LABORATORIO 2 : "POTENCIAL ELECTRICO"

AGOSTO 20 DE 2009

NRC: 1807

Laboratorio de Fisica

Física Electricidad

Departamento de Fisica

©Ciencias Basicas

Universidad del Norte - Colombia

INFORME DE LABORATORIO #2
"POTENCIAL ELECTRICO"

Steven De la Peña Lascano
email: delapenas@uninorte.edu.co
Ingenieria Industrial

Mario Villaveces Buelvas
email: mvillaveces@uninorte.edu.co
Ingenieria Mecánica

ABSTRACT

IIn the current era we are surrounded by many fields with which we interact daily basis and the goal of this activity is to visualize their behavior and the ways how these changes are presented as provided stimuli .

RESUMEN

En era actual estamos rodeados de muchos campos con los que diaramente interactuamos, el objetivo de esta actividad es visualizar sus comportamientos y las formas en como estos se presentan y como cambian atravez de estimulos proporcionados.

INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

• Analizar las líneas de campo eléctrico en una región perturbada por dos electrodos, obtenidas a partir del trazo de las líneas equipotenciales.
  
• Trazar líneas equipotenciales en un campo eléctrico generado por dos electrodos constituidos por dos líneas paralelas (placas paralelas).
  
• Medir el campo eléctrico en el punto medio de la región entre las dos placas paralelas haciendo uso de las líneas equipotenciales.
  
• Trazar líneas equipotenciales y de campo en una región de un campo eléctrico constituido por dos círculos concéntricos.
• (Tomados de guia de la Experiencia No .2. "Líneas equipotenciales y campo eléctrico")

MARCO TEÓRICO

POTENCIAL ELECTRICO

Una carga colocada en un campo eléctrico tiene una energía potencial debido a su interacción con el campo. El potencial eléctrico en un punto se define como la energía potencial por unidad de carga colocada en dicho punto. Designando el potencial eléctrico por V y la energía potencial de una carga q por Ep, tenemos

V = Ep/q ó Ep = qV.

El potencial eléctrico se mide en joule/coulomb, unidad que recibe el nombre de volt, abreviado V, en honor al científico italiano Alejandro Volta (1745-1827). Observemos que las definiciones de campo eléctrico y de potencial eléctrico son análogas a las del campo y de potencial gravitacional.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Caso de las líneas paralelas:

1. Introduzca un valor de 8 voltios DC en la fuente de poder (Power Amplifier)

2. Fije el electrodo negativo al terminal negativo de la fuente y tómelo como referencia, en el sensor de voltaje para determinar el potencial en cualquier otro punto.
3. Trace en la hoja auxiliar un par de líneas con las mismas medidas que las de la hoja conductora la cual será utilizada para marcar las coordenadas obtenidas en la medición
4. Tome el terminal positivo del voltímetro y desplácelo sobre el papel conductor hasta que el voltímetro registre tres (3) voltios. Indíquele a su compañero la coordenada obtenida. Tenga la precaución de no apoyarse con sus manos en la hoja conductora
5. Repita el procedimiento anterior hasta encontrar sobre la hoja conductora otro punto que también registre tres (3) voltios.
6. Identifique sobre la hoja conductora otros puntos con el mismo potencial indicado en el numeral tres hasta completar un total de 6 puntos. Trate que los puntos no queden muy unidos para obtener una distribución adecuada.
7. Obtenidos todos los puntos anteriores en la hoja auxiliar suministrada, únalos con una línea continua. Estas líneas son llamadas líneas equipotenciales. Márquela como línea de 3 voltios..
8. Repita los pasos anteriores para potenciales de 1 y 5 voltios.

Caso de Cargas puntuales:

Repita los pasos anteriores y podra notar que los resultados para los dos experimentos varian de cierta forma.

GRÁFICAS DE LA EXPERIENCIA

Caso de las líneas paralelas
En la imagen podemos observar el campo mostrado por las lineas que van paralelas a las placas, las dos cargadas por cargas opuestas.

Caso de Cargas puntuales
En las cargas puntuales podemos notar que el campo generado se dirige hacia la carga negativa, tal como lo afirma la teoria.

