Practica 1 de Electromagnetismo

Campo eléctrico y potencial electrostático.

Instituto Politécnico Nacional Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingenierita Ciencias Sociales y Administrativas.

Laboratorio de electromagnetismo Practica 1: Campo eléctrico y potencial electrostático.

Fecha de realización: 13 de Abril de 2015 Fecha de entrega: 20 de abril de 2015

Participantes: Martínez Hernández Benjamín 2013600684 Mendoza Velazco Brenda Virginia 2013340097 Torres Muñoz Kelly Alix 2014601937 Vázquez Hernández Norma Guadalupe 2013601025 Viveros Peñalosa Marco Antonio Profesor: José María Alfredo Ochoa Cano

Secuencia. 2IV30 Practica 1

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Campo eléctrico y potencial electrostático. ÍNDICE INTERIOR.................................................................................................... 3 RESUMEN..................................................................................................................... 3 PARTICIPANTES:............................................................................................................... 3 PALABRAS CLAVE............................................................................................................. 3 INTRODUCCIÓN...........................................................................................4 OBJETIVOS................................................................................................................... 4 PROPOSITO.................................................................................................................. 4 HIPOTESIS.................................................................................................................... 4 MARCO TEORICO......................................................................................................... 4 DESARROLLO.............................................................................................. 6 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.................................................................................6 CÁLCULOS................................................................................................................... 7 ANALISIS DEL EXPERIMENTO.......................................................................................7 CONCLUSIONES........................................................................................................... 8 BIBLIOGEAFIA.............................................................................................................. 8

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Campo eléctrico y potencial electrostático. Interior RESUMEN En la primera parte de la practica desarrollamos la detección del campo eléctrico entre una esfera hueca, un generador eléctrico y un péndulo electrostático, lo que hicimos fue acercar el péndulo hacia la esfera hueca conectado al generador para poder observar la fuerza de atracción. Se comprobó la existencia de un campo eléctrico alrededor de la esfera, acercando el péndulo radialmente a la esfera cargada por el generador electrostático. En la segunda parte se conectó el generador electrostático en arreglos sumergido en aceite y aserrín, lo cual nos permitió observar las líneas de campo eléctrico que se generaban. Para la tercera y última parte, al acercar la vela a la zonda, el voltímetro electroestático nos indicara que su comportamiento sigue una tendencia lineal. Participantes

: Martínez B., Mendoza B., Torres K., Vázquez N., Viveros M.,

Palabras Clave: Clima, humedad, cargas puntuales, campo eléctrico, atracción

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Campo eléctrico y potencial electrostático. Introducción OBJETIVOS  Detectaremos la existencia del campo eléctrico en la vecindad de este  Analizaremos el efecto que este campo ejerce sobre un material colocado dentro de él.  Obtendremos una descripción grafica del campo eléctrico para diferentes arreglos de electrodos  Mediremos el potencial electrostático con puntos cercanos a la superficie de un conductor esférico.  Determinaremos la relación entre el potencial electrostático y la distancia al centro de la configuración de carga  Determinaremos una relación entre la magnitud de la intensidad del campo eléctrico en un punto y la distancia al centro de la configuración de la carga

HIPOTESIS  Al acercar el electroscopio a la esfera hueca, las laminillas se separaran indicándonos la existencia del campo eléctrico  El péndulo será atraído a la esfera hueca, colocándolo a cualquier distancia dentro del campo eléctrico.  Al acercar la vela a la zonda, el voltímetro electroestático nos indicara que su comportamiento sigue una tendencia lineal.  Al colocar los electrodos en aceite con aserrín cargados eléctricamente, se podrá observar las líneas de fuerza que genera el campo eléctrico.

MARCO TEORICO Campo eléctrico PROPOSITO Demostrar y analizar la existencia y el comportamiento del campo eléctrico a través de factores externos, identificando su magnitud (tamaño), dirección y sentido a través de la diferencia del potencial que es directamente proporcional al campo eléctrico.

