La última banda indica la tolerancia (precisión). De las restantes, la última es el e l multiplicador y las otras los dígitos. (Figura 2)

VALOR COLOR Negro Marrón Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco

Figura 2.

Oro Plata Sin color

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

MULT I 1 101 102 103 104 105 106 107

TOL %

0.1 0.01

±5 ±10 ±20

±1 ±2

±0.5 ±0.25 ±0.1

CT 200 100 50 15 25 10 5 1

B.- Usos del multímetro. multímetro. Es un instrumento digital de medida eléctrica con el que se puede medir:  

Voltajes y corrientes en régimen estacionario, en continua (CC=corriente continua) o variables en el tiempo o alterna (CA=corriente (CA=corriente alterna)    Resistencias Procedimiento. Capacidades   Continuidad eléctrica   Parámetros de transistore t ransistores. s.  

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Mediciones eléctricas

 

7

Procedimiento.

PRIMERA PARTE A.- Código de colores. 1.  Completa la siguiente tabla: Tabla 1. Código de colores Colores De Resistenc Resistencias. ias.

Valor

Rojo-Marrón-Amarillo-Oro Azul-Verde-Marrón-Plata Marrón-Negro-Oro-Oro Marrón-Marrón-Naranja-Oro Verde-Azul-Amarillo-Sin color Rojo-Negro-Oro- Oro Naranja-Naranja-Naranja-Oro Marrón-Rojo-Oro- Plata Marrón-Rojo- Rojo-Oro Marrón-Negro-Rojo-Oro

Colores De Resistenc Resistencias. ias.

Valor

Marrón-Negro-Marrón-Oro Rojo-Naranja-Verde- Sin color Rojo-Rojo-Verde-Plata Naranja-Blanco-Rojo-Oro Naranja-Naranja-Negro-  Plata Verde-Azul-Marrón-  Sin color Marrón-Marrón-Marrón-Oro Rojo-Marrón-Marrón- Plata Rojo-Rojo-Marrón - Oro Rojo -Marrón-Verde-  Plata

B.- Medición directa de la Resistencia Tome el Multímetro y ponga la perilla en la posición de OHMs() que corresponda a la escala más alta. Seguidamen Seguidamente te conecte las punta puntas s de prueba (roja (roja en el conector +V +V  y negra al COM). Compruebe que el instrumento esté bueno, uniendo las puntas de prueba entre sí. Para las tres resistencias dadas, siga los siguientes pasos: 1.  Determine los colores de cada una de ellas y consigne los datos en la Tabla 2. Tabla 2. Comparación C omparación de valores de Resistencias Resistor R 1  R 2  R 3 

Colores

Valor Teórico

Valor Medido

2.  Determine el valor teórico para teórico para cada resistencia, según el código de colores. Anota los resultados en la tabla 2. 3.  Tome el primer resistor y póngalo póngalo entre las puntas de prueba prueba del óhmetro. Registre en la Tabla 3 el valor obtenido en la máxima escala. Si la lectura es pequeñ pequeña, a, cambie a la escala inmediatamente inferior inferior y registre la nueva lectura en la Tabla 3. No olvide ten tener er en cuenta la escala (M , k, ). 4.  De todas las lecturas obtenidas para el resistor en cada escala decida cuál es el valor más apropiado y regístrelo (Tabla 3) como el e l valor medido que medido que corresponde a la resistencia y lleve este valor a la Tabla 2.

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Mediciones eléctricas

 

8

Tabla 3. Medida de R con c on multímetro Resistor Escala de 2 M  Escala de 20 k   Escala de 2 k   Escala de 200  Valor Medido

R 1 

R 2 

R 3 

5.  Repita todos los pasos para cada uno de los tres resistores dados. 6.  Compara el valor medido con el óhmetro, de las tres resistencias dadas, con el valor teórico. (Tabla 2).  2). 

SEGUNDA PARTE C.-Medición de diferencia de Potencial (voltaje) 1.  Tome el Multímetro, coloque la perilla en la escala más alta de Voltaje DC y verifique que esté activa la opción DC. Conecte las puntas de prueba (roja (roja en el conect conector or +V y negra al COM). 2.  Encienda la fuente de voltaje y aplique 12 voltios DC. 3.  Mida con el voltímetro la diferencia de potencial entre las salidas de la fuente (Figura 3).

Figura 3. Figura 4. 4.  Arme el circuito de la Figura 4 con la fuente en V=12 V y un resistor R 1 arbitrario. Mida la diferencia de potencial (voltaje) entre los extremos del resistor con las diferentes escalas de cuenta medidalos y registre lostomados. d atos en la tabla 4. Determine el valor de este voltaje, teniendo datos en registros 5.  Modifique el circuito de la Figura 4 agregando un segundo resistor R 2  en serie con el primero como lo indica la Figura Figura 5. Mida la diferencia de potencial entre los extremos del resistor uno y entre los los extremos del del resistor dos. dos. Registre los valores valores como V1  y V2  respectivamente en la Tabla 5.

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Mediciones eléctricas

 

9 6.  Para terminar mida la diferencia de potencial en los extremos A y B de la serie de R 1 y R2. Registre este valor como VAB en la Tabla 5. D.-Mediciones de Corriente Eléctrica. 1.  Conecte las puntas de prueba del amperímetro en los conectores COM (negro) y mA. Tenga en cuenta que el conector rojo del amperímetro no corresponde al conector del óhmetro/voltímetro y que un descuido en este aspecto es fatal para el instrumento. Si usted no está seguro cual es el conector correcto correcto pregunte a su instructor. Escoja la escala de corriente corriente DC más alta antes antes de realizar cualquier medición de corri corriente. ente. Monte el circuito de la Figura 6 con la fuente de voltaje en 12 V y la resistencia R1 que usó en el montaje de la Figura 4. Cuide que la punta de prue prueba ba negra del instrumento conecte conecte al borne negativo de la fuente y la punta roja vaya al resistor.

Figura 6 2.  Registre en la Tabla 6 la lectura del amperímetro en todas las escalas que sea posible leer siempre empezando por la escala mayor. 3.  Monte de nuevo el circuito de la Figura 5 y mida la corriente I que circula en este circuito en los puntos 1, 2 y 3 que se indican en la Figura 7. Recuerde que el amperímetro se conecta en serie con las resistencias. (Tabla 7)

Figura 7 Análisis: 1.  Cuando Usted ensaya ensaya el multímetro uniendo las punt puntas as de prueba entre si. ¿Qué lectura lectura ofrece el instrumento cuando sus puntas están en contacto? 2.  ¿Cuál debe ser el criterio para escoger la escala más apropiada cuando se va a medir una resistencia? 3.  ¿Qué ocurre cuando se mide continuidad y uno de los cables de medición está roto? 4.  ¿Los seres humanos humanos tienen resistencia resistencia eléctrica? Explique

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Mediciones eléctricas

 

10 5.  ¿Qué puede concluir de la suma de los valores de voltaje V1 y V2 comparados con VAB de la tabla 3? 6.  ¿La corriente I que circula por un circuito depende del voltaje aplicado? 7.  Cuál debe ser el criterio para escoger la escala más apropiada cuando se va a medir un Voltaje o una Intensidad de corriente. 8.  ¿Cuál es el fundame fundamento nto por el cual para medir una corriente debe colocarse el amperímetro en serie serie con el elemento elemento en cuestión? 9.  ¿Porque debe colocarse el voltímetro en paralelo con el elemento de referencia para medir diferencia de potencial? p otencial? 10.  una En un gráfico indique cómo se deben conectar dos medidores para medir simultáneamente la corriente y el voltaje en el circuito de la figura 4. 11.  Incluya en el informe las tablas 1,2 y 3 debidamente diligenciadas.

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Mediciones eléctricas

 

11

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

MEDICIONES ELECTRICAS Fecha: __________________ Hora: __________ Profesor _____________________  

Nombre de los integrantes del Grupo:

Código alumno:

 _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____  ______________ _______________ ________________ ____  _____________________________  _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____  _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____

_____________ _____________ _____________ _____________

DATOS OBTENIDOS

Tabla 4. Medida de V en la Resistencia R1  Circuito Figura 4 Escala máx de 1000 V Escala de 200 V Escala de 20 V Escala de 2 V Valor Voltaje

Circuito Figura 5. Voltaje en R1 = V1 Voltaje en R2 = V2 VAB V1 + V2 =

V

Tabla 6. Medida de Corriente Circuito Figura 6 Escala máxima de 20 A Escala de 200mA

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Tabla 5. Medida de V en Resistencias V

Tabla 7. Medida de Corriente I

Circuito Figura 7 Valor corriente punto 1 Valor corriente punto 2  Valor corriente punto 3 

I

Mediciones eléctricas

 

12

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

LEY DE COULOMB  Objetivo General: Verificar experimentalmente experimentalmente la ley de Coulomb. Objetivos específicos 1.  Establecer la relación entre la fuerza eléctrica y la carga. 2.  Establecer la relación entre la fuerza eléctrica y la distancia entre las cargas 3.  Determinar una constante eléctrica.

Materiales:                        

Multímetro Amplificador de medición Cable apantallado Base Esfera conductor conductora a Riel Vernier Pesas con soporte Dinamómetro de torsión Nuez doble Varilla de soporte Fuente de 0 a 25kV

   

Cables de conexión Cable de conexión de 30kV

    

        

Teoría

Figura 1 Mediante una balanza de torsión, t orsión, Coulomb encontró que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales (cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables comparadas con la distancia r  que  que las separa) es directamente proporcional al producto de las ca cargas rgas e inversam inversamente ente proporcional proporcion al al cuadrado de la distancia que las separa:

= Guías Laboratorio de Física II - UFPS

1  2 40  2

  Ley de Coulomb

 

13

El valor de la constante de proporcionalidad ε0 (permisividad eléctrica) depende de las unidades en las que se exprese F , q1, q2 y r . En el Sistema Internacional de Unidades de Medida su valor es: ε0 = 8.85 x 10-12 C2 / Nm2  Es importante tener en cuenta: 1.  La materia contiene dos tipos de cargas eléctricas denominadas positivas y negativas. Los objetos no cargados poseen cantidades iguales de cada tipo de carga. 2.  Cuando un cuerpo transfiere transfiere carga a otro, uno de los cuerpos queda con exceso de carga positiva y el otro, con exceso de carga negativa. En cualquier proceso que ocurra en un sistema aislado, la carga total o neta no cambia. 3.  Los objetos cargados con cargas del mismo signo, se repelen y los l os objetos cargados con cargas de distinto signo, se atraen.

Procedimiento Una pequeña carga eléctrica se coloca a una cierta distancia frente a una placa de metal conectada a tierra. Por inducción electrostática, se crea una carga imagen (Figura 2), la cual genera un campo eléctrico en el punto donde está situado el medidor. La fuerza electrostática que actúa sobre la carga se puede medir con un dinamómetro de torsión sensible.

