Manual de Prácticas de Física II PDF

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ÍNDICE Contenido

Página

Introducción

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Reglamento General del Laboratorio de Física II

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Reglamento Interno del Laboratorio de Física II

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Seguridad en Prácticas de Física II Choque eléctrico Normas de seguridad Requisitos para la elaboración del Reporte

5 5 6 7

Prácticas Práctica No. 1 "Fenómenos electrostáticos"

9

Práctica No. 2 "Campo electrostático"

14

Práctica No. 3 "Potencial eléctrico"

20

Práctica No. 4 "Condensadores o capacitadores"

26

Práctica No. 5 "Corriente eléctrica"

33

Práctica No. 6 "Fuerza electromotriz y Resistencia eléctrica"

40

Práctica No. 7 "Leyes de Kirchhoff"

46

Práctica No. 8 "Magnetostática"

52

Práctica No. 9 "Ley de Ampere"

58

Práctica No. 10 "Ley de Faraday y Ley de Lenz"

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Bibliografía

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INTRODUCCIÓN "Manual de Prácticas de Física II" no es simplemente un libro de texto para los estudiantes de la carrera de Ingeniero Industrial Administrador. Resulta ser, sin duda, un valioso auxiliar para los estudiantes y para los maestros de Prácticas de Física II. Por sus características, el presente manual persigue una doble función: proporcionar los contenidos básicos que contribuyan al cumplimiento de los objetivos, y, por otro lado servir como guía en las actividades de aprendizaje que se proponen para el semestre. El lenguaje empleado aquí es tan simple como el que ordinariamente usan los estudiantes en su comunicación diaria. Tal vez, algunos catedráticos han de esperar un nivel más académico, más teórico y más elevado; pero este estudio está enfocado a lo real y aplicable , lo cual requiere una exposición al alcance de quienes lo tienen que poner en práctica. Así mismo, la parte de cálculos matemáticos ha sido tratada con la sencillez de los modelos aritméticos, que dan el mismo resultado empleando el menor tiempo y esfuerzo, satisfaciendo así las necesidades del estudiante. El maestro encontrará una ayuda en este texto, fácil de seguir para sus alumnos y que le permitirá exponer sus propias enseñanzas con mayor amplitud. Las actividades están diseñadas para ser entregadas al maestro y favorecer la actualización y la reflexión sobre la información adquirida. Es importante recalcar que todas las sugerencias son susceptibles de mejoramiento y que pueden existir otros medios igualmente adecuados para complementar el curso, por lo que su adopción queda al arbitrio del maestro. Por último cabe mencionar, que este trabajo es resultado de la inquietud de jóvenes estudiantes, que con su esfuerzo y dedicación, quisieron contribuir de alguna manera con el desarrollo integral de sus compañeros. Gracias a: Sonia Elizabeth Almaguer Morales, Ma. Alejandra De la Garza Montemayor, Daisy Ibarra Montemayor, Alma D. Rodríguez Reyna, Alejandra Rodríguez Sánchez y Elisa Sáenz Rodríguez, por su tiempo y entrega para la actualización y un mejor aprovechamiento de este manual. Así mismo, queremos hacer una mención especial al Lic. Marco A. Mendoza G. para agradecerle su paciencia e ideas para el enriquecimiento del presente texto, así como a todos nuestros compañeros que en algún momento nos animaron a continuar este trabajo. Esperamos que este texto sea igual de enriquecedor para aquellos que lo tengan en sus manos como resultó para nosotros el trabajar en él. Y para todos los que lo utilicen: gracias, porque de esta forma, a pesar del tiempo y del espacio, logramos coincidir.