LABORATORIO 1 : "CARGAS ELECTRO ESTATICAS"

AGOSTO 14 DE 2009
NRC: 1807
Laboratorio de Fisica

Física Electricidad
Departamento de Fisica
©Ciencias Basicas
Universidad del Norte - Colombia

INFORME DE LABORATORIO #1

"LEY DE COULOMB Y JAULAS DE FARADAY"

Steven De la Peña Lascano

email: delapenas@uninorte.edu.co

Ingenieria Industrial

Mario Villaveces Buelvas

email: mvillaveces@uninorte.edu.co

Ingenieria Mecánica

ABSTRACT

In laboratory practice, we can distinguish the ideal from reality, thanks to help from the teams that are there we can see that the laws of physics are a world interesting and easy to understand. We understood the significance of electrostatic charges and their constant interaction with the world.

RESUMEN

En las practicas de laboratorio podemos diferenciar lo ideal de lo real, gracias a la ayuda de los equipos que allí se encuentran podemos observar que las leyes de la física son un mundo interesante y facil de comprender.Comprendimos el significado de las cargas electroestáticas y su constante interacción con el mundo.

INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

• Analizar los fenómenos físicos que ocurren en el proceso de cargar eléctricamente un cuerpo.


• Determinar el signo de la carga adquirida por un cuerpo en un proceso de electrificación.


• Cargar un cuerpo por fricción, contacto e inducción.


• Comparar la distribución de carga eléctrica en un cuerpo metálico sometido al proceso de carga por inducción.
  

MARCO TEÓRICO

Ley de gravitación universalLas leyes universales no se demuestran sino que se comprueban. La ley de gravitación universal expresa que entre dos masas existe una fuerza de atracción cuya magnitud está dada por la ley de Newton que establece que la interacción gravitatoria entre dos cuerpos corresponde a una fuerza central de atracción proporcional a las masas de los dos cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.El valor de k en el sistema SI es K= 6.673 × 10-11 Nm2Kg-2

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Para realizar la experiencia en el laboratorio, por lo menos se debe tener un conocimiento previo de el uso del Data Studio. Ya conociendo el funcionamiento de Data Studio y configuradas todas las tablas, sensor de cargas y graficas damos paso a realizar la serie de experimentos.
   

CARGA POR FRICCION: Para realizar este experimento tenemos los dos porductores de carga, Azul (Acrilico), Blanco (Cuerina), Se frotan entre si y se introduce primero el Azul y luego el Blanco dentro de las jaulas de Faraday. Luego se Toman los datos de ambos ensayos.

CARGA POR INDUCCION: Para realizar este experimento tenemos los dos porductores de carga, Azul (Acrilico), Blanco (Cuerina) nuevamente, Frote varias veces las superficies azules y blancas de los productores de carga. Sin tocar la jaula con el productor de carga, introduzca el productor de carga blanco y azul en la jaula. Cuando el productor de carga esté en el interior de la jaula, utilice el dedo para aterrizar momentáneamente la jaula. Observe y anote los resultados.

CARGA POR CONTACTO: Para realizar este experimento tenemos los dos porductores de carga, Azul (Acrilico), Blanco (Cuerina) nuevamente, Frote los portadores de carga azul y blanco. Toque la jaula que está conectada al borde positivo con el portador azul, observe el signo de la carga y registre su valor. Descargue la jaula.Toque la jaula que está conectada al borde positivo con el portador blanco, observe el signo de la carga y registre su valor.

DISTRIBUCION DE CARGAS SOBRE UNA SUPERFICIE: El propósito de esta parte de la experiencia es indagar la forma como se distribuye la carga sobre una superficie metálica, midiendo la densidad de carga en varias secciones. Utilice el “transportador de carga” junto con la Jaula de Faraday para determinar la densidad de carga. Para ello realice el montaje que aparece en la Figura 1.2


