Cuestionario DE Laboratorio N°03 PDF

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SANMARCOSFACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA YELECTRÓNICACUESTIONARIO (03) CAMPO ELÉCTRICOINFORME DEL LABORATORIO FÍSICA IIICURSO: FÍSICA IIIPROFESORA: MARIA CAROLINA TRUJILLO SAENZGRUPO: BHORARIO: MIÉRCOLES 8:00 - 10:ALUMNO:CÓDIGO: 19190210####### FACULTAD DE CIENCIAS FIS...

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRÓNICA CUESTIONARIO (03) CAMPO ELÉCTRICO INFORME DEL LABORATORIO FÍSICA III CURSO: FÍSICA III PROFESORA: MARIA CAROLINA TRUJILLO SAENZ GRUPO: B HORARIO: MIÉRCOLES 8:00 - 10:00 ALUMNO: CÓDIGO:

19190210

2020

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS REPORTE DE LABORATORIO DE FISICA III

CUESTIONARIO (03) CAMPO ELÉCTRICO I.

APELLIDOS Y NOMBRES:

II.

PREGUNTAS:

LFIII

1.- Grafique en el papel milimetrado las líneas equipotenciales y líneas de fuerza para cada experimento del campo eléctrico Las gráficas trazadas para esta experiencia tanto de las fuerzas del campo eléctrico como las líneas equipotenciales se presentarán de manera adjunta a este archivo para su mejor visualización de las coordenadas y trazas realizadas. Adicionalmente a esto se presentarán las tres gráficas realizadas como verificación del trabajo realizado correctamente. Cabe mencionar una breve descripción de los colores de los trazos realizados para aclaración de duda alguna en su visualización:  Las gráficas en el papel milimetrado están ubicadas y orientadas en un sistema de coordenadas XY para unidades métricas de centímetro (cm).  Las líneas equipotenciales se presentan de color verde limalimón y en cada una de las gráficas solo se encontrarán dos de

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estas la primera y más próxima al lado derecho de las gráficas la línea equipotencial (V2=2V) y la restante de un valor de (V1=5V).  Las líneas de fuerza del campo eléctrico están trazadas de un color lila las cuales parten del electrodo positivo al electrodo negativo como se conoce convencionalmente la dirección de las líneas de campo. Estas cortan perpendicularmente a las líneas equipotenciales para llegar al otro electrodo. Gráfica N°1(dos electrodos planos ):

Gráfica N°2 ( un electrodo cilíndrico y un electrodo plano):

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Gráfica N°3 ( un electrodo triangular y un electrodo plano):

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2.- Determine la magnitud del campo eléctrico entre las líneas equipotenciales para cada experimento del campo eléctrico. ¿El campo eléctrico es uniforme? ¿Por qué? Con los datos obtenidos podemos calcular el valor del campo eléctrico entre dos puntos ubicados en distintas líneas equipotenciales. Para esta parte final del trabajo se calcularán los valores de la intensidad del campo eléctrico entre dos puntos de coordenada mediante las siguientes fórmulas: E=

∆V V 2−V 1 = d d

Donde: 2 2 d= √ ( y 2− y 1) +(x2 −x1 ) 2

Para la Tabla N°1: Calculando los valores de la distncia (m): d 1=√ ( 0−0 ) + (−0.08 −0.07 ) =0.15 m 2

2

2

d 2=√ ( 0.038 −0.05) + (−0.085−0.07 ) =0.155 m 2

2

2

d 3=√ ( 0.08 −0.09 ) + (−0.094 −0.07 ) =0.164 m 2

2

2

d 4 =√ ( −0.043+0.039 ) +( −0.089 −0.069 ) =0.158 m 2

2

2

d 5=√ ( −0.085+ 0.089) + ( −0.091−0.072 ) =0.163m 2

2

2

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Entonces los valores de la intensidad del campo eléctrico (E: V/m) para la Tabla N°1 son: E1 =

V 2−V 1 V 3V =20 = m 0.15 m d1

E2 =

V 2−V 1 V 3V =19.354 = m 0.155 m d2

E3 =

V 2−V 1 V 3V =18.292 = 0.164 m d3 m

E4 =

V 2−V 1 3V V = =18.987 m 0.158 m d4

E5 =

V 2−V 1 V 3V =18.404 = 0.163 m m d5

Por lo tanto para la Tabla N°2: Calculando los valores de la distncia (m): d 1=√ ( 0−0 ) +(−0.07 −0.09 ) =0.16 m 2

2

2

d 2=√ ( 0.059 −0.07 ) +(−0.085 −0.088 ) =0.173 m 2

2

2

d 3=√ ( −0.065+ 0.075) + ( −0.093−0.085 ) =0.178 m 2

2

2

Entonces los valores de la intensidad del campo eléctrico (E: V/m) para la Tabla N°2 son: E1=

