INFORME DE LABORATORIO UNI‐FIM FISICA III
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FISICA III INFORME DE LABORATORIO N°01 “CURVAS EQUIPOTENCIALES” ALUMNO: ‐Calle Flores César Leonardo ‐Código: 20124131D ‐Sección: B FECHA DE ENTREGA: ‐ 22/05/13
INTRODUCCION En este laboratorio corresponde analizar las la forma como las cargas electrostáticas modifican las propiedades del espacio a su alrededor, generando campos eléctricos. En primer lugar se detallará el concepto de campo eléctrico, explicando las propiedades que otorga al espacio en su vecindad. Se analizará las propiedades tales como potencial eléctrico, y en menor medida, intensidad de campo eléctrico. El concepto de potencial eléctrico es útil para comprender otros como la energía potencial eléctrica y el trabajo realizado por el campo eléctrico. Se mostrará cómo se comportan las líneas equipotenciales y su relación con las líneas de campo eléctrico en los casos indicados(placa‐placa , cilindro‐cilindro y punto‐punto).
INDICE
I. Objetivo……………………………………………………………..……01
II. Proceso Experimental……………………………………………........01 II.a. Equipo de Laboratorio……………………………………………...01 II.b. Procedimiento Experimental………………………………….......03
III. Marco Teórico………………………………………………………....04
IV. Cálculos y Resultados………………………………………………..07 IV.a. Tabla de Datos……………………………………………….…....07 IV.b. Resultados………………………………………………………... 08
V. Conclusiones y Observaciones………………………………………12
VI. Bibliografía………………………………………………………….....12
VII. Hoja de Datos de Laboratorio……..…………………………………13
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I.OBJETIVO -Graficar las curvas equipotenciales y líneas de fuerza obtenidas en cada una de las configuraciones señaladas: -punto-punto -anillo-anillo -placa-placa
II.EL PROCESO EXPERIMENTAL II.a. Equipo de laboratorio: -Una bandeja de plástico
-Una fuente de poder DC
- Un galvanómetro
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INFORME DE LABORATORIO UNI‐FIM FISICA III -Papel milimetrado
-Solución de sulfato de cobre
-Electrodos
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II.b. Procedimiento experimental. -Colocar el papel milimetrado debajo de la bandeja, de manera que quede centrada. -Verter la solución de sulfato de cobre - que actuará como conductor - sobre la bandeja a una altura no mayor a 10mm. - establecer el circuito mostrado:
- Situar los electrodos equidistantes del origen sobre un eje de coordenadas y establezca una diferencia de potencial entre ellos mediante una fuente de poder.
-para establecer las curvas equipotenciales deberá encontrar un mínimo de nueve puntos equipotenciales pertenecientes a cada curva, estando cuatro puntos en los cuadrantes del 3
INFORME DE LABORATORIO UNI‐FIM FISICA III semi eje “Y” positivo y cuatro en los cuadrantes del semi eje “Y” negativo, y un punto sobre el eje “X”. Para cada configuración de electrodos deberá encontrarse un mínimo de 5 curvas correspondiendo 2 a cada lado del origen de coordenadas y una que pase por dicho origen.
III. MARCO TEORICO Líneas de campo Las líneas de campo eléctrico indican las trayectorias que seguiría una partícula positiva de masa despreciable si fuera liberada en reposo respecto al campo eléctrico. La tangente en un punto de una línea de campo indica la dirección del vector intensidad de campo eléctrico. Una carga puntual positiva dará lugar a un mapa de líneas radiales, puesto que las fuerzas eléctricas actúan siempre en dirección de la línea que las une a las cargas interactuantes dirigidas hacia afuera debido a que las cargas móviles positivas se desplazarían en ese sentido, es decir serían fuerzas repulsivas .
Campo eléctrico Las cargas eléctricas no necesitan de algún tipo de material para poder ejercer su influencia sobre otras, es por eso que las fuerzas eléctricas son consideradas como fuerzas de acción a distancia, a esta fuerza de acción a distancia recibe el nombre de campo y cuando este campo de fuerzas es aquella región del espacio donde se dejan sentir los efectos de fuerzas a distancia. De este modo el campo eléctrico es aquella región del espacio en donde deja sentir sus efectos producidos por una carga, es decir, si en un punto cualquiera del espacio en donde está definido un campo eléctrico se coloca una carga de prueba, se observara la aparición de fuerzas eléctricas, es decir, fuerzas de atracción o repulsión.
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INFORME DE LABORATORIO UNI‐FIM FISICA III Campo eléctrico uniforme Un campo eléctrico es uniforme cuando el módulo de dirección y sentido es constante. Cuando esto ocurre, las líneas de campo son rectas paralelas y las superficies equipotenciales son superficies paralelas entre si y perpendiculares a las líneas de campo como se muestra en el siguiente dibujo: Donde las superficies equipotenciales son V1, V2, V3 y las líneas de campo son las flechas perpendiculares a las superficies.
Potencial eléctrico y diferencia de potencial El potencial eléctrico esta dado cuando el campo eléctrico es conservativo porque el trabajo realizado por las fuerzas del campo cuando una carga se traslada de un punto a otro, no depende del camino. El potencial eléctrico en un punto dado, se puede definir como el trabajo que realizan las fuerzas del campo eléctrico cuando la unidad de carga se traslada desde ese punto hasta el infinito. La diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un campo, representa el trabajo requerido para mover una unidad positiva de carga, desde un punto al otro contra la dirección del campo, fuerza o el trabajo realizado por la unidad de carga, que se mueve desde un punto al otro en la dirección de campo. Las c a r g a s p o s i t i v a s s e m u e v e n d e u n p u n t o p o t e n c i a l m a y o r a u n p u n t o d e potencial menor.