El campo eléctrico existe cuando existe una carga y representa el vínculo entre ésta y otra carga al momento de determinar la interacción entre ambas y las fuerzas ejercidas. Tiene carácter vectorial (campo vectorial) y se representa por medio de líneas de campo. Si la carga es positiva, el campo eléctrico es radial y saliente a dicha carga. Si es negativa es radial y entrante. Un campo se representa dibujando las llamadas líneas de campo. Para el campo creado por una carga puntual, las líneas de campo son radiales.

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Campo eléctrico y potencial electrostático. Para el caso de un campo creado por dos cargas puntuales iguales del mismo signo:

el cuerpo cargado ha creado un campo eléctrico. La intensidad de campo eléctrico en un punto se define como la fuerza que actúa sobre la unidad de carga situada en él. Si E es la intensidad de campo, sobre una carga Q actuará una fuerza.

E=K

Q N [ ] r2 C

Potencial eléctrico Para el caso de un campo creado por dos cargas puntuales iguales de distinto signo:

El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva q desde la referencia hasta ese punto, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica.

La unidad con la que se mide es:

[ ][ N C

Newton Coulomb

]

La letra con la que se representa el campo eléctrico es la E. Al existir una carga sabemos que hay un campo eléctrico entrante o saliente de la misma, pero éste es comprobable únicamente al incluir una segunda carga (denominada carga de prueba) y medir la existencia de una fuerza sobre esta segunda carga.

Considérese una carga puntual de prueba positiva, la cual se puede utilizar para hacer el mapa de un campo eléctrico. Para tal carga de prueba localizada a una distancia r de una carga q, la energía potencial electrostática mutua es: De manera equivalente, el potencial eléctrico es

Intensidad de campo eléctrico. La región del espacio situada en las proximidades de un cuerpo cargado posee unas propiedades especiales. Si se coloca en cualquier punto de dicha región una carga eléctrica de prueba, se observa que se encuentra sometida a la acción de una fuerza. Este hecho se expresa diciendo que

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Campo eléctrico y potencial electrostático. Desarrollo PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1˚ Parte: Detección del eléctrico indirectamente

campo

3˚ Parte. Comportamiento del campo eléctrico en las cercanías de un conductor esférico electrizado.

1. Conectamos la esfera hueca a la terminal positiva del generador electrostático 2. Activamos el generador electrostático a 15 Kv 3. Con el electroscopio verificamos que la esfera hueca estuviera electrizada. 4. Acercamos el péndulo electrostático a la esfera hueca, sin que la esfera de esta toque la esfera hueca. 5. Repetimos la instrucción anterior en puntos radialmente simétricos a la esfera hueca.

2˚ Parte. Materialización de las líneas de fuerza. 1. Colocamos la cuba electrostática, con el aceite y aserrín, sobre el proyector 2. Colocamos dos electrodos semejantes dentro del recipiente, uno enfrente al otro separados unos 5 cm y los conectamos a las terminales del generador. 3. Observamos el efecto que producía la mezcla del aceite y aserrín 4. Repetimos el experimento un par de veces pero con electrodos diferentes, como se muestra en la siguiente figura.

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1. Conectamos la terminal positiva del generador electrostático (GE) a la esfera hueca (EH). Conectamos la terminal positiva del voltímetro electrostático (VE) a la zonda (Z) y su terminal. 2. Hicimos el arreglo como se muestra en la figura y se comenzó con el experimento. 3. Pasamos la flama de la vela a 1cm de la zonda, tomamos nota de la medición del voltímetro electrostático. 4. Se acercó la zonda 1 cm a la esfera y se realizó la medición, este procedimiento se realizó hasta una distancia de 30 cm. 5. Posteriormente se realizó con un voltaje de 15 kV.

Campo eléctrico y potencial electrostático. ANALISIS DEL EXPERIMENTO 1a Parte.- Detección del campo eléctrico indirectamente. En esta parte el comportamiento de la esfera del péndulo se debe al comportamiento de los campos de fuerza que pueden actuar a través del espacio produciendo un efecto incluso cuando no existe contacto físico entre los objetos. Un ejemplo muy claro es el campo gravitacional. En este caso el campo de fuerza que existe es un campo eléctrico alrededor de la esfera hueca que está cargada eléctricamente. Debido a que la esfera hueca está conectada a un generador eléctrico el tipo de carga que tiene es negativa. Como sabemos cargas de igual signo se repelen y cargas de diferente signo se atraen. Entonces como la esfera del péndulo se ve atraída hacia la esfera metálica se puede decir que tiene una carga positiva pero no es del todo cierto. En realidad lo que ocurre es que la carga negativa de la esfera hueca induce un reacomodo de cargas en la superficie de la esfera del péndulo. Solo es en su superficie debido a que está hecha de un material aislante. Las cargas positivas atraídas hacia la esfera hueca quedan en la superficie, mientras que las cargas negativas son repelidas de la siguiente forma:

