Manual de laboratorio Física II

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HONDURAS

FACULTAD DE INGENIERIA

MANUAL DE LABORATORIO FISICA II

PhD. Walther Francisco Santos

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PRESENTACIÓN En vista de la necesidad de completar el fundamento teórico impartido en la clase de Física II, es necesario incorporar prácticas de laboratorio que ayuden a los estudiantes a analizar y comprender los fenómenos físicos. Si bien el laboratorio tiene por objeto demostrar los fenómenos físicos, su fin no es entretenerle con el desarrollo de experimentos sino el de fomentar el pensamiento crítico-deductivo al analizar estos fenómenos.

Durante más de 13 años hemos seleccionado las prácticas de laboratorios de mayor importancia para formar este manual y asegurar que sea el complemento adecuado para la clase. El presente manual de laboratorio debe ser una herramienta de apoyo para el estudiante al momento de realizar los experimentos.

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Manual de Laboratorio Física 2

LABORATORIO DE FISICA II PRACTICA VIRTUAL 1 LEY DE COULOMB OBJETIVO 1. Comprender la relación que existe en la distancia entre dos cargas puntuales y la fuerza eléctrica ejercida entre ellas.

SIMULADOR https://phet.colorado.edu/sims/html/coulombs-law/latest/coulombs-law_es.html

Imagen 1. Simulador Ley de Coulomb, escala macro. (University of Colorado Boulder, 2020)

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Ir al simulador 2. Ingresar a la opción escala macro.

3. Activar la casilla Valor de las fuerzas 4. Ingresar el valor de las cargas por medio del control deslizante o utilizando los botones.

5. Colocar las cargas en las posiciones correspondientes, dando un clic sobres ellas y arrastrándolas. Asegúrese que las distancias sean exactas.

6. Tome las lecturas de las fuerzas que actúan sobre las cargas.

Imagen 2. Resultados del simulador Ley Coulomb, escala macro. (University of Colorado Boulder, 2020)

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EXPERIMENTOS 1. Experimento 1: Simulador ley de coulomb La carga q1 = - 5 μC, se encuentra en la posición x = 4 cm y la carga q2= 6 μC en la posición x= 7 cm. a) Determine la fuerza ejercida por q1 sobre q2. b) Como cambia el resultado si la carga q1 cambia a 3 μC. c) Compruebe sus resultados con el simulador de la ley de Coulomb a nivel macro. d) Como cambia el resultado si la carga q1 cambia a 5 μC. e) Compruebe sus resultados con el simulador de la ley de Coulomb a nivel macro.

2. Experimento 2: Simulador ley de coulomb La carga q1 = 4 μC, se encuentra en la posición x = 2 cm y la carga q2= 8 μC en la posición x= 6 cm. a) Determine la fuerza ejercida por q1 sobre q2. b) Como cambia el resultado si la posición de q2 cambia a x = 4 cm. c) Como varía el resultado obtenido si la posición de q2 cambia a x = 8 cm. d) Compruebe sus resultados con el simulador de la ley de Coulomb a nivel macro.

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EVALUACION 1. ¿Cómo afecta a la dirección de la fuerza las polaridades de las cargas? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 2. ¿Qué regla podemos establecer en cuanto a la polaridad de las cargas? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 3. ¿Cómo varía la fuerza entre las cargas cuando aumentamos el valor de la carga? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 4. ¿Cómo afecta a la fuerza entre las cargas el cambiar la distancia entre ellas? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 5. Escriba en sus propias palabras la ley de Coulomb _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________

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LABORATORIO DE FISICA II PRACTICA VIRTUAL 2 CAMPO ELECTRICO OBJETIVO 1. Comprender la relación que existe entre la magnitud del campo eléctrico ejercido en un punto a una determinada distancia de una carga puntual.

SIMULADOR https://phet.colorado.edu/sims/html/charges-and-fields/latest/charges-andfields_es.html

Imagen 3. Simulador cargas y campos. (University of Colorado Boulder, 2020)

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PROCEDIMIENTO 1. Ir al simulador 2. Desactive las casillas campo eléctrico y voltaje 3. Activar las casillas valores y grilla.

4. Dar clic sobre el círculo rojo con el signo más y jalarlo al centro de la pantalla. Esta es la carga positiva.

5. Colocar las cargas positivas que necesite. Puede colocar varias positivas de ser necesario.

6. Dar clic sobre el círculo azul con el signo menos y jalarlo al centro de la pantalla. Esta es la carga negativa.

7. Colocar las cargas negativas que necesite. Puede colocar varias negativas de ser necesario.

8. Ajustar la distancia entre las cargas utilizando la rejilla, tomando en cuenta que cada cuadro pequeño es de 10 cm y los cuadros grandes miden 50 cm.