Figura 2. Considerando   la distancia de la carga a la placa, la distancia entre las cargas es   y la fuerza F entre ellas está dada por:

F  =

  



 (2)

 

;

entonces

F  =

  



6 

 

(1)

Relación entre la fuerza eléctrica y la carga. 1.  Realice el montaje mostrado en la figura 3. 2.  Nivele la balanza de torsión, adicionando adicionando masas si es necesario. Ajuste la posición con la perilla de la parte inferior del dinamóm dinamómetro etro   3. Ajuste el dinamómetro a cero con la perilla superior. 4.  Coloque la esfera metálica de la balanza a 4 cm de la placa. 5.  El amplificador debe estar en posición Q y en la escala 1-10nAs. Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Ley de Coulomb

 

14

6.  Coloque el medidor de carga eléctrica (multímetro) en la escala de 20V y ajuste la lectura a cero, manipulando el botón de calibración fina. El rango de medida para las lecturas de carga eléctrica debe ajustarse con los botones ubicados en la parte superior derecha del electrómetro.   electrómetro.

Figura 3. 7.  Cargue la esfera externa externa con un potencial de 12 KV y ubíquela muy cerca cerca de la esfera de la balanza, de tal manera que sea atraída por ésta hasta tocarla y de esta forma adquirir carga eléctrica. La esfera de la balanza debe moverse hacia la placa y quedar en equilibrio. 8.  Retire la esfera externa conectada a la fuente. 9.  Mueva la perilla del dinamómetro (parte superior) hasta que retorne la balanza a la posición inicial y mida inmediatamente la carga de la esfera de la balanza. 10.  Registre el valor de la fuerza que marca el dinamómetro y la carga de la esfera en la tabla 1. 11.  Descargue todo el sistema (placa metálica, esfera de la balanza y esfera medidora de carga), antes de tomar una nueva medición. 12.  Repita el procedimiento para los diferentes potenciales de carga que se muestran en la tabla 1. 13.  Varíe la distancia entre la esfera cargada y la placa, (6 cm y 8 cm) y repita todo el procedimiento para cada una de estas distancias y lleve estos datos a las tablas 2 y 3.

Análisis: 1.  Calcule el valor de q 2 en las tablas 1, 2 y 3. 2.  En el mismo sistema cartesiano dibuje las gráficas de F contra q 2 para cada una de las distancias. 3.  ¿Cómo es la relación ente la Fuerza y q2? 4.  Determine la pendiente de cada una de estas gráficas, y con este valor calcule el valor de ε en

cada caso.

5.  Encuentre el valor promedio de ε  con su incertidumbre. 6.  La cantidad de carga obtenida en el proceso de inducción por la esfera ¿es igual a la cantidad de carga que posee el elemento inductor? Explique. 7.  ¿Por qué podemos obtener tan solo una carga inducida limitada, cuando el número de electrones móviles en la placa es extremadamente grande? grande?

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Ley de Coulomb

 

15

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

LEY DE COULOMB  Fecha: __________________ Hora: __________ Profesor ____________________

Nombre de los integrantes del Grupo:

Código alumno:

 _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____  ______________ _______________ ________________ ____  _____________________________  _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____  _____________________________  ______________ _______________ __________ ____________________ __________

_____________ _____________ _____________ _____________

DATOS OBTENIDOS

Tabla 1.

Vcarga 12 KV 16 KV  20 KV  24KV 

F

Tabla 2.

Vcarga 12 KV 16KV  20 KV  24 KV 

F

Tabla 3. Vcarga 12 KV 16 KV  20 KV  24KV 

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

F

 = 4 cm q 

q2

  = 6 cm q 

q2 

 = 8 cm q 

q2 

Ley de Coulomb

   

16

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES  Objetivo General:

Determinar las líneas de campo eléctrico y de potencial electrostático producidas por diferentes distribuciones de carga eléctrica. Objetivos específicos 1.  Observar experimentalmente la formación de líneas equipotenciales para diversas distribuciones de carga (electrodos). (electrodos). 2.  Dibujar las líneas de campo eléctrico entre los electrodos y comprobar que ellas son mutuamente ortogonales con las líneas equipotenciales. 3.  Establecer las características generales que poseen las líneas de campo y las líneas equipotenciales para un conjunto de electrodos dados.

Materiales:          

    

Cubeta electrostática Fuente de poder Multímetro Conjunto de electrodo e lectrodos s Papel milimetrado

Teoría A.- Carga eléctrica Las cargas eléctricas no precisan p recisan de ningún medio material para ejercer su influencia sobre otras, de ahí que las fuerzas eléctricas sean consideradas fuerzas de acción a distancia. Cuando en la naturaleza se da una situación de este estilo, se recurre a la idea de campo para facilitar la descripción, en términos físicos, de la influencia que uno o más cuerpos ejercen sobre el espacio que les rodea. B.- El campo eléctrico. El campo eléctrico asociado a una carga aislada o a un conjunto de cargas, es aquella región del espacio en donde se dejan sentir sus efectos. Así, si en un punto cualquiera del espacio en donde está definido un campo eléctrico se coloca una carga de prueba o carga testigo, se observará la aparición de fuerzas eléctricas, de atracción o de repulsión sobre ella. C.- Superficies equipotenciales. Se define como el lugar geométrico de todos aquellos puntos que tienen el mismo potencial eléctrico. Dichas superficies equipotenciales siempre se pueden representar mediante líneas generalmente concéntrica que van perpendiculares a las líneas de campo eléctrico.(Figura 1)

Guías Laboratorio de Física II -

Superficies equipotenciales

 

17

Figura 1. En una configuración de cargas eléctricas, existen conjuntos de puntos que están a un mismo potencial. Estos conjuntos de puntos conforman superficies denominadas superficies equipotenciales. Si se conocen las superficies equipotenciales equipotenciales de una configuració configuración n de cargas dada dada,, es posible hallar a partir de ellas, las líneas del campo eléctrico e léctrico generadas por la configuración. configuración. La componente del campo eléctrico a lo largo de una superficie equipotencial es cero. Es decir, las líneas de campo eléctrico son perpendiculares a las superficies equipotenciales equipotenciales en todo punto

Procedimiento. En este experimento se van a determinar superficies equipotenciales en la región comprendida entre dos electrodos conectados a una fuente de voltaje (ver figura 2). El agua, permite el paso de pequeñas cantidades de corriente entre los electrodos, formán formándose dose con ello un medio conductor en donde se produc p roduce e y se puede medir una diferencia de potencial entre cualquier par de puntos a y b. Para cada una de las configuraciones de electrodos de la figura 2:

Figura 2 1.  Arme la cubeta como se muestra en la figura 3.  3.  Guías Laboratorio de Física II -

Superficies equipotenciales

 

18

Figura 3 2.  En una hoja de papel milimetrado consigne los puntos que va determinando en la cubeta. 3.  Asegure los electrodos electrodos en el fondo de la cubeta y agregue agregue agua de la llave. Si es necesario, deposite una pequeña cantidad de sal. (El nivel de agua debe quedar a unos 4 o 5 m. m.m. m. sobre la placa de acrílico). 4.  Conecte uno de los terminales de la fuente a uno de los electrodos y el otro terminal al otro electrodo. Aplique una diferencia de potencial de 12 V . Procure que los cables no muevan los electrodos.   5. de Conecte el terminal negativo del voltímetro al electrodo donde conectó la salida negativa la fuente. 6.  Con la fuente activa, busque con el terminal positivo (colocándolo (colocándolo en contacto con el agua de la cubeta) un punto que le muestre una lectura de 4 V. Marque este punto sobr sobre e la hoja de papel milimetrado y continúe buscando y señalando otros puntos que marquen 4 voltios. Dibuje una línea con c on los puntos encontrados. 7.  Repita el proceso anterior para voltajes de 6 y 8 voltios. (Tenga el cuidado de no confundir las marcas que corresponden a cada voltaje). 8.  Repita todo el procedimiento procedimiento para las otras configuraciones configuraciones de electrodos asignadas.

Análisis: Para cada configuración de electrodos. e lectrodos. 1.  Una con línea continua el conjunto de puntos correspondi correspondientes entes a cada voltaje, indicando sobre cada línea el valor del potencial correspondiente. ¿Qué puede concluir? 2.  Sobre el mismo diagrama dibuje las líneas de campo correspondientes a esta configuración. configuració n. ¿Qué puede concluir? 3.  ¿Cómo se puede representar gráficamente gráficamente la intensidad de campo eléctrico en una cierta región del espacio? 4.  ¿Por qué las líneas de campo no se cortan? Explique 5.  ¿Qué relación geométrica hay entre una línea equipotenci equipotencial al y una línea de campo eléctrico en los puntos en que ambas líneas se cruzan? 6.  ¿Qué significado físico tiene la diferencia de potencial entre dos puntos del campo eléctrico? 7.  ¿Las líneas equipotenciales tienden a curvarse según la forma del electrodo que se encuentra más cerca o más lejos? ¿Por qué?  qué? 

Guías Laboratorio de Física II -

Superficies equipotenciales

 

19

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

CAMPO Y POTENCIAL ELECTRICO  Objetivo General:  General:  Determinar la relación entre la intensidad del campo eléctrico y la diferencia de potencial para una esfera conductora. Objetivos específicos 1.  Determinar la relación entre la intensidad del campo eléctrico y  y   el potencial potencial eléc eléctrico, trico, 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 el centro de una esfera conductora, cuyo potencial eléctrico se mantendrá constante.

Materiales:                

       

Sensor de campo eléctrico Placa de capacitor Fuente de alto voltaje 0-25KV Esfera conductora de 4 cm de diámetro Varilla Varil la aislante Multímetro Cables de conexión Fuente de alimentación

Teoría En todo conductor eléctrico la carga eléctrica se distribuye sobre su superficie; el campo eléctrico en su interior es cero y el trabajo neto efectuado sobre una carga de prueba por la superficie para cualquier trayectoria interior será cero. Esto significa que en el interior de la esfera el potencial eléctrico es constante e igual al de su superficie. Para una esfera conductora de radio R, con carga distribuida Q, el potencial eléctrico V en su superficie (y en su interior) se puede determinar mediante la expresión: =

1  40 

 

La carga Q en la superficie de la esfera es:  = 40      

(1)

Para distancias mayores que R, (r > R) la esfera se com comporta porta como una carga puntual y el e l potencial eléctrico  ′ resulta ser: ′ =

1  4 

 

(2) 

0

Combinando las dos ecuaciones (1) y (2) se puede demostrar que:

Guías Laboratorio de Física II - UFPS  

Campo y potencial eléctrico

 

20

  ′ =

 

(3) 

 

La magnitud E del campo eléctrico, para un punto a una distancia r del centro de una esfera conductora de radio R, donde r > R, está dada por: p or: =

1



40  

 

Como la carga en la superficie de la esfera conductora es Q = 40   V, la magnitud del

campo eléctrico sería:

=

 

 

y

 ′ =   

En esta práctica, para medir el campo eléctrico, se utiliza una placa que se coloca con un medidor de campo eléctrico (ver montaje), con el fin de obtener una distribución de campo sin distorsiones. Esto hace que por inducción electrostática, se crea una carga imagen (Figura 1), la cual genera un campo igual en el punto donde está situado el medidor. Por lo tanto, el valor leído en el medidor de campo eléctrico corresponde al doble del valor real del campo en cada medición.. (E medido medición  )    ) medido = 2 E  real  real 

E   =





  

  Figura 1

Procedimiento. 1.  Realice el montaje mostrado en la figura 2.

