Practica 4 FEYM

 

UNIVERSIDAD CATOLICA SANTA MARIA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIAS FISICAS Y FORMALES Escuela Profesional de Ingeniería Industrial

Curso: FÍSICA: ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Laboratorio: 04 Semestre: III Tema/Título: SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES EQUIPOTENCIALES

Integrantes: QUIRO ALVARO JUAN CARLOS CHAMBI NINA ASHLEY CAROL CHECCORI MOINA KARINA XIMENA ESPINOZA QUISPE ALESSANDRA JACQUELINE VELASQUEZ VILLANUEVA SANDRA

Arequipa – 2019

 

Física: Electricidad y magnetismo

PRÁCTICA N°4 SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES A. COMPETENCIAS   El estudiante verifica experimentalmente la existencia de las líneas de fuerza (campo eléctrico) y de las superficies equipotenciales creadas por conductores cargados   El estudiante dibuja las superficies equipotenciales

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B. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA Campo eléctrico es el espacio que rodea a las cargas eléctricas. Las líneas de campo son líneas imaginarias que ayudan a visualizar el campo eléctrico. Así mismo, el potencial en diferentes puntos de un campo eléctrico se puede representar gráficamente mediante superficies equipotenciales. Una línea equipotencial es una línea en un campo eléctrico trazada de tal manera que todos sus puntos están al mismo potencial, es decir, que la diferencia de potencial entre dos puntos de una línea equipotencial es nula Una superficie equipotencial es una superficie tridimensional sobre el cual el potencial eléctrico V es igual a todos sus puntos. Las líneas de campo y las superficies equipotenciales son siempre mutuamente perpendiculares. Cuando todas las cargas están en reposo, la superficie de un conductor es una superficie equipotencial. Cuando todas las cargas están en reposo, el campo eléctrico justo fuera de un conductor debe ser perpendicular a la superficie en todos sus puntos. Al situar una carga de prueba q 0 en un campo eléctrico E y luego se deja libre, esta carga se acelerará en la dirección del campo eléctrico a lo largo de las líneas de campo E, entonces se incrementa su energía eléctrica y disminuye su energía potencial en la misma cantidad. Por lo tanto, las líneas de campo eléctrico señala señalan n en la dirección en que el potencial eléctrico (V) disminuye. El potencial eléctrico (V) está dado por la siguiente relación:  =   

Donde: Q carga eléctrica =

r distancia de la carga a un punto P =

K constante de Coulomb (8,99 x 10 9Nm2/C2) =

C. CUESTIONARIO PREVIO 1) ¿Qué

 líneas de fuerza eléctrica?

son

Una forma de representar el campo eléctrico es a través de las llamadas líneas de fuerza o líneas de campo eléctrico (introducidas por el físico y UCSM

 

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químico inglés Michael Faraday), que son líneas continuas que se trazan de tal forma que el campo eléctrico

sea tangente a ellas en todo punto

del espacio. Estas líneas salen de las cargas positivas y entran en las cargas negativas. La magnitud del campo es mayor donde las líneas de fuerza están más juntas y es menor donde están más separadas.

2) ¿Qué es campo eléctrico? 

El Campo Eléctrico es la región del espacio en la que cualquier carga situada en un punto de dicha región experimenta una acción o fuerza eléctrica debido a la presencia de una carga o cargas eléctricas. El campo eléctrico se manifiesta alrededor del espacio volumétrico de una carga electrostática como un campo de fuerzas conservativas, el cual se puede detectar mediante la ubicación de una carga positiva de prueba en esta región. El campo eléctrico es una cantidad vectorial y por lo tanto tiene magnitud, dirección y sentido En este marco, se denomina campo eléctrico a la zona del  espacio en cuyos puntos se concreta la definición de la intensidad de una fuerza eléctrica. Los campos eléctricos pueden representarse a través de modelos que se encargan de describir cómo interactúan los sistemas y los cuerpos con propiedades vinculadas a la electricidad.