9. De clic sobre sensor, arrástrelo y colóquelo en la distancia indicada en el experimento.

10. Tome la lectura del campo eléctrico que le proporciona el sensor.

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Imagen 4. Resultados del simulador cargas y campos. (University of Colorado Boulder, 2020)

EXPERIMENTOS 1. Experimento 1: Simulador cargas y campos Calcular el campo eléctrico de una carga de 5nC (Coloque 5 cargas, una sobre otra) a: a) 50 cm b) 100 cm c) y 150 cm. d) Comprobar los resultados con el simulador.

2. Experimento 2: Simulador cargas y campos Dos cargas q1 = 5 nC y q2 = 5nC que se encuentran a 200 cm una de la otra.

Determine el campo eléctrico entre las dos cargas: a) en un punto a 100 cm de q1

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b) en punto a 150 cm de q1. c) en un punto a 200 cm de q1. d) Compruebe los resultados en el simulador. e) Mueva el sensor entre las dos cargas y describa el comportamiento del campo eléctrico.

EVALUACION 1. ¿Qué sucede con la magnitud del campo eléctrico según nos alejamos de la carga? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 2. ¿De qué depende la magnitud del campo eléctrico en un punto cerca de una carga? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 3. ¿Qué sucede con el campo eléctrico en el centro de las dos cargas? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 4. ¿Qué sucede con el campo eléctrico al acercarse a cualquiera de las cargas? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________

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LABORATORIO DE FISICA II PRACTICA VIRTUAL 3 CAMPO ELECTRICO (CONTINUACION) OBJETIVO 1. Comprender la relación que existe entre la magnitud del campo eléctrico ejercido en un punto a una determinada distancia de una carga puntual.

SIMULADOR https://phet.colorado.edu/sims/html/charges-and-fields/latest/charges-andfields_es.html

Imagen 5. Simulador cargas y campos. (University of Colorado Boulder, 2020)

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PROCEDIMIENTO 1. Ir al simulador 2. Desactive las casillas campo eléctrico y voltaje 3. Activar las casillas valores y grilla.

4. Dar clic sobre el círculo rojo con el signo más y jalarlo al centro de la pantalla. Esta es la carga positiva.

5. Colocar las cargas positivas que necesite. Puede colocar varias positivas de ser necesario.

6. Dar clic sobre el círculo azul con el signo menos y jalarlo al centro de la pantalla. Esta es la carga negativa.

7. Colocar las cargas negativas que necesite. Puede colocar varias negativas de ser necesario.

8. Ajustar la distancia entre las cargas utilizando la rejilla, tomando en cuenta que cada cuadro pequeño es de 10 cm y los cuadros grandes miden 50 cm.

9. De clic sobre sensor, arrástrelo y colóquelo en la distancia indicada en el experimento.

10. Tome la lectura del campo eléctrico que le proporciona el sensor.

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Imagen 6. Resultados del simulador cargas y campos. (University of Colorado Boulder, 2020)

EXPERIMENTO 1. Experimento 1 Dos cargas q1 = 4 nC y q2 = 4nC que se encuentran a 200 cm una de la otra. Determine el campo eléctrico ejercido por las cargas: a) en un punto a 100 cm arriba del punto medio entre las cargas. b) en punto a 100 cm sobre q1. c) Compruebe sus resultados en el simulador.

2. Experimento 2 Dos cargas q1 = 4 nC y q2 = -4nC que se encuentran a 200 cm una de la otra. Determine el campo eléctrico ejercido por las cargas: a) en un punto a 100 cm arriba del punto medio entre las cargas. b) en punto a 100 cm sobre q2. c) Compruebe sus resultados en el simulador.

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EVALUACION 1. ¿Qué efecto tiene la polaridad de las cargas en la dirección del campo eléctrico resultante? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 2. ¿Qué método es adecuado para la suma de los campos eléctricos cuando el punto a analizar no se encuentra en el mismo eje de las dos cargas? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 3. ¿Por qué en el experimento 1 el vector resultante es totalmente vertical? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 4. ¿Por qué en el experimento 2 el vector resultante es totalmente horizontal? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________

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LABORATORIO DE FISICA II PRACTICA VIRTUAL 4 CAPACITORES SIN DIELECTRICO OBJETIVO 1. Comprender el funcionamiento de un capacitor sin dieléctrico.