Figura 2. Guías Laboratorio de Física II - UFPS  

Campo y potencial eléctrico

 

21

A.- Relación entre el Campo Eléctrico y el Potencial eléctrico. 2.  Ubique el centro de la esfera conductora a una distancia r=24 cm con respecto a la placa del medidor de campo eléctrico. 3.  Con Conec ecte te e l se ns or de ca mp o e lé ct ri co a lla a fuen fuente te de v vol olta taje je D DC. C. (12 (12V) V) 4.  Coloque el medidor medid or de campo eléctrico eléctric o (multímetro) (multímetro) en la escala de 20V y ajuste la lectur lectura a a cero cero,, manipulando el botón de corriente de la fuente (0,5 A) y con el botón de de calibración fina que se encuentra en la parte superior derecha del medidor de campo eléctrico. El rango de medida para las lecturas del campo eléctrico debe ajustarse con los botones ubicados en la parte posterior del medidor de campo eléctrico. e léctrico. 5.  Proporcion Proporcione e a la esfera un potencial eléctrico de V= 0.5 kV y observ observe e el v valor alor del campo eléctrico E. Lleve estos valores a la tabla 1. Recuerde que el valor leído en el medidor de campo eléctrico corresponde al doble del valor real del campo en cada medición. medición.   6.  Mant Mantenien eniendo do constant constante e el valor de r, determine los valores valores de E cuando V = 1 . 0 , 1.5, 2.0, 2.5 y 3.0 Kv y llévelos a la tabla 1.

B.- Relación entre el Campo Eléctrico y la distancia a la esfera conductora. 7.  Coloque el centro de la esfera conductora a una distancia r=8 cm con respecto a la placa del medidor de campo eléctrico. 8.  Prop Proporcio orcione ne a la e sfera conducto ra un potencial V = 1.2 kV y observe el valor del ca campo mpo eléctrico E. Lleve estos valores a la tabla 2. 9.  Manteniendo constante el potencial en la esfera, determine los valores para el campo eléctrico, para valores de r =8, 1 12, 2, 16, 20 y 24 cm. Lleve lo los s valor valores es a la tabla 2.

Análisis: A.- Relación entre el Campo Eléctrico y el Potencial eléctrico. 1.  Calcule los valores de  ′  (Ecuación 3) en la tabla 1. Construya la gráfica de  ′  vs E.  E.  2.  ¿Cuál es la forma del gráfico obtenido? ¿Pasa por el origen? 3.  ¿Qué tipo de relación existe entre E y  ′   (proporcional directa, proporcional inversa, exponencial, etc.)? ¿Es el tipo de d e relación que esperaba? Explique Explique   4.  Si el gráfico g ráfico obtenido es una recta que pasa por e ell origen, obtenga el valor de la pendiente. ¿Qué unidades tiene dicha pendiente? ¿Que representa? 5.  Determine la ecuación experimental que relaciona E y V. B.- Relación entre el Campo Eléctrico y la distancia a la esfera conductora. 1.  Complete los datos de la tabla 2. 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. 3.  Elabore una gráfica de E vs 1/r2 y determine la pendiente. 4.  ¿Qué información proporciona ésta pendient pendiente? e? 5.  Calcule la carga q de la esfera condu conductora ctora a partir del valor de d e esta pendiente. 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.

Guías Laboratorio de Física II - UFPS  

Campo y potencial eléctrico

 

22

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

CAMPO Y POTENCIAL ELECTRICO  Fecha: __________________ Hora: __________ Profesor _____________________

Nombre de los integrantes del Grupo:

Código alumno:

 _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____  ______________ _______________ ________________ ____  _____________________________  _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____  _____________________________  ______________ _______________ __________ ____________________ __________

_____________ _____________ _____________ _____________

DATOS OBTENIDOS Radio esfera conductora: R= 2cm Tabla 1. V(Kv)

r=24 cm  ′ 

E

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Tabla 2. r (m)

E

V= 1.2 kV r2

1/r2 

0.08 0.12 0.16 0.20 0.24

NOTA: Recuerde que el valor leído en el medidor de campo eléctrico corresponde al doble del valor real del campo en cada medición. 

Guías Laboratorio de Física II - UFPS  

Campo y potencial eléctrico

 

23

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

LEY DE OHM  Objetivo General:

Determinar la relación entre el voltaje y la corriente para diferentes resistencias. Objetivos específicos

eléctrica ica de un conductor mediante mediante la relación Voltaje1.  Determinar el valor de la resistencia eléctr Corriente.  2.  Comprobar experimentalmente experimentalmente que no todos los materiales son óhmicos.  

Materiales: 

Cobra3 Unidad Básica Fuente de alimentación  alimentación  Cable de datos RS232 Módulo generador de funciones  funciones  Una caja de conexión Resistencias Portalámparas Lámparas de filamento  filamento  conexión  Cables de conexión    PC, Windows

                 

 

 

   



Teoría

La Ley de Ohm establece que la intensidad de corriente que circula por un conductor, circuito o resistencia, inversamente proporcional a la resistencia (R) y directamente proporcional a la tensión (V). es (Figura 1)

Figura 1. Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Ley de Ohm

 

24

La ecuación matemática que describe esta relación es:   =



 

Donde, I   es la corriente que pasa a través del objeto, V   es la diferencia de potencial de las terminales del objeto, y R es la resistencia. Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es constante, independientemente de la corriente. Cuando la razón

V/I

permanece constante para distintos voltajes y corrientes, el material se

denomina óhmico y, la relación lineal

V = IR

se llama Ley de Ohm. Esta ley fue descubierta en 1827 por George Simon Ohm.  

Cuando un material o dispositivo no satisface la ley de Ohm (su resistencia no es constante), recibe el nombre de no-óhmico o no-lineal  .

Si queremos saber la rapidez de transmisión de la energía, tenemos: dU P=

dt 

 

=VI

P se conoce como potencia eléctrica. Procedimiento.

1.  Realice el montaje mostrado en la figura 2. Conecte el Cobra 3 y el módulo generador de funciones a 12 V.

Figura 2  

programa en el computador software “PowerGr software  “PowerGraph”.   2. 3.  Abra Solo el haga clic en“mesaure” “Continuar” cuando vaya ay busque empezarel las mediciones. mediciones.    Esaph”.  necesario configurar este sistema para tomar los datos y analizar la ley de Ohm. 

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Ley de Ohm

 

25

4.  Estando en el modo “setup” aparece la pantalla que se muestra en la figura 3, que permite realizar este proceso. 

Figura 3 5.  Para configurar el sensor, haga clic sobre el símbolo  “Análogo In 2 / S2" y establezca los parámetros como se muestra en la Figura 4 y pulse “OK”. 

Figura 4. 6.  Para configurar el Generador de Funciones, Funciones , haga clic en el símbolo "Function Generator”  y  y establezca los parámetros de acuerdo a la figura 5 y pulse “OK” .

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Ley de Ohm

 

26

Figura 5. 7.  Para agregar una columna a la tabla de datos para grabar los registros calculados de Potencia, siga los siguientes pasos: haga clic en el triángulo pequeño situado debajo de  “setup” (figura 3), luego pulse “Agregar dispositivo” , seguidament seguidamente e “OK”, ahora seleccione  “canal 1” y configure los parámetros de acuerdo a la Figura 6 y pulse “OK”. 

Figura 6.

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Ley de Ohm

 

27

8.  Para configurar la toma de datos, seleccione ahora  “Configuración ”  (figura   (figura 3) y registre los parámetros que se muestran en la figura 7 y haga clic en “OK”  

Figura 7 9.  Para configurar los gráficos, pulse “Displays” (figura 3) y registre los parámetros de la figura 8. Seguidamente haga clic en “Diagrama” luego en “Corriente I / Voltaje Voltaj e U / POWER VI” y registre los valores que se muestran y pulse “OK” .

Figura 8 10.  Inicie las mediciones con el botón “Continuar  ““  11.  Visualice y analice cualitativamente los gráficos de I, V y potencia para esta resistencia. 12.  Para obtener las tablas de medidas, haga clic en la pestaña “tablas” del inicio.  Lleve 15 valores, no consecutivos en lo posible, a la tabla 1. 13.  Repita los pasos 10, 11 y 12 para cada una de las resistencias y el bombillo. Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Ley de Ohm

 

28

Análisis:

1.  En el mismo sistema cartesiano, grafique la relación V contra I para las tres resistencias óhmicas, con base en las tablas 1, 2 y 3. Qué tipo de relación tienen?  2.  Calcule la pendiente para cada una de estas gráficas. ¿Que representa cada una de ellas?  3.  Grafique la relación V contra I para el bombillo con los datos de la tabla 4. ¿La relación es lineal? Explique.  4.  ¿Que son elementos Óhmicos y no Óhmicos? Explica cuáles de los elementos estudiados cumplen con estas características. 5.  ¿Cómo haría para determinar la resistencia de un conductor, que al ser medida utilizando el multímetro en su escala más baja, marca cero? 6.  En la ecuación de la ley de OHM se utilizan tres magnitudes físicas: intensidad de la corriente, tensión y resistencia. ¿Qué unidades del sistema internacional se utilizan para medirlas? 7.  Las baterías siempre tienen rotulada su fem; por ejemplo, una batería de tamaño AA para linterna dice “1.5 volts”. ¿Sería apropiado etiquetarlas también con la corriente que

producen? ¿Por qué? 8.  Un tostador tiene especificado “600 W”. Al conectarse a una alimentación de 120 V. ¿Cuál es la corriente en el tostador y cuál es su resistencia?

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Ley de Ohm

 

29

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

LEY DE OHM  Fecha: __________________ Hora: __________ Profesor _____________________

Nombre de los integrantes del Grupo:

Código alumno:

 _____________________________  ______________ _______________________________ ____________________ ____  ______________ _______________________________  _____________________________ ____________________ ____  _____________________________  ______________ _______________________________ ____________________ ____  _____________________________  ______________ _______________________________ ____________________ ____

_____________ _____________ _____________ _____________

DATOS OBTENIDOS

Tabla 1. R1 = _____ V

I

P

Tabla 2. R2 = _____ V

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

I

P

Tabla 3. R3 = _____ V

I

P

Tabla 4. Bombillo V

I

P

Ley de Ohm

 

30

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

CONDENSADOR DE PLACAS PARALELAS 

Objetivo General: Analizar el funcionamient funcionamiento o de un condensador elemental. Objetivos específicos 1.  Analizar la relación entre la intensidad de campo eléctrico y la diferencia de potencial de las placas de un condensador de placas paralelas, manteniendo constante la distancia de separación entre ellas.  ellas.  2.  Analizar la relación entre la intensidad de campo eléctrico y la separación entre las placas de un condensa condensador dor de placas paralelas, manteniendo constante la diferencia de potencial entre ellas.  ellas. 