V 2−V 1 V 3V =18.75 = 0.16 m m d1

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E2 =

V 2−V 1 3V V = =17.341 0.173 m m d2

E3 =

V 2−V 1 V 3V =16.853 = m 0.178 m d3

Por lo tanto para la Tabla N°3: Calculando los valores de la distancia de las coordenadas de forma vertical tenemos que: Para todos los casos de diferencia potencial tendremos: V 2−V 1=5 V −2V =3 V

Calculando los valores de la distncia (m): d 1=√ ( 0−0 ) +(−0.08 −0.09 ) =0.17 m 2

2

2

d 2=√ ( 0.07 −0.07 ) + (−0.01 −0.089 ) =0.099 m 2

2

2

d 3=√ ( −0.055+ 0.081) + ( −0.101−0.084 ) =0.186 m 2

2

2

Entonces los valores de la intensidad del campo eléctrico (E: V/m) para la Tabla N°3 son: E 1=

V 2−V 1 V 3V =17.647 = m 0.17 m d1

E2=

V 2−V 1 V 3V =30.303 = m 0.099 m d2

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E3 =

V 2−V 1 3V V = =16.129 0.186 m m d3

Debido a que los valores adaptados por los profesores encargados de la experiencia son puntos aleatorios con la misma diferencia potencial la distancias no están en una misma recta para determinarel valor del campo eléctrico y responder de manera precisa con los datos obtenidos. El campo eléctrico solo se presenta uniforme solo en la gráfica N°1 donde los electrodos son dos barras metálicas puestas de forma paralela a una distancia d. Esto debido a que las líneas del campo eléctrico de los electrodos planos en cierto modo por decir son idénticas o simétricas. Por lo tanto estas fuerzas son constantes e iguales entre dos líneas equipotenciales como son observables en los cálculos de los campos eléctricos de la Gráfica N°1 donde el valor de este es aporximado al de N

20 C . 3.- ¿Por qué nunca se cruzan las líneas equipotenciales? Las líneas equipotenciales nunca se cruzan puesto que estas son perpendiculares a las líneas de fuerza del campo eléctrico y paralelas entre ellas mismas. Además no pueden cruzarse debido a que una línea equipotencial determina que sobre ella existe un valor único para

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la diferencia potencial, entonces si existiese n líneas equipotenciales que se cruzan están tendrían más de un valor de diferencia potencial lo cual es ilógico. 4.- ¿Por qué agregamos cloruro de sodio (sal de mesa) al agua en la cubeta del experimento del campo eléctrico? La respuesta se basa en las propiedades del agua y del cloruro de sodio. Puesto que el agua no es un conductor de electricidad en su estado originario sin impurezas, si bien es cierto que la cubeta o pírex se llena con agua de grifo y estas contienen impurezas, aun así se puede incrementar la capacidad eléctrica para que la corriente generada por la fuente de voltaje pueda fluir de manera constante y sin interrupciones. Y como para esta experiencia necesitamos que la corriente fluya naturalmente añadimos sal a la cubeta de agua para aumentar su capacidad de conducción de corriente.

5.- Si Ud. Imaginariamente coloca una carga de prueba en una corriente electrolítica. ¿Cuál será su camino de recorrido? Convencionalmente una carga de prueba se toma como una carga positiva cuyo valor de carga es menospreciable y no afecta ni distorsiona las líneas de campo eléctrico. Entonces dicho esto el 9

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camino por recorrer de una carga de prueba positiva sería dirigirse hacia el electrodo negativo por lo que recorrería las líneas de fuerza para moverse de una línea equipotencial de mayor valor a una de menor valor. 6.- Que semejanza existe entre un campo eléctrico y un campo gravitatorio Las semejanzas que se pueden observar en estos dos campos es que ambos campos son centrales, ya que están dirigidos hacia el punto donde se encuentra la masa o la carga que los crea mientras que en este punto tanto la diferencia potencial de las líneas equipotenciales y el efecto de la gravedad no sean nulos. Además son conservativos porque la fuerza central solamente depende de la distancia; la fuerza central que define ambos campos es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. 7.- Que diferencia existe entre un campo eléctrico y un campo gravitatorio Las di ferenci as que se pueden obser var en estos dos campos es que el cam po gravitatorio es universal y existe y es aplicable para todos los cuerpos, en cambio el campo eléctrico sólo existe cuando los cuerpos están cargados de electricidad; el campo 10