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REGLAMENTO GENERAL DE LABORATORIO DE FÍSICA II 1. Es responsabilidad de la Administración de cada laboratorio, mantenerlo en condiciones adecuadas de seguridad, salud y orden. 2. Antes de iniciar las prácticas, el maestro inspeccionará las condiciones físicas del laboratorio y de encontrar situaciones que representen riesgo grave, deberá reportar dicha situación al jefe de laboratorio y/o asistente o auxiliar del mismo, para que sea corregida, en caso de que no exista la posibilidad de atención inmediata la práctica será suspendida. 3. Si durante la práctica surgiera una condición que ponga en riesgo grave la seguridad y salud de las personas, equipos, materiales o instalaciones se procederá a suspender la práctica debiendo informar de la situación al jefe de laboratorio y/o al asistente o auxiliar del mismo, elaborando por escrito el reporte correspondiente. 4. Los alumnos solo podrán trabajar en el horario asignado a su práctica, registrado en el Departamento de Servicios Escolares con la presencia del maestro titular. 5. En ausencia del maestro, la práctica no podrá ser realizada. En caso de requerirse sesión extraordinaria, el maestro deberá solicitar por escrito la autorización de la misma otorgándose el permiso acorde a la disponibilidad de las instalaciones. 6. Se deberá cumplir y respetar la calendarización de las prácticas fijada y autorizada por la jefatura de la carrera. 7. El maestro deberá cumplir con el uso del equipo de protección personal básico de laboratorio; también es responsabilidad del maestro verificar que antes de iniciar la práctica todos los alumnos cuenten con su equipo de protección personal básico (lentes de seguridad, bata larga de algodón, pantalón largo y zapato cerrado). El alumno que no cumpla con los requisitos anteriores, no podrá realizar la práctica. 8. El maestro deberá permanecer en el laboratorio durante todo el desarrollo de la práctica. 9. Es necesario por procedimiento de registro de asistencia, que el maestro permanezca en un lugar visible. 10. Por razones de seguridad y orden esta prohibido en el laboratorio:  Correr  Utilizar lenguaje obsceno o palabras altisonantes.  Hacer bromas.  Introducir radiograbadoras, audífonos o radios.  Ingerir alimentos o bebidas.  Fumar  Ingreso de personas ajenas a la institución o al grupo que desarrolla la práctica.  Uso de zapatos abiertos o con tacones de altura superior a 4 cm.  Cabello largo (las personas con esta característica deberá recoger su cabello y sujetarlo adecuadamente).

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 Uso de short o bermuda.  En general todo acto y/o conducta que incite al desorden. 11. Toda persona tiene la obligación de reportar por escrito los actos y/o condiciones inadecuadas al responsable inmediato superior. 12. Todo alumno que sufra una lesión deberá reportarla al maestro encargado de la práctica y de no encontrarse este, deberá dirigirse con el jefe de laboratorio y/o asistente del mismo. 13. Todo accidente ocurrido en los laboratorios deberá ser investigado acorde con lo establecido en el procedimiento de investigación de accidentes de la Facultad. 14. Al término de la práctica el maestro será responsable de supervisar que los alumnos ordenen y limpien su lugar de trabajo, asegurando que el laboratorio sea entregado a la administración del laboratorio, en las mismas condiciones que lo recibieron. 15. El maestro de laboratorio, no debe delegar sus funciones en los auxiliares. 16. Todo lo no contemplado en el reglamento, será validado por el comité de Seguridad y Salud de la Institución.

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REGLAMENTO INTERNO DE LABORATORIO DE FÍSICA II

Seguridad en Prácticas de Física II y Circuitos Eléctricos Cuando se trabaja en el laboratorio eléctrico o cuando se emplea equipo eléctrico, el seguir las precauciones adecuadas de seguridad es tan importante como el llevar a cabo mediciones exactas. Existen peligros potencialmente mortales en el ambiente del laboratorio eléctrico, y si no se siguen con cuidado procedimientos de seguridad, se puede ocasionar que el estudiante sea víctima de un accidente serio. El mejor modo de evitar accidentes es reconocer sus causas y apegarse con cuidado a los procedimientos de seguridad bien establecidos. Una completa concientización acerca de los peligros y las consecuencias posibles de los accidentes ayuda a desarrollar la motivación adecuada para seguir estos procedimientos. El peligro más común y más serio en laboratorios eléctricos es el choque eléctrico. Otros peligros que también deben tomarse en cuenta comprenden el empleo de sustancias químicas peligrosas, maquinaria en movimiento y cautines. Choque Eléctrico Cuando la corriente eléctrica pasa a través del cuerpo humano, el efecto que origina se llama choque eléctrico. El efecto letal del choque eléctrico está en función de la cantidad de corriente que pasa a través del cuerpo y del tiempo. Efectos de un choque eléctrico de 60 Hz. (corriente) en una persona promedio a través del cuerpo: Intensidad de corriente Efecto Contacto durante un segundo 1 mili ampere Umbral de percepción Intensidad máxima de corriente aceptada como 5 mili amperes inofensiva. Corriente a la que se puede soltar una persona 10-20 mili amperes electrificada, antes de una contracción muscular sostenida. 50 mili amperes Dolor. Posible inconsciencia, desvanecimiento , lesiones mecánicas. Continúan funciones del corazón y respiratorias. Comienza la fibrilación ventricular, pero el centro 100-300 mili amperes respiratorio permanece intacto. 6 amperes Contr acción sostenida del corazón seguida de ritmo cardiaco normal. Parálisis respiratoria temporal. Quemaduras si la intensidad de corriente es alta.

