Práctica N° 04 Campo y potencial eléctrico PDF

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Electricidad y MagnetismoFACULTAD DE PROCESOSEscuela Profesional de Ingeniería Química Ccalla Gutierrez Yhamely Milagros Mamani Dávila Ricardo Alexis Durand Muñoz Josue YoelRoxana Filomena Torres GuillenLaboratorio – Física 2AArequipa - Perú2021Electricidad y MagnetismoAPELLIDOS Y NOMBRES: CUI:ES...

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Laboratorio Electricidad y Magnetismo

FACULTAD DE PROCESOS Escuela Profesional de Ingeniería Química

 Ccalla Gutierrez Yhamely Milagros  Mamani Dávila Ricardo Alexis  Durand Muñoz Josue Yoel Roxana Filomena Torres Guillen

Laboratorio – Física 2 A Arequipa - Perú

2021

Laboratorio Electricidad y Magnetismo

APELLIDOS Y NOMBRES:

CUI:

ESCUELA PROFESIONAL:

FECHA:

HORARIO: PROFESOR (A):

NOTA:

PRÁCTICA Nº 4: CAMPO Y POTENCIAL ELÉCTRICO

A. COMPETENCIAS ●

B.

Evalúa la relación entre la intensidad del campo y potencial eléctrico debido a dos cargas eléctricas separadas, observa las superficies equipotenciales de la interacción de estas dos cargas usando éticamente un simulador interactivo.

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. La componente del campo eléctrico en cualquier dirección, es el negativo de la rapidez de cambio del potencial en esa dirección. En coordenadas rectangulares quedaría expresado de la siguiente manera. 𝐸𝑥 = −

𝜕𝑉 𝜕𝑉 𝜕𝑉 ; 𝐸𝑦 = − ; 𝐸𝑧 = − 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑧

(1)

En esta práctica trataremos el caso en una sola dimensión, por lo que integrando la primera expresión de la ecuación (1) tendremos. 𝑉 = −𝐸𝑥 𝑥 + 𝑉0

Donde: 𝑉: Es el potencial medido 𝐸: Es el campo eléctrico 𝑥: Es la posición respecto a la carga B.1 Superficies equipotenciales

2

(2)

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Las superficies equipotenciales son lugares en el espacio en donde el potencial eléctrico toma un valor constante, las superficies equipotenciales creadas por cargas puntuales 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]

C. 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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Figura 3: Representación de las superficies equipotenciales de dos placas paralelas en el simulador.

D. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ●

Cargas puntuales 1. Acceda al link proporcionado en el apartado C. 2. Coja la cinta métrica proporcionada en el simulador y estírela 100 𝑐𝑚 . 3. Posicione las cargas positiva y negativa del simulador en los extremos de la cinta métrica. 4. Marque la casilla voltaje y trace 5 superficies equipotenciales con ayuda del botón de la herramienta proporcionada en el simulador (equipotencial). Anote sus observaciones.

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OBSERVACIONES: Podemos ver como se forma como un tipo de campo electromagnético, además de que cuando movemos el voltímetro hacía algún lugar no indica el voltaje, en la imagen podemos ver cómo está posicionada casi al medio de la cinta y podemos comprender que en este lugar la carga es casi nula. (0.2 V) 5. Mida la distancia desde una de las cargas hacia una superficie equipotencial 5 veces en diferentes direcciones y anote sus observaciones.

Carga 1.2V Hacia la carga positiva  224.5 cm  185.9 cm  137.7 cm  205.7 cm  218.6 cm OBSERVACIONES: Podemos observar que a medida que nos acercamos más a la carga, el campo se hace más pequeño.

●

Placas paralelas

1. Coja la cinta métrica proporcionada en el simulador y estírela 100 𝑐𝑚. 2. Posicione dos columnas de cargas eléctricas positivas y negativas en los extremos de la cinta métrica como se muestra en la figura 3. 3. Marque la casilla voltaje y trace 5 superficies equipotenciales con respecto a cada placa con ayuda del botón de la herramienta proporcionada en el simulador (equipotencial). Anote sus observaciones.