Con la esfera del péndulo estática, hacemos un análisis de cuerpo libre sobre la esfera para determinar la expresión de la tensión sobre el hilo del péndulo.

Ʃ Fx = Fe21 – Tx = Fe21 – T (cosα) = 0 Ʃ Fy = Ty – W = T(senα) – mg = 0 Despejamos T en ambas ecuaciones: T = Fe21 (Cosα) T = mg (senα) Igualamos las ecuaciones T= Fe21 = mg (senα) (Cosα) Como Fe21 =

T=

k

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q1q2

( ) r

2

q1q2

( )

Cosα)

(

En puntos simétricos distintos se observó el mismo comportamiento.

k

r2

= mg

(senα)

Una vez desactivado el generador la esfera del péndulo comienza a regresar a su lugar debido a que en la esfera hueca comienza a perderse la carga negativa lo que provoca el reordenamiento de las cargas en la esfera del péndulo a su estado neutro, al no estar bajo el efecto del campo eléctrico de la esfera hueca.

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Campo eléctrico y potencial electrostático. 2a Parte.- Configuración de las líneas de fuerza entre dos electrodos. En esta parte utilizamos varios tipo de electrodos resultando las siguientes configuraciones:

CÁLCULOS V vs 1/r

V

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r 6.2

30

6.3

29

6.35

28

6.5

27

6.8 7

26 25

7.1

24

1/r 0.033333 33 0.034482 76 0.035714 29 0.037037 04 0.038461 54 0.04 0.041666 67

Campo eléctrico y potencial electrostático. 0.043478 26 0.045454 22 55

7.4

23

7.5

V vs 1/r 7.6 7.4

f(x) = 0.18x + 5.92 R² = 0.98

7.2

V vs 1/r

7

Linear (V vs 1/r)

6.8 6.6 6.2 6 3.3333333333333333E-2

Comparación de ley física experimental y ley teórica

( 1r )+b

…………………. Ley

física

V =116.1681

( 1r )+2.2815

……………

…ley experimental

r 6.2 6.3 6.35

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6.8 7

26 25

7.1

24

7.4

23

7.5

22

E 1/r2 0.206666 0.001111 67 111 0.217241 0.001189 38 061 0.226785 0.001275 71 51 0.240740 0.001371 74 742 0.261538 0.001479 46 29 0.28 0.0016 0.295833 0.001736 33 111 0.321739 0.001890 13 359 0.340909 0.002066 09 116

G.3.2 determine el campo electico V

27

Grafique E vs 1/ r2

6.4

V =m

6.5

E =v/r 0.206666 30 67 0.217241 29 38 28 0.226785 Página 9

71 0.240740 74 0.261538 46 0.28 0.295833 33 0.321739 13 0.340909 09

Campo eléctrico y potencial electrostático. 2

A=4 π (8)

V vs 1/r2 0.4 0.35 0.3 f(x) = 0.02x + 0.18 1/r2 0.25 Linear (1/r2) 0.2 0.15 0.1 0.05 0 1.1111111111111111E-3

A=804.2477 ∅E =( 0.28 ) ( 804.2477 ) ∅E =225.1893

BIBLIOAFIA

Comparación de ley experimental y ley física

E=m

( r1 )+ b 2

V =145.0694

……………… ley física

( 1r )+ 0.0445

……………

…. ley experiemtal Calculo de flujo de eléctrico

∅E =EA A=4 π r

2

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 Título: Sears Zemansky Física Universitaria Vol. 2 Campos eléctricos. Autores: Hugh D. Young, Roger A. Freedman  Enciclopedia temática biblos Física Fácil Para Universitarios 3ª edición Grupo editorial Grijalva.