Antes de comenzar, asegúrese que la Jaula de Faraday esté aterrizada con el blindaje conectado a tierra junto con el electrómetro.Ubique dos esferas de aluminio separadas por lo menos 50 centímetros, de tal manera, que una de ellas esté conectada a la fuente de voltaje electrostática que provee 1000 VDC. Esta fuente debe estar aterrizada a la misma tierra que la del electrómetro y la Jaula de Faraday.La otra esfera debe ser aterrizada momentáneamente para remover las posibles cargas residuales que contengan.
Confirme que esta esfera está descargada tomando muestras con el “Proof. plane” en diferentes secciones de la misma introduciéndola en la jaula de Faraday.Acerque ahora las dos esfera a una distancia de un centímetro. Encienda la fuente de voltaje y tome muestras de carga en las mismas secciones de la esfera que tomó en el introdúzcala en la jaula de Faraday y anote los resultados.Aterrice ahora la esfera de la cual está midiendo su carga. (puede hacerlo tocando con un dedo la parte posterior de la esfera metálica).Separe la esfera que está conectada a la fuente de voltaje a una distancia de 50 cm de la esfera que aterrizó y apáguela.Nuevamente tome muestras de carga en las mismas secciones en que las tomó y mida la carga.

DATOS OBTENIDOS

De acuerdo a las pruebas realizadas pudimos obtener una serie de datos que se muestran a continuacion:

GRÁFICAS DE LA EXPERIENCIA

Ensayo #1, por fircción se ve en la grafica que se inserto primero el productor de carga de acrilico (Azul) y luego el Productor de carga de cuerina (blanco),, se aprecia que por friccion quedaron equitativamente cargados, pero con signos distintos, es decir uno gano electrones (Azul) y el otro (blanco), los cedió.

Ensayo #2-A, realizamos el proceso de carga por contacto utilizando el productor de carga azul, por eso se nota en la grafica que la carga generada fue negativa.

Ensayo #2-B, caso contrario se puede apreciar con el productor de cargas blanco que muestra resultados positivos.

Ensayo #3-A, En esta oportunidad realizamos el proceso de cargapor induccion utilizando el productor de cargas negativas (Azul).

Ensayo #3-B, En este caso el productor que utilizamos fue el de caragas positivas, se puede notar al igual que en el grafico anterior el momento cuando se introducen los productores de cargas a la jaula de faraday, como una pequeña turbulencia antes de que la carga suba abruptamente.

Ensayo 4, En este ultimo caso utilizamos una esfera cargada positivamente, y otra esfera neutra la cual cargamos por polarizacion como se explica en el marco teorico. podemos observar los distintos picos en la grafica que representan las mediciones de carga en diferentes partes de la esfera polarizada.

Ley de gravitación universal

Ley de gravitación universal

Las leyes universales no se demuestran sino que se comprueban. La ley de gravitación universal expresa que entre dos masas existe una fuerza de atracción cuya magnitud está dada por la ley de Newton que establece que la interacción gravitatoria entre dos cuerpos corresponde a una fuerza central de atracción proporcional a las masas de los dos cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.
El valor de k en el sistema SI es K= 6.673 × 10-11 Nm2Kg-2

Campo gravitatorio
La ley anterior se visualiza fácilmente dejando caer un objeto, el cual aparentemente es atraído por la masa de la tierra. En realidad tanto la masa del objeto como la de la tierra se desplazan pero el desplazamiento siempre es mucho más pequeño en la masa más grande.
Por tal razón se considera sin cometer error que la masa de mayor tamaño permanece fija y solo se desplaza la masa mas pequeña. En virtud a esto podemos decir que la masa de mayor tamaño ejerce una fuerza de atracción sobre la masa de menor tamaño. Podemos considerar que la masa de mayor tamaño modifica las características gravitatorias de las masas que la rodean y esta es la que ejerce la fuerza de gravitación sobre la masa más pequeña. A esto se lo denomina campo gravitatorio y de esta forma nos independizamos de la masa de mayor tamaño y será el campo gravitatorio el que genere la fuerza de atracción sobre la masa más pequeña.