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gravitatorio es siempre de atracción, mientras que el campo eléctrico puede ser de atracción (cargas de diferente signo) o de repulsión (cargas de igual signo). Además la constante eléctrica K viene a ser 1020 veces mayor que la constante gravitatoria G, lo que indica que el campo gravitatorio es muy débil comparado con el campo eléctrico. 8.- Determine para cada experiencia del campo eléctrico; E = E ± ∆E

CÁLCULOS GENERALES: Para resolver lo solicitado primero haremos cálculos generales sobre la diferencia potencial, distancia y exposición de las fórmulas por utilizar:

Ei = error del instrumento de medición: E 2 2 (¿¿ lm) +( E0 ) Ei = √ ¿ Elm=error de lectura mínima E lm=

lm 2

lm=lectura mínimadel instrumento

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Asumiremos las lecturas mínimas de las mediciones que hemos hecho: Como la lectura mínima del voltímetro se menciona es 15V usaremos 15V =7.5V y debido a que para la dicho valor por lo que: Elm= 2

medición de las distancias se basaron en un sistema de coordenadas en un papel milimetrado el valor de la lectura mínima asumiremos que es cero. E0=error cero

El error cero en el voltímetro es la diferencia entre el valor teórico y el valor dado por tal como significado de una mala calibración del instrumento. Por ello es que asumiremos que el error cero tanto del voltímetro como del papel milimetrado lo asumiremos que también es cero. Además el valor del error del voltímetro es: E (¿¿ lm) +( E0 ) =√ (7.5)2 +( 0 )2 =7.5V Ei =√¿ 2

2

Y el error del papel milimetrado es: E (¿¿ lm) +( E0 ) =√ (0)2 +(0 )2=0 m E i=√¿ 2

2

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Cálculo del error aleatorio de la diferencia potencial: Debido a que la diferencia potencial de las líneas equipotenciales en todas las mediciones es V 2−V 1=3 V tendremos que: El promedio de las mediciones del voltaje para todos los casos de las tres tablas es: ´ : Promedio de las medidas de los valores obtenidos de la V diferencia potencial de las líneas equipotenciales ´ =3 V , debido a que solo se presentaun valor V

Por lo tanto el cálculo de la sigma para el error aleatorio es:

√

σ=

Ea =

n

∑ ( V´ −V i )2 i=1

=

n

√

n

∑ (3−3)2 i=1

n

=0 V

3(0) 3σ =0 V = √ n−i √n−i

Por lo tanto: E (¿¿ i) +( Ea ) =√ (7.5)2 +(0 )2=7.5 V ∆ V = √¿ 2

2

∆ d =√ (0) +(0 ) =0 m 2

2

CÁLCULOS DE LA PRIMERA GRÁFICA:

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Luego realizaremos los cálculos de la distancia promedio, error aleatorio de la Gráfica N°1 usando los valores de la Tabla N°1 y los cálculos respectivos de sus campos eléctricos: X(m) 0.07 0.07 0.07 0.069 0.072 Y(m) 0 0.05 0.09 -0.039 -0.089 X(m) -0.08 -0.085 -0.094 -0.089 -0.091 Voltaje: V2= 5V Y(m) 0 0.038 0.08 -0.043 -0.085 Tenemos la siguiente Tabla N°1cuyos valores de distancia son:

Voltaje: V1= 2V

d 1=√ ( 0−0 ) +(−0.08 −0.07 ) =0.15 m 2

2

2

d 2=√ ( 0.038 −0.05 ) +(−0.085−0.07 ) =0.155 m 2

2

2

d 3=√ ( 0.08 −0.09 ) + (−0.094 −0.07 ) =0.164 m 2

2

2

d 4 =√ ( −0.043+0.039 ) + ( −0.089 −0.069 ) =0.158 m 2

2

2

d 5=√ ( −0.085+ 0.089) + ( −0.091−0.072 ) =0.163m 2

2

2

Y los valores de la intensidad del campo eléctrico (E: V/m) para la Tabla N°1 son: E1 =

V 2−V 1 V 3V =20 = m 0.15 m d1

E2 =

V 2−V 1 V 3V =19.354 = m 0.155 m d2

E3 =

V 2−V 1 V 3V =18.292 = m 0.164 m d3

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E4 =

V 2−V 1 3V V = =18.987 0.158 m m d4

E5 =

V 2−V 1 V 3V =18.404 = m 0.163 m d5

Por lo tanto: ´d= d 1 +d 2 +d 3 +d 4 +d5 = 0.15 + 0.155 + 0.164 + 0.158 + 0.163 5 5 ´d=0.158 m ´ ´E= V = 3V =18.987 V m d´ 0.158 m

Calculando ∆ E : ∆ E=

√(

)( )

∆V 2 ∆d 2 ´ + ´ ∗ E= ´ V d

√(

) (

)