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Normas de Seguridad 1. Nunca se debe trabajar solo. Asegúrese que haya otras personas en el laboratorio a quienes recurrir en caso de accidentes. 2. Úsense sólo instrumentos y herramientas eléctricas que tengan cables de corriente con tres conductores. 3. Antes de manipular conductores, desconéctese siempre la corriente. 4. Revísense todos los cables de corriente para ver si tienen señales de deterioro. Cambiénse o repárense los conductores o las puntas de prueba dañadas. 5. Úsese siempre zapatos cerrados. Mantenga secos sus zapatos. Evítese estar parado sobre metales o concreto muy mojado. No use artículos metálicos, anillos, etc. 6. Nunca se deben operar los instrumentos eléctricos con la piel mojada. 7. Nunca se deben dejar desatendidos los cautines calientes. Manténgase en depósitos o soportes cuando no se esté soldando. 8. Nunca se debe usar ropa suelta cuando se esté seca de maquinaria. Úsese siempre lentes de seguridad al utilizar sustancias químicas o herramientas motorizadas. 9. Conéctese siempre al último, el cable o la punta de prueba al punto de potencia alta. Esto es, no se conecte primero el conductor al lado "vivo" del circuito porque se terminará sujetando un conector "vivo" en la mano. 10. Recuerde que al conectar a corriente se debe hacer con la mano derecha.

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REQUISITOS PARA LA ELABORACIÓN DEL REPORTE 1. Portada: Debe especificar: a) Institución b) Escuela y/o departamento c) Tema d) Nombre del Instructor e) Nombre de los Integrantes del equipo f) Lugar y Fecha de elaboración 2. Nombre de la práctica: Debe ser claro y conciso, además de hacer referencia al tema a tratar. 3. Objetivos de la práctica: También debe ser claro y conciso haciendo referencia al fin que se desea llegar. Es la parte central de la práctica. 4. Teoría o Fundamento: Debe explicar en forma clara los fundamentos teóricos en los que se basará la práctica y que, por lo mismo, nos dirá los parámetros o variables de interés. 5. Material: Obviamente se anotará el equipo utilizado durante el desarrollo de la práctica. 6. Arreglo Experimental: Es la representación gráfica de lo que se realizará durante el desarrollo de la práctica. 7. Procedimiento: Consta de todos los pasos realizados durante la práctica. 8. Datos Obtenidos: En esta parte del reporte se deberán exhibir todos los datos que se obtuvieron al realizar las mediciones directas del experimento. 9. Tratamiento de datos y gráficas: Debe contener explícitamente todo tipo de operación que se realice a partir de la teoría y datos obtenidos, en caso de que se deba obtener gráficas, estas se presentarán en papel milimétrico. 10. Resultados Obtenidos: Aquí se mostrarán, todos y cada uno de los resultados obtenidos en la práctica. 11. Sugerencias y Observaciones (Generales): El alumno expresará todas aquellas anomalías o fluctuaciones presentadas durante el experimento, así como sus posibles mejoras.

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12. Conclusiones (Personales): Son las conclusiones a las que llega el alumno después de haber realizado la práctica. Deberá relacionar los objetivos que se persiguen y los resultados que se han obtenido. 13. Bibliografía: Aquí se especificará claramente, la fuente de información requerida para el desarrollo y comprensión de la práctica. Nota: La Autoevaluación se agregará a cada reporte.

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FECHA:____________ GRUPO:____________ HORA:____________

Práctica No. 1 FENÓMENOS ELECTROSTÁTICOS OBJETIVOS: Al terminar esta práctica el alumno adquirirá habilidades en la obtención de carga para algunos materiales, así mismo podrá identificar las propiedades eléctricas de materiales conductores y aisladores. Para obtener estas habilidades el alumno tendrá que: a) Estudiar la propiedad que adquieren algunos cuerpos, cuando éstos son frotados con diversos materiales. b) Demostrar que esta propiedad se manifiesta en dos formas: carga positiva y negativa

TEORÍA O FUNDAMENTO: La materia y la carga eléctrica. Cuando se investiga la estructura de los átomos con más detalle, encontramos que éstos están formados por electrones y núcleos. Estos se pueden caracterizar mediante otro atributo: la carga eléctrica, identificada con q. Las cargas son de dos signos y dependiendo de ellos, las fuerzas son de repulsión o de atracción. El conjunto de fenómenos relacionados con las fuerzas entre cargas estacionarias es el tema de la electrostática, o el estudio de la electricidad estática. La palabra electricidad proviene de electrum que es la palabra griega para el ámbar. Las fuerzas de atracción y de repulsión se relacionaban con exceso o defecto del fluido. En este modelo, estaba implícito lo que ahora conocemos como el fenómeno de la conservación de la carga: si el fluido tuviera que salir de un cuerpo, dejaría una deficiencia. Franklin introdujo los términos ¨positiva¨ y ¨negativa¨ para los dos tipos de carga. En la cual el electrón, que es la partícula que realmente se mueve en los conductores, tiene carga negativa. Franklin, Joseph Priestley y Henry Cavendish, están relacionados con el descubrimiento de que la fuerza fundamental entre las cargas eléctricas es una ley de la inversa del cuadrado. Esta ley fue confirmada por John Robinson y por Charles Coulomb. Todas las propiedades eléctricas de la materia se pueden comprender hoy dentro del marco de la teoría cuántica.