3) ¿Qué relación ex existe iste entre líneas de fuerza e intensidad de c campo ampo eléctrico? Una carga en el seno de un campo eléctrico E experimenta una fuerza proporcional al campo cuyo módulo es F=qE, cuya dirección es la misma, pero el sentido puede ser el mismo o el contrario dependiendo de que la carga sea positiva o negativa. n egativa.

UCSM

 

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4) ¿Qué es una superficie equipotencial? Grafique en papel milimetrado las líneas de fuerza y curvas equipotenciales para dos cargas puntuales positivas. positivas. Una superficie equipotencial es el lugar geométrico de los puntos de un campo escalar en los cuales el "potencial de campo" o valor numérico de la función que representa el campo, es constante. Las superficies equipotenciales pueden calcularse empleando la ecuación de Poisson.

5) ¿Cómo es la relación entre líneas de fuerza y cu curvas rvas equipotencial equipotenciales es en cada punto del campo eléctrico? La relación entre líneas de fuerza y curvas equipotenciales son complementarias ya que son perpendiculares pe rpendiculares 

D. MATERIALES Y ESQUEMA   Una (01) fuente de tensión 12V/1ª   Una (01) cubeta de vidrio   Agua destilada o solución de sulfato de cobre

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

Una (01) voltímetro digital Dos (02) electrodos puntuales



Dos (02) electrodos planos



Dos (02) electrodos circulares





       

Cuatro (04) eléctrica

cables

de

conexión



Cuatro (04) pinzas de cocodrilo



Hojas de papel milimetrado (Estudiante) (Estudiante)



Lápices de colores (Estudiante)



Texto de consulta (Estudiante)

UCSM

 

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E. PROCEDIMIENT PROCEDIMIENTO O EXPERIMENTAL EXPERIMENTAL E.1 Utilizando los dos electrodos planos 1.  Dibuje en el papel milimetrado los ejes de coordenadas (x,y) y colóquelo debajo de la cubeta de vidrio.

2.  Limpie los electrodos planos utilizando papel lijar y agua. 3.  Instale el equipo como le indica el esquema de la figura , pero, sin el líquido conductor y sin conectar a la fuente de tensión. Verifique que los electrodos planos estén paralelos al eje y.

4.  Haga que el origen del eje de coordenadas coincida con el centro de la cubeta. Pida al profesor revisar su conexión. 5.  Vierta el agua destilada o sulfato de cobre en la cubeta y regule la fuente de tensión a 6V.

UCSM

 

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6.  Coloque los electrodos puntuales en el origen del eje de coordenadas y verifique que el voltímetro marque 0 V.

7.  Establezca la polaridad de cada electrodo. 8.  Ubique uno de los electrodos fijo en el origen de coordenadas, el otro electrodo ubíquelo a 10 cm aproximadamente con respecto al origen.

9.  Note las coordenadas de los puntos hallados en la Tabla N°1. 10. 

Halle los puntos coordenadas en los que el voltímetro marque, ±

1V, ±1.5V, ±2V.

UCSM

 

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11. 

Anote las coordenadas de los puntos en la Tabla N °1.

TABLA N°1 Voltaje Puntos (x1,Y1)

1V

1.5 V 1.5V

2V

-1V

-1.5V

-2V

(2.3,0.3)

(3.4,0.3)

(4.7,0.3)

(-2.4,0.3)

(-3.5,0.3)

(-4.6,0.3)

(x2,Y2) (x3,Y3) (x4,Y4) (x5,Y5) (x6,Y6)

(2.3,1.0) (2.3,2.0) (2.3,-1.0) (2.3,-2.0) (2.3,-3.0)

(3.4,1.0) (3.4,2.0) (3.4,-3.0) (3.4,-3.5) (3.4,4.0)

(4.7,-0.3) (4.7,-1.3) (4.7,1.0) (4.7,1.5) (4.7,2.0)