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INFORME DE LABORATORIO UNI‐FIM FISICA III Líneas equipotenciales Las líneas equipotenciales son intersecciones (perpendicularmente) de las superficies equipotenciales con el plano del dibujo. Una superficie equipotencial es el lugar geométrico de un campo escalar donde el potencial de campo o valor numérico de la función que representa el campo, es constante, es decir, que son aquellas en las que todos sus puntos tienen el mismo potencial. Las líneas potenciales no pueden cortarse entre sí, por tanto, las líneas de campo eléctrico tampoco. Además no tienen ninguna dirección definida, es decir, que una carga de prueba situada sobre una línea equipotencial, esta no tiende a seguirla, sino a avanzar hacia otras de menor potencial. Al contrario de las líneas de campo, las líneas equipotenciales son siempre continuas. No tienen ni principio ni final.
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IV. CÁLCULOS Y RESULTADOS IV.a.TABLAS DE DATOS – PUNTO - PUNTO C1 0,-10 0,10 0,20 0,40 0,60 0,-20 0,-40 0,0 0,-60
C2 -20,0 -23,20 -28,55 -30,80 -32,95 -22,-30 -24,-40 -30,-60 -31,80
C3 -40,0 -45,20 -48,40 -55,60 -60,80 -42,-20 -50,-40 -55,-60 -70,-80
C4 -60,0 -67,-20 -100,-40 -80,-30 -61,-10 -62,10 -65,20 -83,30 -95,-40
C5 20,0 26,20 30,40 29,60 34,-80 28,-20 30,-38 -35,-60 30,80
C6 40,0 50,40 60,52 70,63 80,68 50,-35 60,-52 70,-60 80,-70
C7 60,0 70,22 70,-20 80,29 80,-32 90,36 90,-38 100,39 10,-40
– ANILLO – ANILLO C1 0,10 0,20 0,40 0,60 0,80 0,-80 0,-40 0,-60 0,0
C2 20,0 25,20 28,40 30,60 35,70 25,-20 40,-55 31,-40 60,-67
C3 40,0 45,40 55,40 65,60 80,65 80,-58 65,-18 70,-31 45,-18
C4 -20,0 -28,25 -30,58 -30,35 -40,75 -40,-47 -50,-59 -50,84 -60,-66
C5 -40,0 -43,10 -50,35 -50,-30 -60,50 -63,-50 -70,-54 -80,-57 80,65
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– PLACA – PLACA C1 0,0 0,20 0,40 0,60 0,80 0,-20 0,-40 0,-60 0,-80
C2 20,0 20,20 18,30 18,50 25,70 27,90 18,-20 25,-45 21,-60 23,-80
C3 40,0 37,20 41,40 45,60 55,85 50,70 40,-20 40,-40 44,-60
C4 50,0 50,20 51,30 50,40 57,60 60,64 50,-20 49,-30 59,-60 70,-73
C5 -20,0 -20,20 -18,40 -20,-10 -17,-20 -20,-39 -22,-60 -30,61 -40,70
C6 -40,0 -38,10 -37,30 -41,50 -52,70 -39,-20 -40,-40 -40,-60 -47,-80
C7 -50,0 -49,20 -48,-20 -51,40 -50,-30 -53,-50 -60,-63 -60,64 -70,70
IV.b. RESULTADOS: 1. Establezca las curvas equipotenciales para los siguientes casos: a) para 2 puntos usando 2 alambres como electrodos. b) para 2 placas paralelas al eje “Y” c) para un par de anillos. 2. Para cada uno de los casos (a), (b) y (c) trace por lo menos 4 líneas de fuerza.
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INFORME DE LABORATORIO UNI‐FIM FISICA III a) GRÁFICA: PUNTO‐PUNTO (curvas equipotenciales y líneas de fuerza).
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INFORME DE LABORATORIO UNI‐FIM FISICA III b) GRÁFICA: PLACA‐PLACA (curvas equipotenciales y líneas de fuerza).
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INFORME DE LABORATORIO UNI‐FIM FISICA III c) GRÁFICA: ANILLO‐ANILLO (curvas equipotenciales y líneas de fuerza).
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V.CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES
V.a. CONCLUSIONES ‐Las gráficas obtenidas muestran de forma las formas características que tienen las curvas equipotenciales y las líneas de fuerza en cada caso, más allá del aspecto cuantitativo. ‐Se observó el efecto de borde en las curvas equipotenciales del sistema placa‐placa. V.b. OBSERVACIONES
‐Se supone que las irregularidades observadas en las líneas de fuerza corresponden a la no‐ homogeneidad del medio (solución de sulfato de cobre), se observó partículas de tamaño apreciable no disueltas, más allá de la ligera asimetría entre las placas y su posición en el medio (error experimental).
VI.BIBLIOGRAFÍA
–Prácticas de Laboratorio de Física. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA. Edición del 2009 –Física Universitaria.Sears Zemansky 12Ed.Cap. 21 y 23.
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