Práctica 4 Campo y potencial eléctrico asdawdlwa sdnasdlqwd as PDF

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APELLIDOS Y NOMBRES: Axel Scott Palma Layme CUI: 20210707ESCUELA PROFESIONAL: Ingenieria en Telecomunicaciones FECHA: 20/10/HORARIO: 12:10pm – 13:50pmPROFESOR (A): Julio Cesar Rivera Taco NOTA:PRÁCTICA Nº 4: CAMPO Y POTENCIAL ELÉCTRICOA. COMPETENCIA Evalúa la relación entre el campo eléctrico y las ...

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Laboratorio

Electricidad y Magnetismo

APELLIDOS Y NOMBRES:

Axel Scott Palma Layme

CUI:

ESCUELA PROFESIONAL: Ingenieria en Telecomunicaciones

20210707

FECHA: 20/10/2021

HORARIO: 12:10pm – 13:50pm PROFESOR (A): Julio Cesar Rivera Taco

NOTA:

PRÁCTICA Nº 4: CAMPO Y POTENCIAL ELÉCTRICO A. COMPETENCIA •

B.

Evalúa la relación entre el campo eléctrico y las superficies potenciales y determina la relación entre el potencial eléctrico y la posición debido a una carga puntual usando un simulador interactivo valorando su importancia en electrostática.

INFORMACIÓN TEÓRICA B.1 Campo y potencial eléctrico de una carga puntual Una carga eléctrica puntual crea un campo eléctrico a su alrededor con su sola presencia, la cual es un campo de fuerza de atracción o repulsión dependiendo de la naturaleza eléctrica de la carga que lo genera. El potencial eléctrico es la energía de potencial por unidad de carga y nos sirve para determinar el campo eléctrico. El campo eléctrico debido a una carga eléctrica está dado por: 𝑄 𝐸󰇍 = 𝑘 𝑢 𝑟²

(1)

El potencial eléctrico está dado por: 𝑄

𝑉 = 𝑘𝑟

(2)

Donde: k : Constante de coulomb (𝑘 = 8.99𝑥109

𝑁𝑚2 𝐶²

)

r: Distancia medida desde la carga eléctrica Q: Carga eléctrica A partir de la función potencial eléctrico 𝑉(𝑥,𝑦,𝑧), las componentes rectangulares del campo eléctrico están dador por:

𝐸𝑥 = −

𝜕𝑉 𝜕𝑉 𝜕𝑉 ; 𝐸𝑦 = − ; 𝐸𝑧 = − 𝜕𝑧 𝜕𝑥 𝜕𝑦

(3)

En la práctica trataremos el caso de una dimensión, por lo que integrando la primera expresión de la ecuación (3) tendremos.

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𝑉(𝑥) = −𝐸𝑥 𝑥 + 𝑉0

(4)

Donde: 𝑉: Potencial eléctrico medido 𝐸𝑥 : Campo eléctrico 𝑥: Posición medida respecto a la carga 𝑉0 : Potencial eléctrico en x=0 B.2 Superficies equipotenciales Las superficies equipotenciales son lugares en el espacio en donde el potencial eléctrico es constante, las superficies equipotenciales creadas por una carga puntual son esferas concéntricas centradas en la carga. Cuando hay presencia de dos o más cargas estas superficies se distorsionan.

Figura 1: Superficies equipotenciales de dos cargas puntuales [1]

D. MATERIALES Y ESQUEMA 01 programa de simulación de laboratorio de electricidad (Phet.Colorado). https://phet.colorado.edu/sims/html/charges-and-fields/latest/charges-andfields_es_PE.html

Figura 2: Representación de las superficies equipotenciales de dos cargas puntuales en el simulador.

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E. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL E1. Cargas puntuales 1. Acceda al link proporcionado en el apartado D. 2. Ubique una carga eléctrica negativa en el centro de la pantalla y active la opción cuadricula del simulador. 3. Arrastre el medidor de potencial en lugares próximos a la carga eléctrica y presione el para observar cinco superficies equipotenciales. 4. Active la opción campo eléctrico. 5. Repita los procedimientos 2, 3 y 4 para una carga eléctrica positiva.

E2. Potencial eléctrico para carga puntual 1. 2. 3. 4.