V 7.5 2 0 2 ∗18.987=47.467 + 3 0.158 m

Por lo tanto: E = E ± ∆E Reemplazando valores para calcular el campo en la Gráfica N°1: E=18.987 ± 47.467

V m

CÁLCULOS DE LA SEGUNDA GRÁFICA: Realizando los cálculos de la distancia promedio, error aleatorio de la Gráfica N2 usando los valores de la Tabla N2 y los cálculos respectivos de sus campos eléctricos:

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Voltaje: V1= 2V

Voltaje: V2= 5V

X(m)

0.09

0.088

0.085

Y(m)

0

0.07

-0.075

X(m)

-0.07

-0.085

-0.093

Y(m) 0 0.059 -0.065 Tenemos la siguiente Tabla N°2 cuyos valores de distancia son: d 1=√ ( 0−0) +(−0.07 −0.09 ) =0.16 m 2

2

2

d 2=√ ( 0.059 −0.07 ) +(−0.085 −0.088 ) =0.173 m 2

2

2

d 3=√ ( −0.065+ 0.075) + ( −0.093−0.085 ) =0.178 m 2

2

2

Y los valores de la intensidad del campo eléctrico (E: V/m) para la Tabla N°2 son: E1=

V 2−V 1 V 3V =18.75 = m 0.16 m d1

E 2=

V 2−V 1 V 3V =17.341 = 0.173 m m d2

E3=

V 2−V 1 V 3V =16.853 = m 0.178 m d3

Por lo tanto: ´d=

d 1 +d 2 +d 3 0.16 + 0.173 + 0.178 = =0.170m 3 3

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS REPORTE DE LABORATORIO DE FISICA III ´ ´E= V = 3V =17.647 V m d´ 0.170 m

Calculando ∆ E : ∆ E=

√(

)( ) 2

2

∆V ∆d ´ + ∗ E= ´V ´d

√(

) (

)

2

2

V 7.5 0 ∗17.647=44.117 + 3 0.170 m

Por lo tanto: E = E ± ∆E Reemplazando valores para calcular el campo en la Gráfica N°2: E=17.647 ± 44.117

V m

CÁLCULOS DE LA TERCERA GRÁFICA: Realizando los cálculos de la distancia promedio, error aleatorio de la Gráfica N2 usando los valores de la Tabla N2 y los cálculos respectivos de sus campos eléctricos:

Voltaje: V1= 2V

Voltaje: V2= 5V

X(m)

0.09

0.089

0.084

Y(m)

0

0.07

-0.081

X(m)

-0.08

-0.01

-0.101

Y(m) 0 0.07 -0.055 Tenemos la siguiente Tabla N°2 cuyos valores de distancia son: d 1=√ ( 0−0) + (−0.08 −0.09 ) =0.17 m 2

2

2

d 2=√ ( 0.07 −0.07 ) + (−0.01 −0.089 ) =0.099 m 2

2

2

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS REPORTE DE LABORATORIO DE FISICA III d 3=√ ( −0.055+ 0.081) + ( −0.101−0.084 ) =0.186 m 2

2

2

Y los valores de la intensidad del campo eléctrico (E: V/m) para la Tabla N°2 son: E1 =

V 2−V 1 V 3V =17.647 = 0.17 m m d1

E2 =

V 2−V 1 V 3V =30.303 = m 0.099 m d2

E3 =

V 2−V 1 3V V = =16.129 d3 m 0.186 m

Por lo tanto: ´d= d 1 +d 2 +d 3 = 0.17 + 0.099 + 0.186 =0.151m 3 3 ´ ´E= V = 3V =19.867 V m d´ 0.151 m

Calculando ∆ E : ∆ E=

√(

)( )

∆V 2 ∆d 2 ´ + ∗ E= ´ ´d V

√(

) (

)

7.5 2 0 2 V + ∗19.867=49.667 3 0.151 m

Por lo tanto: E = E ± ∆E Reemplazando valores para calcular el campo en la Gráfica N°3: E=19.867 ± 49.667

V m

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9- Conclusiones:

 Gracias a esta nueva experiencia mediante el papel milimetrado hemos podido verificar la existencia de las líneas equipotenciales son trazos de los puntos que poseen mismo valor de potencial, líneas de la fuerza del campo magnético que cruzan del electrodo positivo al electrodo negativo como convencionalmente se ha determinado y que ambas se cruzan perpendicularmente.  Además a estas tres experiencias cuyo electrodo cargado positivamente ha cambiado de forma, se ha podido determinar que las tanto las líneas equipotenciales y las líneas de fuerza se han sido alteradas por lo que deducimos que la forma de los electrodos influye en el campo eléctrico.

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