Materiales:                  

        

Riel Placas paralelas Multímetro Resistencia 10 MΏ  Jinete Sensor de campo eléctrico Cables de conexión Fuente de alimentación Banco óptico

Teoría Se llama condensador a un dispositivo que almacena carga eléctrica. e léctrica. El condensador está formado por dos conductores próximos uno a otro, separados por un aislante, de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor, pero con signos contrarios. Los condensadores pueden conducir corriente continua durante sólo un instante, a aunque unque funcionan bien como conductores en circuitos de corriente alterna, lo cual lo convierte en dispositivo muy útil cuando se debe impedir que la corriente continua entre a determinada parte de un circuito eléctrico. Para un condensador se define su capacidad, como la razón entre la carga ca rga que posee uno de los Conductores Conductor es y la diferencia de potencial entre ambos, es decir, la capacidad es proporcional a la carga e inversamente proporcional a la diferencia de potencial: C=

Q

 

V

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Condensador de placas paralelas

 

31

Condensador Condensa dor de placas paralelas. En su forma más sencilla, un condensador está formado por dos placas metálicas o armaduras paralelas, de la misma superficie y encaradas, separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa. Por su parte, teniendo una de las placas cargada negativamente (-Q) y la otra positivamente (+Q) y sus cargas son iguales, la carga neta del sistema es 0. Sin embargo, se dice que el condensador se encuentra cargado con una carga Q. Las dos placas paralelas tienen igual área A y están separadas una distan distancia cia d como en la figura 1.

Figura 1. La carga por unidad de área á rea en cada placa es σ = Q/A. Si las placas están muy cercanas cercanas una de la otra, podemos despreciar los efectos de los extremos y suponer que el campo eléctrico es uniforme entre entre las placas y cero en cualquier otro lugar. lugar. El campo eléctrico entre las placas está dado por: E=

 0

=



 

0  

ε0 es la constante de permisividad eléctrica del vacío.

La diferencia de potencial entre las placas del condensador, condensador, está relacionada con el campo eléctrico entre ellas y la distancia d istancia de separación de las mismas, así: V=Ed Procedimiento. 1.  Realice el montaje mostrado en la figura 2.

Figura 2.

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Condensador de placas paralelas

 

32

2.  Calibre el medidor de campo eléctrico, para que el Valor del Campo Eléctrico sea cero cuando el Voltaje aplicado a las placas sea cero. 3.  Con Conec ecte te e l se ns or de ca mp o e lé ct ri co a lla a fuen fuente te de v vol olta taje je D DC. C. (12 (12V V) 4.  Coloque el medidor medid or de campo eléctrico eléctric o (multímetro) (multímetro) en la escala d de e 20V y ajuste la lectur lectura a a cero, cero, manipulando el botón de corriente de la fuente y con el botón de calibración calibración fina que se encuentra en la parte superior derecha del medidor de campo eléctrico. El rango de medida para las lecturas del campo eléctrico debe ajustarse con los botones ubicados en la parte posterior.  posterior.  5.  Para analizar la relación entre el Voltaje y el Campo Eléctrico, separe las placas del condensador una distancia de 4 cm y aplique un potencial de 20 V entre las placas del condensador y determine determine el valor del campo eléctrico y regístrelos en la tabla 1. 6.  Manteniendo constante esta distancia, repita el proceso anterior para 40, 60, 80, 100 y 120 V de potencial entre las placas. 7.  Para analizar la relación entre la distancia entre las placas del condensador y el Campo Eléctrico, aplique un Voltaje de 20 V entre las placas del condensador. Manteniendo constante esta diferencia de potencial, determine el valor del campo eléctrico para 5 valores diferentes de distancia entre las placas (en el rango de 4 a 12 cm) y regístrelos en la tabla 2. 8.  Ajuste el Voltaje en 25 V y la distancia entre las placas en 4 cm. Observe el valor del Campo eléctrico. Lleve este valor a la tabla 3. Aumente el valor del Voltaje y separe las placas del condensador una distancia tal, que el valor del Campo eléctrico obtenido en el ítem anterior sea el mismo y registre estos datos en la tabla 3.

Análisis: 1.  Elabore un gráfico de Campo eléctrico vs Voltaje cuando la distancia de separación entre las placas de un condensador es fija. (Tabla 1) 2.  Determine la pendiente de esta gráfica. ¿Qué represen representa? ta? 3.  ¿Cómo es la relación entre el Campo eléctrico entre las placas del condensador y el Voltaje aplicado? 4.  ¿Si se hubiese tomado datos con una distancia entre las placas del condensador diferente, diferente, cambiaría la pendiente de esta gráfica? Explique. 5.  Grafique con los datos datos de la tabla 2, la relación entre entre el Campo eléctrico y el inverso de la distancia de separación de las placas del condensador (1/d), cuando el Voltaje es constante. 6.  Determine la pendiente de esta gráfica. ¿Que represe representa? nta? 7.  ¿Cómo es la relación entre el Campo eléctrico entre las placas del condensador y la distancia de separación entre ellas? 8.  Con la tabla 3 elabore un gráfico de Voltaje vs d. 9.  Determine la pendiente de esta gráfica. ¿Qué información obtiene? obtiene? 10.  Si las placas de un condensador condensador cargado, se acercan entre sí. ¿Qué sucede con la diferencia de potencial, la capacidad y la energía e nergía almacenada? almacenada? 11.  ¿Para qué sirve un condensador condensador? ? 12.  Un capacitor de placas paralelas se carga conectándolo conectándolo a una batería y luego se desconecta de ésta. Después se duplica la distancia de separación entre las placas. ¿Cómo cambian el campo eléctrico, la diferencia de potencial y la energía total? Dé una explicación de su razonamiento

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Condensador de placas paralelas

 

33

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

CONDENSADOR DE PLACAS PARALELAS 

Fecha: __________________ Hora: __________ Profesor _____________________

Nombre de los integrantes del Grupo:

Código alumno:

 _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____  ______________ _______________ ________________ ____  _____________________________  _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____  _____________________________  ______________ _______________ __________ ____________________ __________

_____________ _____________ _____________ _____________

DATOS OBTENIDOS

Tabla 1. V 20 40 60 80 100 120

d = 4 cm.

Tabla 2. d(cm) 4 6 8 10 12 14

E

V = 20 V. E

1/d

Tabla 3. E = ______

V 25 50 75 100 125

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

d(cm) 4

Condensador de placas paralelas

 

34

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

ASOCIACION DE RESISTENCIAS 

Objetivo General: Analizar las características de los circuitos serie y paralelo de resistencias. Objetivos específicos 1.  Determinar la resistencia equivalente de una combinación de resistencias en serie y paralelo. 2.  Analizar cualitativamente las características de los circuitos serie y paralelo. Materiales:            

     

Multímetros Fuente Resistencias Bombillos Caja de conexio conexiones nes Cables de conexión

Teoría En un circuito eléctrico, es frecuente frecuente encontrarnos con más de una resistencia y en estos casos, a fin de proceder al estudio de dicho circuito, es conveniente poder simplificarlo, procediendo a asociar estas resistencias. Para ello se sustituyen dos o más resistencias por una única llamada resistencia equivalente. Esta asociación puede ser: A.- Asociación en serie. Sus características son:

       





 

Se conecta una resistencia a continuación de otra. La intensidad de corriente que circula por ellas es la misma. La diferencia de potencial en cada una ella depende del valor de la resistencia. La suma de las diferencias de potencial de cada resistencia, será igual a la diferencia de potencial a la que se encuentre sometida la resistencia equivalente. 

Figura 1. Resistencias en serie

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Asociación de resistencias

 

35

Como

VAB = V1 + V2 + V3 +……..+Vn 

y teniendo en cuenta la Ley de Ohm:

V=IR

Entonces: I Req = I R1 + I R2 + I R3 + I R3 + ……. +I Rn  Por lo tanto: + ……. +R

Req = R1 + R2 + R3 

  = ∑ R i  Luego podemos decir que la resistencia equivalent equivalente e de una asociación de dos o más resistencia en serie tiene un valor igual al resultado de sumar el valor de las resistencias que queremos asociar. n

B.- Asociación en paralelo. Sus características son:   Se conectan las resistencias, de tal forma que tengan sus extremos conectados conectados a puntos comunes.   La intensidad de corriente que circula por la resistencia equivalente es igual a la suma de las intensidad intensidades es que circulan por cada una de las resistencias que estamos asociando.   La diferencia de potencial en cada resistencia es la misma que la existente en sus extremos comunes. 





Figura 2. Resistencias en paralelo Como podemos observar:

I = I1 + I2 + I3 + ……… + In Teniendo en cuenta la Ley de Ohm:  

 =

 

 +

2 2

 +

3 3

 +……. +

 

 

De donde fácilmente se puede deducir que: 1 

=

1 

+

1 2

+

1 3

+ ……+

1 

1

=∑   

Así, podemos decir que la inversa de la resistencia equivalente a una asociación en paralelo de dos o más resistencias, es igual a la suma de las inversas de las resistencias que estando en paralelo queremos asociar a fin de calcular su resistencia equivalente. Procedimiento. A.- Resistencias en Serie y Paralelo. Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Asociación de resistencias

 

36

1.  Mida con el multímetro el valor de las 5 resistencias dadas. 2.  De las cinco resistencias dadas, seleccione seleccione tres de ellas en tal forma, que al agruparlas en serie y en paralelo sus resistencias equivalentes sean las otras dos resistencias que se entregan para la práctica. 3.  Instale en serie las tres resistencias seleccionadas (figura 3), mida con el multímetro la resistencia equivalente y aplique una diferencia de potencial de 12 V entre sus e extremos xtremos A y B.

Figura 3. Circuito de resistencias en serie 4.  Mida la diferencia de potencial en cada resistencia, la diferencia de potencial total entre sus extremos A y B y la corriente que circula por el circuito. (Tabla 1) 5.  Conecte ahora solo la resistencia seleccionada como equivalente del circuito serie a la fuente y aplique 12 V entre entre sus extremos A y B. (Figura 4). Mida la caída de potencial y la corriente en la resistencia equivalente. (Tabla 1)

Figura 4. Circuito equivalente e quivalente 6.  Instale las tres resistencias seleccionados en paralelo (figura 5), mida con el multímetro la resistencia equivalente y conecte el circuito a una fuente de 12V y mida la diferencia d iferencia de potencial en cada resistencia, la corriente que circula por cada resistencia, la diferencia de potencial (Tabla 2) total entre sus extremos A y B y la corriente total que circula por el circuito.

Figura 5. Circuito de resistencias en paralelo 7.  Conecte esta vez solo la resistencia seleccionada como equivalente del circuito paralelo, a la fuente y aplique 12 V entre sus extremos A y B. (Figura 4). Mida la caída de potencial p otencial y la corriente en la resistencia equivalente. equivalente. (Tabla 2) B.- Bombillos en Serie y Paralelo  Paralelo  Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Asociación de resistencias

 

37

1.  Mida con el multímetro la resistencia de cada bombillo. b ombillo. (Tabla 3) 2.  Conecte los bombillos bombillos en serie. Mida con el multímetro la la resistencia total del conjunto (equivalente), antes de conectar la fuente. 3.  Aplique un voltaje de 12 V y observe la luminosidad de cada bombillo y asóciela con la resistencia de cada uno de ellos. 4.  Retire un bombillo de la conexión anterior y observe. 5.  Conecte los bombillos en paralelo. Mida con el multímetro la resistencia del conjunto (equivalente), antes de conectar la fuente. 6.  Aplique un voltaje de 12 V y observe la luminosidad de cada bombillo. 7.  Retire un bombillo cualquiera de la conexión anterior y observe.