Ubique 2 cargas eléctricas negativa en la pantalla y active la cuadricula del simulador. Ubique la cinta métrica con uno de sus extremos en el centro de la carga. Utilizando la cuadricula ubique 10 posiciones para medir el potencial eléctrico Registre las medidas realizadas en la tabla 1. Tabla N°1: …………………………….……………………………………...

•

Lectura

𝑟 ( cm ) ±

𝑉 (voltios) ±

1 ( inversa de la distancia ) ± 𝑟

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

144.2 185.3 243.9 277.1 328.5 362.5 416.3 461.4 513.6 563.4

-12.4 -9.7 -7.4 -6.5 -5.5 -5.0 -4.3 -3.9 -3.5 -3.2

0.006934813 0.005396654 0.004100041 0.003608805 0.00304414 0.002758621 0.002402114 0.002167317 0.00194704 0.001774938

F. ANÁLISIS DE DATOS Cargas puntuales 1. Para una carga eléctrica negativa ¿Qué sucede con el potencial y la magnitud del campo eléctrico a medida que se aleja de la carga eléctrica?

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Notamos que a medida que nos alejamos de la carga eléctrica, tanto el Campo eléctrico como el potencial eléctrico disminuyen en magnitud. Esto porque el campo eléctrico y el potencial están dados en función de la distancia de la que se encuentren con respecto a la carga. Si suponemos que la distancia se aleja infinitamente, el potencial y el campo eléctrico tienden a ser cero.

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2. ¿Cómo varía el valor del potencial eléctrico y la magnitud del campo eléctrico a medida que se aleja de la cada carga positiva? Al igual que en el caso anterior, tanto la magnitud del campo eletrico como el potencial disminuyen a medida que nos alejamos mas de la carga eléctrica.

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3. Utilizando los datos de la tabla 1 realice la gráfica 1 𝑉 en función de 𝑟

4. Utilizando los datos de la tabla 1 realice la gráfica 2 𝑉 en función de 1/𝑟

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5. De la gráfica 2, ¿Cuál es el significado físico de la pendiente?

Significa que la relación entre la inversa de la distancia con respecto a la carga eléctrica (1/r) es directamente proporcional al potencial eléctrico que hay a esa distancia. En otras palabras, que a medida que la inversa de la distancia aumenta, el potencial eléctrico también aumenta. Caso contrario a lo que se presenta en la gráfica 1. G. CONCLUSIONES

•

•

Se concluye que a medida que nos alejamos que la una carga eléctrica, la magnitud del campo eléctrico generado por esta carga disminuye, de igual manera que su potencial eléctrico. Se concluye que el efecto anterior se presenta sin importar la naturaleza de la carga eléctrica, ósea, sin importar si es negativa o positiva

H. CUESTIONARIO FINAL 1.

Si se desplaza una carga eléctrica de prueba, desde un punto A a otro B sobre la superficie equipotencial. ¿Se realiza un trabajo sobre la carga de prueba? ¿Explique? No se realiza trabajo porque la diferencia de potencia es nula. El campo eléctrico, que es paralelo a la fuerza eléctrica, siempre será perpendicular a las superficies equipotenciales.

2.

Si 𝑉 = 𝑐𝑡𝑒, ¿Cómo es 𝐸 en esa región?; Si el potencial eléctrico es constante, el campo eléctrico en esa región será nulo, debido a que el campo eléctrico esta dado en relación a la diferencia de potencial, por lo que si no hay tal diferencia o variación, el campo en esa región será nulo.

3.

Utilice el simulador para construir el modelo de dipolo eléctrico, determine las regiones donde 𝐸 = 0 ¿Qué se puede afirmar de 𝑉 en dichas regiones?

……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… I.

BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL

Autor

Título

Edición

Año

Daniel Schaum

Fisica General

6°ta

1969

https://www.fisicalab.com/apartado/potencial-electrico-punto https://es.khanacademy.org/science/electrical-engineering/ee-electrostatics/ee-fieldspotential-voltage/a/ee-electric-potential-voltage

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BIBLIOGRAFÍA DE REFERENCIA

1. Guías de Laboratorio de Física Básica, Departamento Académico de Física UNSA, Año 2016. 2. Physics Education Technology (PhET) Interactive Simulations, University of Colorado Boulder. https://phet.colorado.edu/ ANEXOS Potencial Electrico para Carga Puntual Muestra 1

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