2. Conocer la influencia del área de las placas de un capacitor en la carga del mismo.

3. Describir la influencia de la distancia entre las placas de un capacitor en su carga.

SIMULADOR https://phet.colorado.edu/sims/html/capacitor-lab-basics/latest/capacitor-labbasics_es.html

Imagen 7. Simulador condensador, intro. (University of Colorado Boulder, 2020)

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PROCEDIMIENTO 1. Ir al simulador de condensador.

2. Ingresar a la opción condensador 3. Activar las casillas de carga de la placa superior y energía almacenada.

4. Utilizar el voltímetro para verificar el voltaje en el capacitor, colocando la punta roja en la placa superior y la punta negra en la placa inferior.

5. Ajustar el voltaje de la batería al valor indicado en el experimento por medio del control deslizante.

6. Ajustar la separación entre las placas dando clic sobre la flecha verde y arrastrarla hasta tener la distancia deseada.

7. Ajustar el área de las placas dando clic sobre la flecha verde y arrastrarla hasta tener el área deseada.

8. Tome los valores de la capacitancia, carga de la placa y la energía almacenada.

Imagen 8. Resultados del simulador condensador, intro. (University of Colorado Boulder, 2020)

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EXPERIMENTO 1. Experimento 1: Influencia de la separación de las placas de un capacitor en la capacitancia. a) Establezca un área de placa de capacitor de 110 mm2, una separación entre placas de 4 mm, la tensión de la batería fíjela en 1.35 v.

•

Calcule la capacitancia del capacitor.

•

Compruebe el valor obtenido de la capacitancia en el simulador.

•

Calcule la carga del capacitor.

•

Compruebe el resultado en simulador.

b) Establezca un área de placa de capacitor de 110 mm2, una separación entre placas de 8 mm, la tensión de la batería fíjela en 1.35 v.

•

Calcule la capacitancia del capacitor.

•

Compruebe el valor obtenido de la capacitancia en el simulador.

•

Calcule la carga del capacitor.

•

Compruebe el resultado en simulador.

2. Experimento 2: Influencia del área de las placas de un capacitor en la capacitancia a) Establezca un área de placa de capacitor de 150 mm2, una separación entre placas de 6 mm, la tensión de la batería fíjela en 1.35 v.

•

Calcule la capacitancia del capacitor.

•

Compruebe el valor obtenido de la capacitancia en el simulador.

•

Calcule la carga del capacitor.

•

Compruebe el resultado en simulador.

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b) Establezca un área de placa de capacitor de 250 mm2, una separación entre placas de 6 mm, la tensión de la batería fíjela en 1.35 v.

•

a) Calcule la capacitancia del capacitor.

•

b) Compruebe el valor obtenido de la capacitancia en el simulador.

•

c) Calcule la carga del capacitor.

•

d) Compruebe el resultado en simulador.

EVALUACION 1. ¿Qué influencia tiene la separación de las placas de un capacitor en la capacitancia? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 2. ¿Qué efecto tiene la separación de las placas de un capacitor en carga del capacitor? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 3. ¿Cómo afecta la separación de las placas de un capacitor en la energía almacenada en un capacitor? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________

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Manual de Laboratorio Física 2 4. ¿Cómo influye el área de las placas de un capacitor en la capacitancia? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 5. ¿Qué efecto tiene el área de las placas de un capacitor en carga del capacitor _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 6. ¿Cómo afecta el área de las placas de un capacitor en la energía almacenada en un capacitor? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________

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LABORATORIO DE FISICA II PRACTICA VIRTUAL 5 CAPACITORES SIN DIELECTRICO OBJETIVO 1. Comprender el funcionamiento de un capacitor con dieléctrico.

2. Conocer la influencia del área de las placas en la carga de un capacitor con dieléctrico.

3. Describir la influencia de la distancia entre las placas en la carga de un capacitor con dieléctrico.

SIMULADOR https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/capacitor-lab/latest/capacitorlab.html?simulation=capacitor-lab&locale=es

Imagen 9. Simulador Laboratorio de capacitores, pestaña dieléctrico. (University of Colorado Boulder, 2020)

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PROCEDIMIENTO 1. Ir al simulador laboratorio de capacitores.