Análisis:

A.- Circuito serie. 1.  ¿Qué relación hay entre la diferencia de potencial medida entre los puntos A y B con la diferencia de potencial medida a través de cada resistencia? 2.  ¿La corriente que circula en la resistencia equivalente es igual a la que circula por cada una de las resistencias del circuito serie? ¿Por qué? 3.  ¿Con la corriente del circuito y la diferencia de potencial total medida es posible encontrar la resistencia equivalente? ¿Cómo?

B.- Circuito paralelo.  paralelo.  1.  Compare la corriente total medida en el circuito en paralelo, con las corrientes en cada una de las resistencias. resistencias. ¿Qué relación obtiene? 2.  ¿La corriente total medida en el circuito en paralelo es igual a la medida a través de la resistencia equivalente? ¿Por qué? 3.  ¿La resistencia equivalente medida es igual a la calculada c alculada teóricamente? Explique.

C.- Bombillos en Serie y Paralelo.   1.  ¿La luminosidad en los bombillos, es la misma en cada uno de ellos, cuando se instalan en serie? ¿Cuándo se instalan en paralelo? pa ralelo? Explique. 2.  ¿Qué sucede cuando se retira un bombillo en un circuito serie? ¿En un circuito paralelo? Explique. 3.  ¿La luminosidad en cada uno de los bombillos dados, es mayor cuando se conecta el sistema en serie serie o en paralelo paralelo? ? ¿Por qué? qué? 4.  ¿En una casa de habitación los bombillos bombillos están conectados conectados en serie o paralelo? Explique

D.- Ejercicio

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Asociación de resistencias

 

38

Dos bombillas de 60 Ω y 30 Ω se conectan a una fuente de 4.5 V como de muestra en las figuras.

a.  ¿En cuál de los dos circuitos es mayor la resistencia equivalente? ¿Por qué cree que ocurre? b.  En el circuito en serie, ¿la resistencia equivalente es mayor o menor que las resistencias instaladas? c.  En el circuito en paralelo, ¿la resistencia equivalente es mayor o menor que las resistencias instaladas? d.  ¿Si agregamos una nueva resistencia en el circuito c ircuito en paralelo cómo será la nueva resistencia equivalente: mayor que ahora o menor? ¿por qué? e.  ¿En cuál de los dos circuitos es mayor la intensidad total? ¿Por qué? f.  En el circuito en serie, ¿en cuál de las dos d os resistencias es mayor la caída de ttensión? ensión? g.  En el circuito en paralelo, ¿en cuál de las dos resistencias es mayor la intensidad por rama? h.  Teniendo en cuenta que, a igual intensidad, es la tensión la que hace dar más o menos luz a una bombilla, ¿qué bombilla iluminará más en el circuito en serie? i. 

Teniendo presente que a igual tensión es la intensidad la que hace dar más o menos luz a una bombilla, en el circuito en paralelo, ¿cuál de las dos bombillas iluminará más?

 j.  ¿iluminará más el circuito serie o el paralelo? ¿por qué?

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Asociación de resistencias

 

39

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

ASOCIACION DE RESISTENCIAS  Fecha: __________________ Hora: __________ Profesor ______________________

Nombre de los integrantes del Grupo:

Código alumno:

 _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____  ______________ _______________ ________________ ____  _____________________________  _____________________________  ______________ _______________ _____________ ____________________ _______  _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____

_____________ _____________ _____________ _____________

DATOS OBTENIDOS Tabla 1. Circuito serie VAB = ___________

R1

Req serie (medido)_____________

R2

R3

Req

Valor Voltaje Corriente

Tabla 2. Circuito paralelo  paralelo  VAB = ___________

R1

Req paralelo (medido) __________

R2

R3

Req

Valor Voltaje Corriente

Tabla 3. Circuito bombillos  bombillos  R1

R2

R3

Req

Valor

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Asociación de resistencias

 

40

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

RESISTENCIA INTERNA DE UN GENERADOR Objetivo General: Analizar la influencia que ejerce la resistencia interna de una pila sobre la diferencia de potencial existente entre sus bornes y medir dicha resistencia interna. Objetivos específicos 1.  Medir la resistencia interna de un generador. 2.  Determinar la corriente de corto circuito.

Materiales          

    

Fuente de alimentación Amperímetro Voltímetro Conectores Reóstato

Teoría Cuando una corriente circula por un circuito simple no lo hace solamente a través de la resistencia externa R,  sino que también circula por la resistencia propia del generador (resistencia interna r). r). La fuerza electromotriz ε será igual a la tensión Vab cuando el circuito esté abierto (I = 0). Cuando se cierra el circuito, una corriente I circulará y disminuirá la tensión en los bornes del generador. ε  =  =

V R + V r  r  , por lo tanto:

V r =

ε  – V R 

Donde VR es la tensión t ensión en los extremos de la resistencia R y V r la caída de potencial en la resistencia interna r. r.   Como Vr = I r   y ε  =  =

I R +I r  

V R = I R, entonces: 

y la corriente en el circuito es:

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Resistencia interna de un generador

 

41

El valor máximo de la intensidad de corriente que puede suministrar un generador se denomina corriente de corto circuito ( Ic ), y esto ocurre cuando se unen directamente los bornes de un generador de manera manera que la resistencia externa sea cero ( R = 0 ) entonces :

Procedimiento. 1.  Arme el circuito de la figura, utilizando la salida de 6 V de la fuente. 2.  Con el circuito abierto, mida la caída del potencial entre los bordes del generador ( ε ). Consigne lo los s datos en la tabl tabla a 1. 3.  Cierre el circuito y ajuste el reóstato hasta que el amperímetro amperímetro marque 2 A. y mida el valor VR en los bordes bordes del generador. generador. Lleve los datos a la tabla 1.  1.   4.  Abra nuevamente el circuito y repita los pasos 2 y 3. para cada uno de los valores de intensidad intensidad de corriente de la tabla 1 1.. Primero en forma creciente y luego en forma decreciente. 

Análisis: 1.  ¿Qué es la resistencia interna de un generador? Expliqu Explique. e. 2.  Complete las columnas de la tabla 1. ( V r = ε  – V R  )  3.  Calcule los valores de Vr  (prom) de la tabla 1 para cada intensidad de corriente utilizando los dos datos Vr correspondientes. 4.  Calcule el valor promedio de la resistencia interna r. 5.  Determine el valor de la intensidad de corriente de corto circuito I c. 6.  Sobre las mismas coordenadas con los datos de la tabla 1 grafique VR vs I, y Vr vs I. 7.  ¿De las gráficas obtenidas es posible determinar la fuerza electromotriz del generador? ¿Cómo? 8.  ¿Es posible con esta misma gráfica encontrar el valor de la resistencia interna y externa del circuito? Expliqu Explique. e. 9.  Qué representa la corriente de corto circuito en un generador? generador? 10.  ¿Cuál es la diferencia entre una fem y una diferencia d iferencia de poten potencial? cial? 11.  ¿Bajo qué condiciones el valor de la diferencia de potencial entre los bornes de un generador es igual a la f.e.m? 12.  ¿La resistencia interna de un generador, generador, depende de la corriente del circuito?

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Resistencia interna de un generador

 

42

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

RESISTENCIA INTERNA DE UN GENERADOR  

Fecha: __________________ Hora: __________ Profesor ______________________

Nombre de los integrantes del Grupo:

Código alumno:

 _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____  ______________ _______________ ________________ ____  _____________________________  _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____  _____________________________  ______________ _______________ __________ ____________________ __________

_____________ _____________ _____________ _____________

DATOS OBTENIDOS

Tabla 1. Datos Dat os para encontrar resistencia interna de un generador

I (A)

 

ε

VR

Vr

 

ε

VR

Vr

Vr ( prom )  

r = Vr / I

2 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

Vr  se   se calcula teniendo en cuenta que Vr(prom) para

V r = ε  –   V  V   R

cada valor de corriente se determina promediando los 2 valores obtenidos

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Resistencia interna de un generador

 

43

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

RESISTIVIDAD ELECTRICA 

Objetivo General: Analizar la relación Voltaje-Corri Voltaje-Corriente ente en un material conductor y determinar la resistividad. Objetivos específicos 1.  Determinar el valor de la resistividad eléctrica para el Cobre C obre y el Aluminio.  Aluminio.  2.  Analizar la relación entre la intensidad de corriente y el voltaje, en conductores de diferente longitud y determinar su resistencia. resistencia. 

Materiales                

       

Fuente de alimentación Amperímetro Amplificador de medición Voltímetro Varillas de aluminio Varilla de cobre Cables de conexión Calibrador pie de rey y regla

Teoría Cuando una corriente eléctrica I circula por un conductor, la diferencia de potencial eléctrica V entre sus extremos está dada por la siguiente expresión: V

V = R I, por lo tanto: R =   I

Siendo R una constante de proporcionalidad característica del conductor llamada Resistencia eléctrica.  El valor numérico de R depende del material del que está hecho el resistor, así como de su forma geométrica. En el caso de que el conductor tenga forma de un alambre cilíndrico de longitud L y área transversal A, la resistencia R está dada por la expresión: R= ρ

L A

 

Podemos concluir entonces que:

ρ=

A

  (1) 

L

Siendo ρ la resistividad eléctrica del material. La resistividad es la resistencia eléctrica específica de un material y se mide en ohmios por metro (Ω•m (Ω•m). ). Su valor describe el comportamiento de un Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Resistividad eléctrica

 

44

material frente al paso de corriente eléctrica, por lo que da una idea de lo buen o mal conductor que es. Un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo indicará que es un buen conductor. Generalmente la resistividad de los metales aumenta con la temperatura, mientras que la resistividad de los semiconductores disminuye ante el aumento de la temperatura.

Procedimiento. A.- Medida de la resistividad de materiales. 1.  Realice el montaje mostrado en la figura 1.