(-2.4,0.6) (-2.4,-2.5) (-2.4,6.3) (-2.4,-5.0) (-2 .4,-5.0) (-2.4,5.4)

(-3.5,1.5) (-3.5,2.0) (-3.5,-1.0) (-3.5,-1.3) (-3.5,-1.5)

(-4.6,-2.4) (-4.6,-3.5) (-4.6,6.0) (-4.6,-3.5) (-4.6,2.0)

E.2 Utilizando el electrodo plano y el otro circular 1.  .Desconecte la fuente de tensión y cambie un electrodo de placa plana por un electrodo cilíndrico, limpie los electrodos planos y cilíndricos con papel lija y agua

UCSM

 

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2.  Repita los pasos pasos 6, 7, 8 y anote los datos datos en la Tabla N° 2

3.  De la misma manera halle los puntos coordenados en los que es voltímetro marque ±1.0 V, ±1.5 V, ±2.0 V

UCSM

 

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4.  Anote los puntos coordenados en la Tabla N°2 Voltaje

1.0 V

1.5 V

2,0 V

-1.0 V

-1.5 V

-2.0 V

Puntos (X1, Y1)

(2.7, 3.9)

(4.5,0.4)

(4.9, -0.7)

(-2.4,-1.2)

(-4.7, 2.8)

(-6.5,-2.6)

(X2, Y2)

(2.9, 0.5)

(4.5,1.1)

(5.2, 2.1)

(-3.4,-3.3)

(-5.2, 3.1)

(-6.9,-2.6)

(X3, Y3)

(2.9,-2.2)

(4.5,1.6

(5.1,4.6)

(-4.2,-4.3)

(-4.9, 3.0)

(-5.9,2.4)

(X4, Y4)

(2.8,-2.7)

(4.4,4.2)

(4.9, -5.4)

(-2.7,1.9)

(-4.8, -3.1)

(-5.6,2.1)

(X5, Y5)

(2.6, 5.5) (2.5,-7.1)

(4.3,-5.1)

(4.8, -7.6)

(-2.9,2.5)

(-4.4, -2.8)

(-5.5,2.1)

(4.4,-6.4)

(4.8, -7.9)

(-3.6,3.4)

(-5.3, -3.3)

(-5.4,2.0)

(X6, Y6)

F. ANÁLISIS DE DATOS 1. Grafique en papel milimetrado milimetrado los puntos (x,y) de la tabla tabla N1, luego luego con lápices lápices de colores una los puntos que tienen igual potencial. En la misma gráfica dibuje las líneas de fuerza del campo eléctrico entre las placas planas (gráficas N1) 2. Escriba ¿qué observa?

Al tener 2 electrodos planos conectados hacia una fuente de energía generamos un campo eléctrico, para el cual nos ayudamos con electrodos puntuales unidos con un voltímetro, con el objetivo de medir la intensidad de voltajes generados en el campo, concluimos que estos electrodos formaron líneas de fuerza perpendiculares a sus cargas y a las superficies equipotenciales, cabe resaltar que las superficies equipotenciales sus paralelas a las cargas de los electrodos ele ctrodos y perpendiculares al campo eléctrico.

UCSM

 

Física: Electricidad y magnetismo 3. Repita el paso (1) para el electrodo plano y el cilíndrico de la Tabla Tabla N2, (Gráfica (Gráfica N2) 4. Escriba nuevamente ¿qué observa?

Las superficies equipotenciales son paralelas a la carga y perpendiculares a la línea de campo, eso explica el porqué las superficies equipotenciales cercanas al electrodo cilíndrico tiene forma circular.

UCSM

 

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G. COMPARACIÓN Y EVALUACIÓN EXPERIMENT EXPERIMENTAL AL 1.  Compare las gráficas obtenidas en el experimento con gráficas teóricas ¿Qué observa? En las gráficas se observan las curvas equipotenciales son paralelas a la carga, y perpendiculares a las líneas de campo; a pesar de las variaciones ocurridas en la práctica, debido a errores accidentales.