Carga eléctrica
Se comprueba experimentalmente que en algunos casos la fuerza que se ejerce entre dos masas tiene un valor mayor y otras veces menor que el dado por la expresión de Newton. Esto nos dice que estamos en presencia de otro tipo de fuerzas, las cuales experimentalmente demuestran su origen eléctrico.
Se denomina carga eléctrica a la característica de un cuerpo a partícula que hace que el mismo pueda ser afectado por fuerzas de origen eléctrico.
La carga eléctrica no puede ser visualizada directamente sino que podemos únicamente observar sus efectos. Un cuerpo puede acumular carga eléctrica por medio del suministro de algún tipo de energía como ser eléctrica, frotamiento, química, etc.
Si bien las masas son neutras, no ocurre lo mismo con las cargas eléctricas puesto que las mismas poseen polaridad. Esto significa que habrá cargas eléctricas positivas y cargas eléctricas negativas.
La unidad de carga eléctrica se denomina coulomb o culombio y la partícula mas pequeña que posee carga eléctrica es el electrón, el cual tiene una carga e = 1,601 10-19 coulomb.
Experimentalmente se comprueba que la fuerza eléctrica puede ser de atracción o repulsión. Cargas eléctricas de distinto signo se atraen y cargas eléctricas de igual signo se repelen. En ambos casos la fuerza de atracción o repulsión esta dada por la ley de Coulomb cuya forma es similar a la de la ley de Newton


Campo eléctrico
Si tenemos dos cuerpos de masa despreciable (para no tener en cuenta la fuerza gravitatoria) cargados eléctricamente, entre los mismos existirá una fuerza de atracción o repulsión dada por la ley de Coulomb. Si bien ambos cuerpos cargados se deslazarán el desplazamiento será más notable en el cuerpo con menor carga ecléctica, por lo tanto, al igual que con las fuerzas gravitatorias, podemos decir que el cuerpo de mayor carga eléctrica permanece quieto y solo se desplaza el cuerpo de menor carga eléctrica.
El análisis es similar al realizado con las fuerzas gravitatorias y de acuerdo a ello podemos concluir en resultados semejantes.
Es decir la carga de mayor tamaño modifica las características eléctricas del espacio que la rodea y a dicha modificación se la denomina campo eléctrico. En estas condiciones será el campo eléctrico el que ejerza la fuerza sobre la carga eléctrica más pequeña. Podemos decir que existe un campo eléctrico en un espacio si colocando en dicho espacio una carga eléctrica, se ejercen sobre la misma fuerzas de origen eléctrico.
El campo eléctrico es una magnitud vectorial que tiene la dirección y sentido de la fuerza que se ejerce sobre una carga eléctrica positiva colocada sobre la acción del mismo.


Campo electromagnético
Se comprueba experimentalmente que a causa de la circulación de una corriente eléctrica en un conductor se establece un campo magnético alrededor del mismo. Esta verificación experimental se puede realizar colocando una brújula cerca de un conductor. En ausencia de corriente eléctrica la aguja de la brújula apunta al norte magnético y cuando circula corriente eléctrica la aguja se desvía de la posición anterior, siendo la desviación proporcional a la magnitud de la corriente y el sentido de desviación depende del sentido de circulación de la corriente.
De lo anterior concluimos que el desplazamiento de cargas eléctricas da lugar a un campo magnético. Por lo tanto al ser la corriente eléctrica la consecuencia de la existencia de un campo eléctrico y dado que el campo magnético depende de dicha corriente, existe una relación inequívoca entre los campos eléctricos y magnéticos dando lugar a lo que se conoce como campo electromagnético.
Las líneas de campo magnético se cierran sobre si mismas mientras que las líneas de campo eléctrico son abiertas pues se inician en una carga eléctrica y finalizan en otra.

ELECTROSCOPIO

ELECTROSCOPIO

El electroscopio sencillo consiste en una varilla metálica vertical que tiene una esfera en la parte superior y en el extremo opuesto dos láminas de aluminio muy delgadas. La varilla está sostenida en la parte superior de una caja de vidrio transparente con un armazón de cobre en contacto con tierra. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electrifica y las laminillas cargadas con igual signo que el objeto se repelen, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido. La fuerza de repulsión electrostática se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera y las láminas, al perder la polarizacion, vuelven a su posición normal. Cuando un electroscopio se carga con un signo conocido, puede determinarse el tipo de carga eléctrica de un objeto aproximándolo a la esfera. Si las laminillas se separan significa que el objeto está cargado con el mismo tipo de carga que el electroscopio. De lo contrario, si se juntan, el objeto y el electroscopio tienen signos opuestos.