2. Ingresar a la pestaña dieléctrico.

3. Activar las casillas capacitancia, carga de la placa, energía almacenada y voltímetro.

4. Ajustar la constante dieléctrica al valor asignado en el experimento.

5. Utilizar el voltímetro para verificar el voltaje en el capacitor, colocando la punta roja en la placa superior y la punta negra en la placa inferior.

6. Ajustar el voltaje de la batería al valor indicado en el experimento por medio del control deslizante.

7. Ajustar la separación entre las placas dando clic sobre la flecha verde y arrastrarla hasta tener la distancia deseada.

8. Ajustar el área de las placas dando clic sobre la flecha verde y arrastrarla hasta tener el área deseada.

9. Aleje el dieléctrico de las placas para hacer el experimento del capacitor sin dieléctrico.

10. Coloque el dieléctrico entre las placas y realice el experimento del capacitor con dieléctrico.

11. Tome los valores de la capacitancia, carga de la placa y la energía almacenada.

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Imagen 10. Resultados del Simulador Laboratorio de capacitores, pestaña dieléctrico. (University of Colorado Boulder, 2020)

EXPERIMENTO 1. Establezca un área de placa de capacitor de 100 mm2, una separación entre placas de 5 mm, la tensión de la batería fíjela en 1.4 v a) Calcule la capacitancia del capacitor. b) Calcule la carga del capacitor. c) Compruebe el valor obtenido de la capacitancia en el simulador. d) Utilice una constante dieléctrica de 2.5 y calcule la capacitancia del capacitor y su carga. e) Compruebe el valor obtenido de la capacitancia en el simulador.

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2. Establezca un área de placa de capacitor de 100 mm2, una separación entre placas de 10 mm, la tensión de la batería fíjela en 1.4 v. a. Calcule la capacitancia del capacitor. b. Calcule la carga del capacitor. c. Compruebe el valor obtenido de la capacitancia en el simulador. d. Utilice una constante dieléctrica de 2.5 y calcule la capacitancia del capacitor y su carga. e. Compruebe el valor obtenido de la capacitancia en el simulador.

EVALUACION 1. ¿Qué es un dieléctrico? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 2. ¿Qué relación tiene la separación entre placas con la capacitancia de un capacitor con dieléctrico? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 3. ¿Cómo afecta a la capacitancia de un capacitor incluir un dieléctrico entre las placas? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________

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Manual de Laboratorio Física 2 4. ¿Cómo influye en la carga del capacitor el colocar un dieléctrico entre sus placas? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 5. ¿Qué influencia tiene el colocar un dieléctrico en la energía almacenada en un capacitor? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________

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LABORATORIO DE FISICA II PRACTICA VIRTUAL 6 CAPACITORES EN SERIE Y EN PARALELO OBJETIVO 1. Comprender como se obtiene la capacitancia total de capacitores conectados en serie.

2. Conocer como se obtiene la capacitancia total de capacitores conectados en paralelo.

SIMULADOR https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/capacitor-lab/latest/capacitorlab.html?simulation=capacitor-lab&locale=es

Imagen 11. Simulador laboratorio capacitores, pestaña varios capacitores. (University of Colorado Boulder, 2020)

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PROCEDIMIENTO 1. Ir al simulador laboratorio de capacitores.

2. Ingresar a la pestaña varios capacitores.

3. Activar las casillas capacitancia, carga de la placa, energía almacenada y voltímetro.

4. Utilizar el voltímetro para verificar el voltaje en el capacitor, colocando la punta roja en la placa superior y la punta negra en la placa inferior.

5. Ajustar el voltaje de la batería al valor indicado en el experimento por medio del control deslizante.

6. Seleccione el circuito de capacitores que especifica el experimento.

7. Ajuste la capacitancia de los capacitores por medio del control deslizante que está a la izquierda de cada uno de ellos.

8. Tome los valores de la capacitancia, carga de la placa y la energía almacenada.

Imagen 12. Resultados simulador laboratorio capacitores, pestaña varios capacitores. (University of Colorado Boulder, 2020)

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EXPERIMENTO 1. Experimento 1: Capacitores en serie Coloque dos capacitores en serie, uno con 0.24 pF y otro con 0.15 pF. Fije el voltaje en la batería a 1.4 V. Mida el voltaje en cada capacitor: a) Calcule la capacitancia equivalente. b) Calcule la carga del capacitor equivalente. c) Calcule la carga en cada capacitor. d) Compare sus valores con los resultados en el simulador.