Figura 1. 2.  Mida el diámetro de las varillas de aluminio y cobre. (Tabla1) 3.  Conecte los extremos de la varilla de cobre en serie con el Amperímetro y la fuente. 4. Para medir los Voltajes es necesario ajustar el Amplificador con los siguientes parámetros: Low Drift R = 104 Ω, Amplificación = 103, Timer constant = 0 seg. 5. Ajuste la es escala cala del voltí voltímetro metro en 2mV (DC) (DC) y la escala d del el amperímetro en 20 A (DC). (DC). 6.  Coloque los dos cables de medición del voltaje en un mismo punto y con el botón de calibración fina del amplificador lleve a cero el valor medido por el voltímetro. 7.  Establezca un voltaje de 4 V (DC) en la fuente y una corriente de 0.4 A en la varilla, mida el valor del potencial en los extremos de la varilla (L=31.5 cm) con el voltímetro y lleve el valor a la Tabla 1. 8.  Complete la tabla 1 para los valores de corriente que allí se indican. 9.  Cambie la varilla de cobre por la varilla de aluminio de 25.4 mm de diámetro y repita todo el procedimiento anterior. 10.  Complete la tabla 2 con los valores de corriente que allí se indican. 11.  Establezca ahora una corriente de 1.5 A en la varilla de Aluminio de 25.4 m.m. de diámetro 12.  Mantenga fijo un cable de medida del voltaje en el primer agujero de la varilla, y el otro en el siguient siguiente e agujero. Mida la distancia entre ellos y mida la diferencia de potencial entre estos dos puntos. Lleve los datos a la tabla 3. 13.  Repita el numeral anterior para los demás agujeros de la varilla (Tabla 3), sin cambiar el valor de la corriente. El valor de L en cada caso es la distancia entre el primer p rimer agujero y el agujero en cuestión. 14.  Conecte ahora la varilla de aluminio de 12.7 m.m. de diámetro y complete la Tabla 4 con los valores de corriente que allí se indican

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Resistividad eléctrica

 

45

Análisis: 1.  Calcule el área transversal de las varillas de cobre y aluminio. 2.  Grafique la relación V contra I con los datos de la tabla 1. Determine la pendiente de esta gráfica. ¿Que representa este valor? 3.  Calcule la resistividad del Cobre, utilizando los valores obtenidos en el numeral anterior y la Tabla 1. (Ecuación 1) 4.  Grafique la relación V contra I con los datos de la tabla 2. Determine la pendiente pe ndiente de esta gráfica. 5.  Calcule la resistividad del Aluminio, utilizando los valores obtenidos en el numeral anterior y la Tabla 2. (Ecuación 1) 6.  Grafique la relación V contra L con los datos de la tabla 3. Determine la pendiente de esta gráfica. ¿Que representa este valor? ¿Con este valor podría encontrar la resistividad del aluminio? Explique. 7.  Grafique la relación V contra I con los datos de la tabla 4. Determine la pendiente de esta gráfica. 8.  Calcule la resistividad del Aluminio, utilizando los valores obtenidos en el numeral anterior y la Tabla 4. (Ecuación 1) 9.  ¿Cuál de estos dos materiales es mejor conductor? Explique. 10.  ¿La resistividad del aluminio calculada en los numerales 5, 6 y 8 es e s la misma? Explique. 11.  ¿La resistencia de dos varillas de aluminio con igual longitud, pero diferentes diámetros son iguales? ¿Por qué? 12.  Una varilla cilíndrica tiene una resistividad ƿ. Si se triplica su longitud y diámetro, ¿cuál será su resistividad en términos de ƿ? 13.  ¿Qué significa que la resistividad de un material sea muy elevada? 14.  ¿Una resistividad baja de un material, permite fácilmente el movimiento de carga eléctrica?

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Resistividad eléctrica

 

46

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

RESISTIVIDAD ELECTRICA 

Fecha: __________________ Hora: __________ Profesor ______________________

Nombre de los integrantes del Grupo:

Código alumno:

 _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____  ______________ _______________ ________________ ____  _____________________________  _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____  _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____

_____________ _____________ _____________ _____________

DATOS OBTENIDOS

Tabla 1. Varilla de Cobre L = 31.5 cm Diam: 25.4 mm

I (A) 0.4 0.7 1.0 1.3 1.6

V(µV)

1.9

I(A) 0.4 0.7 1.0 1.3 1.6

V(µV)

1.9

Tabla 3. Varilla de Aluminio I = 1.5 A Diam: 25.4 mm

L( cm) 7 14 21 28 31.5

Tabla 2. Varilla de Aluminio L = 31.5 cm Diam: 25.4 mm

V(µV)

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Tabla 4. Varilla de Aluminio L = 31.5 cm Diam: 12.7 mm

I(A) 0.4 0.7 1.0 1.3 1.6 1.9

V(µV)

Resistividad eléctrica

 

47

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR   Objetivo General: Analizar los procesos de carga y descarga de un condensador a través de una resistencia. Objetivos específicos 1.  Comprobar que la corriente en un circuito RC y la carga ca rga en el condensador, varían con el tiempo, en el proceso de carga y descarga de un condensador. condensador. 2.  Obtener experimentalmente experimentalmente las curvas de carga y descarga de un condensador en función de la corriente y el voltaje. 3.  Determinar teórica y experimentalmente la constante de tiempo del circuito RC.

Materiales:              

      

Multímetro Caja de conexio conexiones nes Resistencias Condensador Conectores Fuente de poder Cronómetro

IMPORTANTE: Elegir la Resistencia y el Condensador de modo que RC sea del orden de 400 segundos.

Teoría

En esta práctica utilizaremos el circuito de la Figur Figura a 1, en el que se tiene un cond condensador, ensador, de capacidad C, que puede cargarse y descargarse a través de una resistencia R. Ambos elementos están conectados en serie a los bornes centrales de un conmutador bipolar de doble conexión. Los bornes superiores de dicho conmutador están conectados a una fuente de alimentación de potencia, que suministra una diferencia de potencial constante, V.

Figura 1. Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Carga y descarga de un condensador

 

48

Se considera que inicialmente el condensador está descargado. Cuando se pasa el conmutador a la posición "superior"(a), "superior"(a), el condensador condensador se va cargando, hasta que que la diferencia de potencial entre sus armaduras se iguala al potencial de la fuente. Si, una vez que el condensador ha adquirido carga, se pasa el conmutador a la posición "inferior"(b), el condensa condensador dor se descarga través de la resistencia res istencia R. Ni el e l proceso de carga, ni el de descarga son instantáneos, requiriendo ambos un tiempo que que depende, de los valores de C y de R.

A.- Proceso de carga. Representemos por q(t) la carga y por i (t) la intensidad de la corriente en el circuito en función del Representemos tiempo. Las diferencias de potencial instantáneas en la resistencia VR y el condensador VC  son: V R = i R 

Por lo tanto:

V = V R + V c   = i R + c  =

;



  

V c     = c =

 

entonces:

  i=

 



 

 

En el instante en que se efectúan las conexiones, cuando q = 0, la intensidad inicial es:



i 0 =



 

Cuando la carga va aumentando, crece el término q/C, y la intensidad disminuye hasta anularse finalmente. Cuando i = 0, finaliza el proceso de carga y el condensador queda cargado con una carga final dada por: qf  =  = C V   Puede demostrarse que la carga en el condensador y la corriente en el circuito varían, respectivamente,, de acuerdo a las siguientes expresiones: respectivamente expresiones:

 (  ) =  ( 1  

−

 

 ) 

;

 ( ) =

 



−

 

 

El producto RC, que aparece en el exponente, tiene dimensiones de tiempo y se denomina constante de tiempo o tiempo de atenuación del circuito. La constante de tiempo representa el tiempo que tarda el condensador en adquirir el 63% de su carga final de equilibrio. B.- Proceso de descarga descarga..  Supongamos que el condensador haya adquirido una carga q0 y que pasamos el conmutador a la posición "inferior"(b), de modo que se pueda descargar a través de la resistencia R. Nótese que q0  representa la carga inicial en un proceso de de descarga y que no es necesariamente necesariamente igu igual al a la qf definida anteriormente. anteriormente. Sólo si el conmutador ha permanecida permanecida en la posición "superior"(a) un tiempo t>>RC, será q0  ≈ qf . Dado que ahora no hay f.e.m. en el circuito (esto es V = 0), tenemos te nemos que R y C quedan en paralelo. Se puede demostrar que la carga en el condensador y la corriente en el circuito varían, respectivamente,, de acuerdo a las siguientes expresiones: respectivamente expresiones: 

() = 0  −

Guías Laboratorio de Física II - UFPS





 

;

 () =  0  −



 

Carga y descarga de un condensador

 

49

Es fácil comprender que, en el proceso de descarga, la constante de tiempo del circuito RC, representa el tiempo que tarda el condensador en reducir su carga a un 37% de d e su valor inicial inicial,, esto es en perder el 63% de su carga. ca rga.

Procedimiento. 1.  Mida con el multímetro el valor de las resistencias y la capacidad del condensador. A.- Proceso de carga. 2.  Instale el circuito de la figura 1, colocando el conmutador en la posición "inferior" antes de conectar la alimentación de potencia. Tenga en cuenta la polaridad de los distintos elementos. 3.  Compruebe, por la lectura del voltímetro, que el condensador está completamente descargado (VC = 0). 4.  En el instante (t=0)  en que se pase el conmutador a la posición "superior",  lea simultáneamente las indicacione indicaciones s de los voltímetros VR y VC (un alumno se ocupará de cada instrumento). instrumento). Anote los resultados en las columnas columnas marcad marcadas as para tal efecto de la tabla 1. 5.  Repita las lecturas simultáneas de los instrumentos de medida a intervalos regulares de tiempo (de 20 segundos). Anote los resultados en la tabla 1. B.- Proceso de d e descarga. 6.  Finalizando el proceso de carga, comenzaremo comenzaremos s el de descarga pasando el conmutador a la posición "inferior", y en ese mismo instante (t=0) lea simultáneamente simultáneamente las indicacion indicaciones es de los voltímetros VR y VC. Anote los resultados en la Tabla 2. 7.  Repita las lecturas simultáneas de los instrumentos de medida a intervalos regulares de tiempo (de 20 segundos). Anote los resultados en la tabla 2.

8.  Cambie la resistencia en el circuito y repita nuevamente todo el proceso de carga y descarga (elabore otras tablas). Análisis: 1. de corriente y car carga ga de las tablas 1 y 2.y la carga  2.   Calcule Grafiquelos envalores funciónde del tiempo la variación de la corriente carga del condensador en el proceso de carga y descarga del mismo. 3.  Calcule la constante de tiempo RC y demárquela sobre dichas gráficas. 4.  Demuestre que el producto RC tiene unidades unidades de tiempo si R está dada en ohmios y C en faradios. 5.  Investigue al menos dos aplicaciones de los circuitos RC 6.  Calcular el tiempo que tarda el condensador en adquirir adquirir el 99% de su carga final. Exprese el resultado en función de la constante de tiempo RC. 7.  Cuanto tardaría el condensador condensador en cargarse cargarse un 100%. Explique. 8.  ¿Por qué el valor de la corriente que se lee en el amperímetro cuando el condensador se está descargando lleva el signo negativo? 9.  Cuando el condensador se descarga, ¿Qué sucede con la energía que estaba almacenada en el condensador? 10.  ¿EL valor de la resistencia, influye en el tiempo en que se carga un condensador condensador? ?

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Carga y descarga de un condensador

 

50

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR

Fecha: __________________ Hora: __________ Profesor ______________________

Nombre de los integrantes del Grupo:

Código alumno:

 _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____  ______________ _______________ ________________ ____  _____________________________  _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____  _____________________________  ______________ _______________ __________ ____________________ __________

_____________ _____________ _____________ _____________

DATOS OBTENIDOS

R = _____________

C = ________________

Tabla 1. Proceso de carga

t

VR 

VC 

i=VR /R

20”   40”   1’   1´20”   1´40”   2’   2’20”   2’40”   3’   3’20”   3’40”   4’   4’20”   4’40”   5’   5’20”   5’40”   6’   6’20”  

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Tabla 2. Proceso de descarga

q=CVC 

t

VR 

VC 

i=VR /R

q=CVC 

20”   40”   1’      1´20”  1´40”   2’   2’20”   2’40”   3’   3’20”   3’40”   4’   4’20”   4’40”   5’   5’20”   5’40”   6’   6’20”  

Carga y descarga de un condensador

 

51

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

LEYES DE KIRCHHOFF  Objetivo General: Realizar mediciones de corrientes y voltajes en un circuito con tres fuentes de poder y comparar los valores obtenidos experimentalmente, con los obtenidos del cálculo aplicando las leyes de Kirchhoff. Objetivos específicos 1.  Afianzar experimentalmente las leyes de conservación de la energía eléctrica y la conservación de carga. 2.  Verificar las leyes de Kirchhoff: Ley de Mallas y ley de Nodos. Materiales:          

    

Multímetro Caja de conexiones de Kirchhoff Resistencias Conectores Fuente de poder

Teoría Muchos circuitos eléctricos y electrónicos electrónicos contienen más de una fuente de CD. Estos circuitos no pueden ser resueltos aplicando los conceptos simples de asociación en serie y paralelo de componentes, componen tes, sino que se debe usar un método más general g eneral tal como las leyes de Kirchoff. Leyes de Kirchhoff. En todo circuito constituido por varias ramas, cuando se ha establecido el régimen estacionario de corrientes se verifica que:  



Ley de Nodos Un nodo es un punto donde tres o más conductores conductores concurren. Como consecu consecuencia encia de la conservación de la carga,  carga, la suma de todas las intensidades de corriente que entran a un nodo es igual a la suma de todas las que salen.