+ + +

-

+ +

2. Compare las líneas de campo obtenidos en los dos casos ¿Qué observa? Las líneas de campo se mantienen perpendiculares a las cargas, y

perpendiculares a las superficies equipotenciales. 3. En el experimento, experiment o, diga ¿Cómo son las líneas de de fuerza respecto a las fuerzas equipotenciales Las líneas de fuerza respecto a la fuerza equipotenciales son perpendiculares

H. CONCLUSIONES   Basándonos en los resultados obtenidos, decimos que el potencial en una

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superficie afectada por el campo eléctrico elé ctrico es constante

  Nos hemos dado cuenta que hacia una placa nos daban puntos

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positivos(q+) y donde hallamos puntos negativos indica placa cercana (q-)

  Las líneas equipotenciales tiendan a der paralelas a la forma de electrodos

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I. CUESTIONA CUESTIONARIO RIO FINAL 1.

En el experimento realizado, ¿qué función realiza el agua destilada o la solución de sulfato de cobre?

Debemos analizar el CuSO4, que básicamente se disocia en 2 iones, lo que hace que conduzca la electricidad, debido a que estos iones se hidratan (se rodean de moléculas de H2O) y como la electricidad es un fujo de electrones, estos iones pueden moverse libremente en la solución. 2. De igual manera, en el experimento, ¿existe campo eléctrico detrás de las placas planas? ¿por qué? Explique

Las placas que usamos para esta práctica estaban situadas paralelamente una de la otra, estas tenían cargas iguales y opuestas, con las cuales pudimos crear un dispositivo, es decir un condensador, donde las líneas de campo eléctrico salían del electrodo de carga positiva hacia el de carga negativa. Como ya sabemos solo existe campo eléctrico en el espacio donde se forman las líneas de fuerza entre cargas; es decir, solamente existe campo eléctrico en el espacio comprendido entre las placas y fuera de las placas el campo es nulo. 3. Cuando todas las cargas están en reposo ¿Cómo es la superficie de un conductor? Explique. Cuando las cargas no se encuentran en movimiento, entonces el conductor entra en un estado electroestático; y si el campo eléctrico en el interior es nulo, entonces la carga del conductor se anula. 4.

En la experiencia ¿la diferencia de potencial depende de la separación de los electrodos puntuales? Explique

De acuerdo a la práctica realizada, se concluyó que la diferencia de potencial si depende de la separación de los electrodos y las placas, es decir depende de la distancia que hay entre ambos, si uno se mueve hacia en eje X- , sus coordenadas también cambiaran.

J. BIBLIOGRAFÍA I. II. III.

Electrostática y Magnetismo, LEYVA NAVEROS, Humberto, pp. 121,122, MOSHERA S.R.L., 1999, Perú, Lima. Física General III, ASMAT AZAHUANCHE, AZAHUANCHE, Humberto, pp. 134,135, SAGSA S.A., 1995, Perú, Lima. Física para Ciencias e Ingeniería, RESNICK, Robert , pp823 - 826 ; 879 –  884; Ed Continental S.A. 1967

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Física: Electricidad y magnetismo IV. V. VI. VII.

VIII.

HERMOSA DONATE, Antonio-Principios Antonio-Principios de Electricidad Electricidad y electrónica  –   Alaomega- Macobombo Macobombo - Mexico Mexico ALONSO, Marcelo, FINN, Edward, -Física, Vol II  –  Addison Wesley IberoamericanaIberoamerican a- México -1985. SERWAY, Raymond A. – Física – Mc Graw Hill – México – 1996. “FÍSICA UNIVERSITARIA”, SEARS, 11? edición, Cap. 21, 22, 23 (excepto 21.7). LINARES, Rebeca, Electricidad Electricidad y magnetismo, Segunda Edición, 2010.

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