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Si los electrones externos de los átomos son fáciles de retirar se comportan como si estuvieran casi libres y se pueden mover a través del material, casi sin impedimento. Esos materiales son buenos conductores. Los metales como el cobre, la plata y el aluminio son mejores conductores que otros. Determinada clase de materiales cuando se enfrían a temperaturas lo suficientemente bajas, contienen electrones que se mueven sin inhibición. Estos materiales son llamados superconductores. Los electrones de la mayor parte de los sólidos no metálicos se mueven con facilidad, como el vidrio, el hule, y los plásticos son aisladores. Y los semiconductores son sustancias que podemos hacer conductores o aisladores. Cuando la carga pasa de un cuerpo a otro se dice que el cuerpo se carga por conducción, esto es al frotar los cuerpos y, el material original, tiene un exceso de carga positiva: ha perdido electrones; el objeto al que se han transferido los electrones tendrá un exceso de ellos y entonces tendrá una carga negativa. La carga por inducción es la siguiente: es una producción de corrientes eléctricas en un circuito, bajo la influencia de otra corriente eléctrica o de un imán. Todo esto comenzó hace siglos, llamaba la atención que muchos materiales al ser frotados con otros podían atraer pequeños pedazos de paja, semillas, papel, etc. Podría afirmarse que estas afirmaciones son la base de la electricidad. Por último daremos el enunciado de la conservación de la carga: la carga neta es igual antes y después de cualquier interacción. La Ley fundamental de la electricidad, cargas del mismo tipo se repelen y cargas de tipo diferentes se atraen.

MATERIAL: -

Regla de plástico* Regla de madera Tubo PVC* Regla Metal Barra de Lucita Barra de vidrio* Tela de lana Tela de seda* Tela de poliéster Pedazo de cuero Electroscopio de alta sensibilidad* Trozos de papel* Semillas de pasto Trozos de aluminio.*

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PROCEDIMIENTO: a) Frotar cada uno de los materiales sólidos con cada uno de los frotadores y después acercar a la combinación de semillas de pasto, papel aluminio y papel. Anotar lo observado con cada uno en la Tabla 1.

Plástico, madera, vidrio, PVC, etc. (Cada uno según corresponda)

Papel Pasto Pedacitos de aluminio

b) Seleccionar los materiales que adquirieron carga y frotarlos nuevamente con su correspondiente, para posteriormente acercarlos al electroscopio y determinar el signo de la carga. Plástico, madera, PVC, Lucita, etc. Todos estos antes frotados

Nota: Observar si la aguja del electroscopio se mueve (sale del origen). Si no se mueve, significa que la carga es muy débil y por lo tanto no se puede determinar el signo. Si se mueve, determinar el signo de la carga. Para determinar el signo de la carga se hace contacto del cuerpo cargado con el electroscopio y posteriormente se hace contacto con la otra mano sobre éste. Si la aguja queda en el origen significa que la carga es positiva, si queda fuera del origen, es negativa.

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DATOS OBTENIDOS:

TABULACIÓN QUE REGISTRA SI HUBO O NO ATRACCIÓN CON EL PAPEL, EL ALUMINIO Y LAS SEMILLAS DE PASTO. Material frotado

VIDRIO

LUCITA

MADERA

PLÁSTICO

PVC

METAL

Material frotador LANA POLIÉSTER SEDA CUERO

TABULACIÓN QUE REGISTRA LA CARGA QUE MOSTRÓ DICHO MATERIAL AL ACERCARLO AL ELECTROSCOPIO. Material frotado Material frotador LANA POLIÉSTER SEDA CUERO

VIDRIO

LUCITA

MADERA

PLÁSTICO

PVC

METAL

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AUTOEVALUACIÓN: 1. ¿Qué estudia la electrostática?

2. Cuando un cuerpo adquiere carga positiva, se dice que tiene exceso de ausencia de electrones (F o V): 3. En un electroscopio, cuando ha detectado algún tipo de carga, ésta puede ser positiva o negativa, las condiciones para detectar este tipo de carga son: a) Fuera del origen (positiva) En el origen (negativa) b) Fuera del origen (neutra) En el origen (positiva) c) En el origen (positiva) Fuera del origen (negativa) 4. Partícula con carga negativa: 5. Partícula con carga positiva: 6. El núcleo de un átomo se compone ____________________ y ____________________.

de

partículas
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