Practica 1 de Electromagnetismo

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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

(2)

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

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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.,

(4)

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

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.

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

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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Para el caso de un campo creado por dos cargas puntuales iguales del mismo signo:

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

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.

Intensidad de campo eléctrico.

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

r

2

[

N

C

]

Potencial eléctrico

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.

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

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Desarrollo

PROCEDIMIENTO

EXPERIMENTAL

1˚ Parte: Detección del campo eléctrico indirectamente

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.

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

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.

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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.

Fx = Fe

Ʃ 21 – Tx = Fe21 – T (cosα) = 0

Fy = Ty – W = T(senα) – mg = 0 Ʃ

Despejamos T en ambas ecuaciones: T = Fe21

(Cosα)

T = mg (senα)

Igualamos las ecuaciones T= Fe21 = mg (Cosα) (senα) Como Fe21 =

k

(

q

1

q

2

r

2

)

T =

k

(

q

1

q

2

r

2

)

= mg (Cosα) (senα)

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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 r 1/r 6.2 30 0.03333333 6.3 29 0.03448276 6.35 28 0.03571429 6.5 27 0.037037 04 6.8 26 0.038461 54 7 25 0.04 7.1 24 0.04166667

(9)

7.4 23 0.043478 26 7.5 22 0.045454 55 3.3333333333333333E-2 6 6.2 6.4 6.6 6.8 7 7.2 7.4 7.6 f(x) = 0.18x + 5.92 R² = 0.98

V vs 1/r

V vs 1/r Linear (V vs 1/r)

Comparación de ley física experimental y ley teórica

V =m

(

1

r

)

+

b

………. Ley física

V =116.1681

(

1

r

)

+

2.2815

……… …ley experimental 71 6.5 27 0.24074074 6.8 26 0.26153846 7 25 0.28 7.1 24 0.29583333 7.4 23 0.32173913 7.5 22 0.34090909 Grafique E vs 1/ r2 E 1/r2 0.206666 67 0.001111 111 0.217241 38 0.001189061 0.226785 71 0.00127551 0.240740 74 0.001371742 0.261538 46 0.00147929 0.28 0.0016 0.295833 33 0.001736111 0.321739 13 0.001890359 0.340909 09 0.002066116

(10)

1.1111111111111111E-3 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 f(x) = 0.02x + 0.18

V vs 1/r2

1/r2 Linear (1/r2)

Comparación de ley experimental y ley física

E=m

(

1

r

2

)

+

b

……… ley física

V =145.0694

(

1

r

)

+

0.0445

……… …. ley experiemtal

Calculo de flujo de eléctrico

E

=

EA

A=4 π r

2

A=4 π (8)

2

A=804.2477

E

=(

0.28) (804.2477)

E

=225.1893

BIBLIOAFIA

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.

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