∑    =   ∑    

  





Ley de Mallas Una malla es una trayectoria conductora cerrada. Teniendo en cuenta la ley de la conservación de la energía,  energía, se tiene que la suma total de las caídas de potencial en una malla es cero

∑  + ∑  =   El primer paso a seguir en la aplicación de estas reglas, es el de arbitrariamente seleccionar y marcar la dirección de las corrientes a través de las diferentes partes del circuito. Esta convención de sentidos debe mantenerse mantenerse durant durante e todo el proceso de aplicación de las leyes de Kirchhoff. Si

Guías Laboratorio de Física II

UFPS

Leyes de Kirchoff

 

52

después de resolver las ecuaciones resultantes, alguna de las corrientes aparece con signo negativo, solo significa que simplemente la dirección de circulación real es opuesta a la seleccionada, pero su valor numérico es correcto. Ambas sumas deberán efectuarse respecto a un mismo sentido de circulación a lo largo de la malla, elegido arbitrariamente y tomado como positivo. Se debe tener en cuenta que: 1.  La suma algebraica puede resultar, tanto para las caídas de potencial en los elementos resistivos como para las fem positiva, negativa o cero. 2.  Que al ser cerola suma, no necesariamente deben ser cero las corrientes ya que es una suma algebraica. 3.  Ambos grupos de ecuaciones constituyen un sistema de ecuaciones lineales con n incógnitas, si las resistencias resistencias son constantes. 4.  Para obtener dicho sistema se debe:    

 

Fijar el sentido de las corrientes en cada rama. Fijar el sentido de la circulación a lo largo de cada malla.

Las ecuaciones deben plantearse simultáneamente, esto es, los sentidos de las corrientes adoptadas para el planteo de las ecuaciones de la ley de nodos, deben mantenerse cuando se plantean las ecuaciones para la ley de mallas.

Procedimiento. Mida con el multímetro el valor de las resistencias R1, R2, R3, antes de montarlas en el circuito de la figura 1. (Tabla 1)

Figura 1 A.- Circuito de una sola malla: 1.  Cierre la malla externa. Coloque puentes en A y C. 2.  Mida la diferencia de potencial en cada uno de los elementos (R1, R3, ε1  y ε3) que conforman la malla. Para ello recorra los elementos de esta malla en el e l sentido contrario a las agujas del reloj. Tenga Te nga presente la polaridad con el fin de asignar el signo correcto a cada diferencia de potencial. Lleve estos datos datos a la tabla 2. 2.  B.- Circuito de varias mallas: 1.  Vamos a analizar las 3 mallas del circuito de la figura 1. Coloque puente puentes s en A, B y C. 2.  Mida la corriente en cada una de las ramas para verificar la ley de nodos. Tenga en cuenta la polaridad del amperímetro para asignar el signo correcto en cada corriente. (Tabla 3).  3). 

Guías Laboratorio de Física II

UFPS

Leyes de Kirchoff

 

53

3.  Al tomar las mediciones, es necesario recorrer cada malla en el sentido mostrado en la figura 1. Tenga presente la polaridad con el fin de asignar el signo correcto a cada diferencia de potencial. Malla 1 A.  Mida la diferencia de potencial en cada uno de los elementos (R 1, R2, ε1  y ε2) que conforman la malla 1. Lleve estos datos a la tabla 4 (no olvide el signo del v valor alor B.  medido). Mida la corriente en A y en B. (Tabla 4) Malla 2 A.  Mida la diferencia de potencial en cada uno de los elementos (R 2, R3, ε2  y ε3) que conforman la malla 2. Lleve estos datos a la tabla 5 (no olvide el signo del valor medido). B.  Mida la corriente en B y en C. (Tabla 5) Malla Externa A.  Mida la diferencia de potencial en cada uno de los elementos (R 1, R3  ε1  y ε3) que conforman la malla externa. Lleve estos datos a la tabla 6 (no olvide el signo del valor medido). B.  Mida la corriente en A y en C. (Tabla 6) 6)   Análisis: A.- Circuito de una sola malla: 1.  Usando las leyes de Kirchhoff resuelva analíticamente este circuito con los valores medidos de R1, R3, ε1 y ε3 y halle la corriente teórica en el e l circuito. 2.  Compare este resultado con el valor de la corriente medida directamente en el circuito en A y B. Calcule C alcule el error porcentual. Explique. 3.  Sume los valores experimentales de voltaje de las fuentes y de las caídas de potencial en cada resistencia del circuito teniendo en cuenta el signo (Tabla 2). ¿Se cumple la ley de mallas? Explique. B.- Circuito de varias mallas. 1.  ¿Cuántos nodos y cuantas mallas hay en el e l circuito analizado? 2.  Usando las leyes de Kirchhoff resuelva analíticamente este circuito con los valores medidos de R1, R2, R3, ε1, ε2 y ε3 y halle la corriente teórica en cada rama del circuito c ircuito (iA, iB, iC) 3.  Compare estos resultados con el valor de la corriente medida directamente en el circuito en A, B y C (Tabla 3). Calcule el error porcentual. Explique. 4.  Sume los valores experimentales de corriente, corriente, en cada una de las ramas, teniendo en cuenta el signo (Tabla 3). ¿Se cumple la ley de nodos? Explique. 5.  Sume los valores experimentales experimentales de voltaje de las fuentes y de las caídas de potencial en cada resistencia, en cada uno de los tres circuitos, teniendo en cuenta el signo (Tabla 4, Tabla 5, Tabla 6). ¿Se cumple la ley de mallas? Explique. 6.  La ley de nodos, se relaciona con la conservación de la carga. Explique. Explique. 7.  La ley de mallas se relaciona con la conservación de la energía. ¿Por qué?

Guías Laboratorio de Física II

UFPS

Leyes de Kirchoff

 

54

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

LEYES DE KIRCHHOFF  Fecha: __________________ Hora: __________ Profesor ______________________

Nombre de los integrantes del Grupo:

Código alumno:

 _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____  ______________ _______________ ________________ ____  _____________________________  _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____  _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____

_____________ _____________ _____________ _____________

DATOS OBTENIDOS Tabla 1. Medida de Resistencias R1

R2 

R3 

A. circuito de una sola malla Tabla 2. Circuito de una sola malla V en R1

V en R3 

ε1 

ε3 

iA

IC

B. Circuito de varias mallas Tabla 3. Medida de corriente corrientes s iA

iB 

iC 

Tabla 4. Circuito malla 1 V en R1

V en R2 

ε1 

ε2 

iA

iB

IB

IC

iA

IC

Tabla 5. Circuito malla 2 V en R2

V en R3 

ε2 

ε3 

Tabla 6. Circuito malla externa V en R1

V en R3 

ε1 

ε3 

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Leyes de Kirchoff

 

55

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

BOBINAS DE

HELMHOLTZ  

Objetivo General: Analizar la distribución espacial del campo magnético entre un par de bobinas de bobinas  de Helmholtz. Helmholtz. Objetivos específicos 1.  Medir la componente axial del campo magnético a lo largo del eje z de las bobinas planas.   2.  Analizar la distribución espacial del campo magnético magnético.. Materiales:      



  

                     

      

  

   





Fuente de alimentación 12v/2 Sonda Hall Adaptador, enchufe bnc Adaptador, hembra. bnc Sensor de movimiento c. cable Cobra3 6a sonda corriente Software cobra3 - fuerza / tesla Porta placas Hilo de seda Regla Fuente de alimentación univers universal al Bobinas de Helmholtz Sensor de Corriente C orriente Módulo Tesla Unidad básica Cobra 3  PC Windows

Teoría Las bobinas de Helmholtz son dos bobinas paralelas separadas a una distancia R (Figura 1). Cada bobina está formada por un hilo conductor que recorre N vueltas en torno a un apoyo cilíndrico cil índrico cuyo radio coincide con la distancia R entre las bobinas (en nuestro caso, N=154 y R=20 cm.).   Como consecuencia, cuando circula una corriente, corriente, éstas generan generan un campo magnético que es prácticamente uniforme en el espacio comprendido entre ellas. 

Figura 1. 1.

Figura 2  2 

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Campo Magnético – Bobinas de Helmholtz

 

56

Para determinar el valor del campo magnético, en el caso de una espira circular de radio R (Figura 2), la inducción magnética B, en un punto del eje de simetría y a una distancia  x de su centro viene dada por: B=

0  3   2( + ) ⁄

Ya que, en lugar de una sola espira, disponemos de dos bobinas paralelas con N espiras cada  cada   una, el campo magnético en el punto medio entre las bobinas será: B=

0  3   ( + ) ⁄

Se puede demostrar que la magnitud del campo magnético en la región central de las bobinas de Helmholtz (x=R/2) está dada por:  Bb =

80    5√ 5 

Procedimiento. 1.  Realice el montaje mostrado en la figura 3. El radio de las bobinas es 20 cm.  cm.   2.  La fuente se conecta cuando el sistema esté totalmente calibrado.  calibrado.  3.  Verifique que lano sonda bienalguna ajustada soportes, de las bobinas hayaquede vibración enalalos dirección. direcció n. para que al desplazarla a través

Figura 3 4.  El hilo que conecta el barril de la sonda con el sensor de movimiento debe pasar por la polea más grande y siempre debe estar paralelo al movimiento de la sonda, por lo tanto, 5.  6.  7. 

es importante colocar el peso adecuado el porta pesas (10 g.)   Conecte el módulo “Tesla” al Cobra 3 y laensonda al módulo “tesla”.  “tesla”. Conecte el sensor de corriente corriente “6  “6 AA-Sensor”  al  al puerto “Analog puerto “Analog ln 2  2 /  / S 2” del del cobra 3.  3.  Conecte el sensor de movimiento al Cobra 3 como se muestra en la figura 4.  4. 

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Campo Magnético – Bobinas de Helmholtz

 

57

Figura 4 8.  Conecte las bobinas en serie para que el campo magnético producido por ellas esté en la misma dirección. (Figura 5). 5 ). La “A” representa el sensor de corriente. La corriente no debe ser mayor de 3.5 A.

Figura 5. 9.  Conecte el Cobra 3 al computador y abra el programa “measure”,  “measure”,   seleccione  “Fuerza/Tesla” y confi configure gure los parámetros parámetros de la Figura 6.

Figura 6.