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La superficie equipotencial de las dos las dos cargas se van aplanando en la mitad de la distancia que están ubicadas las cargas. 4. Mida las distancias desde la placa positiva hacia las superficies equipotenciales y anótelas en la siguiente tabla.

Tabla N°1: Medida de la carga hasta el potencial. 𝐿𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 1 2 3 4 5

E. ●

𝑥 ( 𝑐𝑚 )

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 ( 𝑉 )

26,6

121,8

29

70

33.7

55.5

39.3

32.2

42.5

23.8

ANÁLISIS DE DATOS Cargas puntuales 1. ¿Qué ángulo forman el campo eléctrico y la superficie equipotencial? Explique

La superficie equipotencial forma un ángulo recto (90°) con el campo eléctrico de otra forma el campo eléctrico tendría componentes sobre la superficie equipotencial y por ende realizaría tra ba jo sobr e un a par tícul a de pr ue ba. E s obvio que e sto n o e s posibl e por de fi ni ci ón . Entonces, sobre una superficie equipotencial el trabajo es nulo 2. ¿Cómo varía el valor de la diferencia de potencial a medida que se aleja de cada carga?

Carga positiva: 1128 V ∆ V = 𝑉𝐴 − 𝑉𝐵 ∆ V =7.2 V -1128 V ∆ V = -1,121 V ∆ V =2.9 V -1128 V ∆ V = -1,125 V ∆ V =1.2 V -1128 V ∆ V = -1,127 V ∆ V =0.81 V -1128 V ∆ V = -1,127V 

Varía de -1.121 V a – 1.127 V

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Carga negativa: 1600 V ∆ V = 𝑉𝐴 − 𝑉𝐵 ∆ V = -8.0 V - (-1600 V) ∆ V = 1,592 V ∆ V = -3.5 V - (-1600 V) ∆ V = 1,596.5 V ∆ V = -1.9 V - (-1600 V) ∆ V = 1,598.1 V ∆ V = -0.93 V - (-1600 V) ∆ V = 1,599.07 V ●

Placas paralelas

3. Con los datos de la tabla 1 grafique 𝑉 en función de 𝑥, determine la ecuación de la recta, pendiente e intercepto.

𝑉 = −𝐸𝑥 𝑥 + 𝑉0 B = Ex

V = -B x + A A= Vo

GRÁFICA N° 1: potencial eléctrico en función de x

4. Usando los parámetros obtenidos de la ecuación de la recta. Determine el valor del campo eléctrico. ¿Qué significado físico representa el intercepto?

Es la coordenada de un punto donde una gráfica interseca un eje. Es la coordenada y de un punto donde una gráfica interseca el eje y (donde x = 0). También llamado intercepto vertical.

F.

CONCLUSIONES

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



Se comprobó experimentalmente la relación que existe entre el campo y potencial eléctrico El potencial eléctrico es el trabajo que debe realizar por unidad de carga para llevar la carga de un lugar a otro

G. CUESTIONARIO FINAL 1. ¿Qué valor tiene el potencial eléctrico justo en el punto medio de separación de las placas? ¿Por qué? El valor del potencial eléctrico en el punto medio de separación de las placas es de: 3.22 V 2. Si 𝑉 = 𝑐𝑡𝑒 , ¿Cómo es 𝐸 en esa región?; si 𝐸 = 0¿Qué se puede afirmar de 𝑉?



Según la ecuación de diferencia de potencial, se deduce que en una región del espacio en la que el campo eléctrico es nulo, el potencial es constante



Si el potencial es cero en algún punto, el campo eléctrico no realiza ningún trabajo al mover la carga de prueba desde el infinito, aunque la carga de prueba haya pasado por una región donde experimentó fuerzas eléctricas de atracción o de repulsión.

3. ¿Qué relación existe entre el campo y el potencial eléctrico? La relación entre campo eléctrico y el potencial eléctrico:

H. BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL

Autor

Título

Edición

Serway & Jewett

Física para ciencias e Ingeniería con física moderna Vol. 2

Séptima

8

Año

Laboratorio Electricidad y Magnetismo

I.

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/

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