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Campo Magnético – Bobinas de Helmholtz

 

58 10.  Para iniciar la medición es necesario calibrar los sensores y es indispensable que siga los siguientes pasos en orden riguroso. 1” y registre los parámetros de la figura 11.  Para configurar las gráficas haga clic en”  Diagrama 1” 7 y puse “OK”.  “OK”. 

Figura 7. 12.  Haga clic en “opciones” “opciones” y configure los diferentes parámetros para establecer los rangos rangos   de densidad de flujo B y corriente de acuerdo a las figuras 8 y 9. Pulse “OK”  

Figura 8

Figura 9

13.  Para calibrar el rango de desplazamiento de la sonda , haga clic en “Angulo/Distancia” y realice la configuración de la Figura 10. 10 . Determine la distancia, distancia, pulse “inicio” y mueva el barril que soporta la sonda, lentamente y con velocidad constante, a lo largo de la regla el valor asignado. Pulse “ Pulse “Fin Fin”  ”  y  y regrese el barril a la posición inicial inicial.. Pulse “OK”.  “OK”. 

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Campo Magnético – Bobinas de Helmholtz

 

59

Figura 10 14.  Para finalizar la calibración, nuevamente, en el panel de “Opciones” seleccione  “calibracion  “calibracion”” y ajuste los parámetros como lo muestra la figura 1 11 1 y termine la calibración pulsando “calibrar” y luego “OK”, para retornar a la pantalla inicial (Figura 6)

Figura 11 15.  Conecte la fuente de alimentación de las bobinas. (12V) 16.  Coloque la sonda Hall en la posición inicial de medición, como se ilustra en la figura 12, para analizar el comportami comportamiento ento axial del campo magnético.

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Campo Magnético – Bobinas de Helmholtz

 

60

Figura 12. 17.  Para analizar el comportamiento axial del campo magnético entre las bobinas, dé clic en  “Continuar” (Figura 6) y ajuste un valor de corriente constante constante (2.5 A). Para empezar las mediciones, coloque la base del barril en la posición inicial y haga clic en “Iniciar medida” y desplace la sonda con velocidad constante, constante, a lo largo del eje axial.  axial.  Luego pulse “Finalizar medida” y observe los valores para el campo magnético B y la distancia en el monitor pulsando el ícono “datos” y llévelos a la tabla 1. 1.   18.  Para determinar la variación del campo magnético en el centro de las bobinas, con respecto a la corriente que circula por ellas, seleccione seleccione nuevamente “ “Fuerza/Tesla”  “Fuerza/Tesla” y configure los parámetros de la Figura 13.  13. 

Figura 13 19.  Ubique cuidadosamente la sonda Hall axial en el centro de las bobinas, ajuste a cero el valor de la corriente. Aumente en forma gradual la corriente que circula por ellas (de 0 a 3 A), moviendo el botón de variación de corriente con velocidad constante. Observe los valores para el campo magnético B y la corriente en el monitor, pulsando el ícono “datos” y llévelos a la tabla 2  2  20.  Para analizar el comportamiento comportamiento tangencial del ca campo mpo magnético, coloque ahora la sonda Hall, como se ilustra en la figura 14,

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Campo Magnético – Bobinas de Helmholtz

 

61

Figura 14. 21.  Seleccione nuevamente “ “Fuerza/Tesla”  “Fuerza/Tesla” y configure configure los los parámetros parámetros de acu acuerdo erdo a lla a figura 6. 22.  Con la sonda tangencial, repita los pasos 17, 18 y 19, teniendo en cuenta que en este caso la sonda se desplaza, hasta el centro, entre los planos de las bobinas. Lleve sus datos a las tablas 3 y 4. Análisis: 1.  Con los datos de la tabla 1. Grafique el campo magnético B en función d del el desplazamiento a lo largo del eje axial. Determine la región donde el campo magnético producido producido por las bobinas de Helmholtz es constante, con respecto a su eje axial. 2.  Con los datos de la tabla t abla 2. Grafique el campo magnético B en el centro ce ntro de las bobinas en función de la corriente I. 3.  Determine la pendiente. 4.  ¿Cuál es la relación entre la pendiente y el radio rad io de las bobinas? 5.  Con los datos de la tabla 3. Grafique el campo magnético B en función del desplazamiento a lo largo del eje tangencial.  Determine la región donde el campo magnético producido por las bobinas de Helmholtz es constante, con respecto a su eje tangencial. 6.  Con los datos de la tabla t abla 4. Grafique el campo magnético B en el centro de las bobinas en función de la corriente I.   7. Determine analice el acuerdo o desacuerdo de este resultado con el obtenido enlael pendiente numeral 3.yExplique.

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Campo Magnético – Bobinas de Helmholtz

 

62

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

BOBINAS DE

HELMHOLTZ

Fecha: __________________ Hora: __________ Profesor _____________________

Nombre de los integrantes del Grupo:

Código alumno:

 _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____  ______________ _______________ ________________ ____  _____________________________  _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____  _____________________________  ______________ _______________ ________________ ____

_____________ _____________ _____________ _____________

DATOS OBTENIDOS

SONDA HALL AXIAL Tabla 1. d

SONDA HALL TANGENCIAL TANGENCIAL  

Tabla 2. B

I

Tabla 3. B

d

B

Tabla 4. I

B

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Campo Magnético – Bobinas de Helmholtz

 

63

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

CAMPO MAGNETICO TERRESTRE  Objetivo General:

Medir el valor de la componente horizontal de la intensidad del campo magnético terrestre, por el método de la brújula. Objetivos específicos  



 



Determinar la componente horizontal del campo magnético de la tierra a través de la superposición del campo de Helmholtz. Determinar el ángulo de inclinación para calcular la componente vertical del campo magnético de la tierra.

Materiales:                      

       

  

Par de Bobinas de Helmholtz . (N = 154 espiras, R = 20cm). Fuente de Alimentación universal Reóstato , 100 Ohm , 1,8 A Teslámetro , digital Multímetro digital  Magnetómetro Barril de base  Abrazadera de Ángulo recto Varilla de Soporte Soporte del tubo Cables de Conexión C onexión

Teoría

Todosiimán recto en quesupuede puproximidad ede girarden torno ainfluencia su encia centro, siempre premagnético. se orienta en dirección Norte Sur, no existe proximida ninguna influ desiem origen Enlaeste hecho se basael funcionamiento de la brújula. Las brújulas se orientan de tal modo que su dirección es la dirección del campo magnético en ese lugar y su polo norte indica el sentido del campo. Cuando una brújula es afectada afectada por varios campos magnéticos simultáneamente esta se orienta en la dirección del campo magnético resultante y su polo norte indica el sentido de éste. En esta práctica p ráctica será aprovechado el carácter vectorial del campo magnético para poder determinar experimentalmente el valor de la componente horizontal B h  del campo magnéti magnético co terrestre en el laboratorio. Las bobinas de Helmholt He lmholtzz son dos bobinas paralelas separadas a una distancia R. Cada bobina está formada por un un hilo hilo conductor conductor que recorre N vueltas en torno a un apoyo cilíndrico cuyo radio coincide con la distancia R entre las las bobinas (en nuestro nuestro caso, N=154 y R=20 cm.). cm.). Como consecuencia, consecue ncia, uniforme cuando circula una corriente, éstasentre generan prácticamente en el espacio comprendido ellas.  un campo magnético que es

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Campo magnético terrestre

 

64

Figura 1. Se puede demostrar que la magnitud del campo magnético en la región central de las bobinas de Helmholtz (x=R/2) está dada por:  Bb =

80    5√ 5 

(1)

Conocidos N y R y la medida de I con un amperímetro, podemos encontrar el valor del campo magnético Bb ,  , generado por las bobinas. Si el campo magnético creado por las bobinas (B b) es perpendicular a la componente horizontal del campo magnético terrestre (B h), tendremos un campo magnético resultante (B Rh) como se muestra en la figura 2. 

Figura 2. Por lo tanto: Bb = Bh tang θ 

(2)

Si la aguja de una brújula se suspende con su centro en cojinetes que le permitan girar tanto en el plano vertical como el horizontal, esta quedara orientada horizontalmente respecto a la superficie terrestre sólo si se encuentra cerca del ecuador. Cuando este experimento se hace más al norte del ecuador (por ejemplo en nuestro País) la aguja gira verticalmente formando un ángulo φ con el plano horizontal, denominado ángulo de inclinación. Figura 3.

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Campo magnético terrestre

 

65

Figura 3 Conociendo Bh  y aplicando:

φ 

(Fig. 3) se puede conocer la magnitud el campo magnético terrestre BT 

BT =

Bh   cos φ

(3)

Procedimiento

1.  Con la brújula, localice la línea Norte – Sur magnética y ubique las Boinas de Helmholtz como se muestra en la figura 3.  La brújula debe colocarse de manera que su altura coincida con el eje horizontal de las bobinas.

Figura 3. 2.  Las bobinas de Helmholtz se conectan en serie entre sí, con el reóstato y el multímetro utilizado como amperímetro, a la fuente de alimentación como se muestra en la figura 4.

Figura 4.

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Campo magnético terrestre

 

66

3.  Antes de conectar la fuente de alimentación hay que asegurarse que los controles de potencial y corriente están al mínimo. Coloque el reóstato en el punto de mayor resistencia. Ajuste la fuente así: V = 1,5 V y A = 2A 4.  Con el reóstato regule la intensidad de la corriente eléctrica hasta que la aguja magnética forme un ángulo de 20º. Lleve el valor a la tabla 1. 5.  Repita el proceso anterior, para los otros valores de ángulo de la tabla 1. 6.  Retire la brújula de las bobinas y por separado, colocando su plano verticalmente en la dirección norte-sur, determine el ángulo de inclinación φ, girando la brújula 90º. (Fig 5).

Figura 5

Análisis:

1.  Complete las columnas de la tabla 1 (tang θ y B b) utilizando la ecuación (1) y los datos obtenidos experimentalmente. 2.  Construya una gráfica de B b contra tang Θ, con los datos de la tabla 1 .Calcule la pendiente. 3.  Determine el valor experimental de la componente horizontal Bh del campo magnético terrestre a partir de la gráfica anterior. 4.  Calcule la magnitud del campo magnético terrestre con la ecuación (3). 5.  Explique por qué se produce el campo magnético terrestre. 6.  ¿Cómo giraría la aguja imantada si cambiamos la polaridad de las conexiones de la bobina? 7.  ¿Funcionaría igual el experimento si utilizáramos corriente alterna?

Guías Laboratorio de Física II - UFPS

Campo magnético terrestre

 

67

DEPARTAMENTO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

CAMPO MAGNETICO TERRESTRE  Fecha: __________________ Hora: __________ Profesor ______________________

Nombre de los integrantes del Grupo:

Código alumno:

 _____________________________  ______________ _______________________________ ____________________ ____  ______________ _______________________________  _____________________________ ____________________ ____  _____________________________  ______________ _______________________________ ____________________ ____  _____________________________  ______________ _______________________________ ____________________ ____

_____________ _____________ _____________ _____________

DATOS OBTENIDOS

Tabla 1. Campo Magnético terrestre. θ 

I

Bb 

tang θ 

20º  30º  40º  45º  50º  60º  70º 

Angulo de desviación vertical

φ =

________