2. Experimento 2: Capacitor en paralelo Coloque dos capacitores en paralelo, un con 0.24 pF y otro con 0.15 pF. Fije el voltaje en la batería a 1.4 V. Mida el voltaje en cada capacitor: a) Calcule la capacitancia equivalente. b) Calcule la carga del capacitor equivalente. c) Calcule la carga en cada capacitor. d) Compare sus valores con los resultados en el simulador.

3. Experimento 3: Capacitor en serie y paralelo Coloque dos capacitores en serie y uno en paralelos. Los capacitores en serie son un con 0.20 pF y otro con 0.18 pF, y el capacitor en paralelo de 0.15 pF. Fije el voltaje en la batería a 1.4 V. Mida el voltaje en cada capacitor: a) Calcule la capacitancia equivalente. b) Calcule la carga del capacitor equivalente. c) Calcule la carga en cada capacitor. d) Compare sus valores con los resultados en el simulador.

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EVALUACION 1. ¿Cómo se obtiene la capacitancia total en capacitores conectados en serie? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 2. ¿Cómo se calcula la capacitancia total en capacitores conectados en paralelo? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 3. ¿Qué efecto tiene en la capacitancia total el conectar capacitores en serie? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 4. ¿Qué efecto tiene en la capacitancia total el conectar capacitores en paralelo? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 5. ¿Qué influencia tiene en la energía y en la carga conectar los capacitores en serie? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________

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Manual de Laboratorio Física 2 6. ¿Qué efecto tiene en la energía y en la carga conectar los capacitores en paralelo? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 7. Investigue aplicaciones o usos de los capacitores en serie y en paralelo. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 8. ¿Cómo se puede incrementar la capacitancia utilizando varios capacitores? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________

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LABORATORIO DE FISICA II PRACTICA VIRTUAL 7 LEY DE OHM OBJETIVO 1. Entender la relación entre el voltaje, la intensidad de corriente y la resistencia mediante la ley de Ohm.

SIMULADOR https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/battery-resistor-circuit/latest/batteryresistor-circuit.html?simulation=battery-resistor-circuit&locale=es

Imagen 13. Simulador Ley de Ohm. (University of Colorado Boulder, 2020)

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PROCEDIMIENTO 1. Ir al simulador Ley de Ohm 2. Ajustar el valor del voltaje por medio del control deslizante.

3. Ajustar el valor de la resistencia por medio del control deslizante.

4. Tomar la lectura del amperímetro. (Cada línea del amperímetro representa 10 amperios.

5. Puede detener el flujo de la corriente dando clic en el botón pausa y reiniciarlo dando clic en el botón activar.

Imagen 14. Resultados simulador Ley de Ohm. (University of Colorado Boulder, 2020)

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EXPERIMENTO 1. Experimento 1: Influencia de la tensión eléctrica en la intensidad de la corriente.

Con los datos de la tabla y aplicando la ley de Ohm siguiente calcule la intensidad de la corriente eléctrica dividiendo el voltaje entre la resistencia y anótela en la tabla Tensión

Resistencia

Intensidad de

eléctrica (V)

(Ω)

corriente (A)

0

0.27

5.28

0.27

8.16

0.27

10.8

0.27

Simulación a) Coloque el voltaje en cero voltios y la resistencia eléctrica en 0.33 ohmios, mida la intensidad de la corriente. b) Incremente el voltaje a 5.28 voltios y mida la intensidad de la corriente. c) Incremente el voltaje a 8.16 voltios y mida la intensidad de la corriente. d) Incremente el voltaje a 10.8 voltios y mida la intensidad de la corriente.

2. Experimento 2: Influencia de la resistencia eléctrica en la intensidad de la corriente.

Con los datos de la tabla y aplicando la ley de Ohm siguiente calcule la intensidad de la corriente eléctrica dividiendo el voltaje entre la resistencia y anótela en la tabla.

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Tensión

Resistencia

Intensidad de

eléctrica (V)

(Ω)

corriente (A)

9.36

0.33

9.36

0.47

9.36

0.93

Simulación a) Coloque el voltaje 12 voltios y la resistencia eléctrica en 0.4 ohmios, mida la intensidad de la corriente. b) Incremente la resistencia a 0.6 Ω y mida la intensidad de la corriente. c) Incremente la resistencia a 0.8 Ω y mida la intensidad de la corriente.

EVALUACION 1. ¿Qué efecto tiene el incrementar la tensión eléctrica en la intensidad de corriente? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 2. ¿Qué relación existe entre la tensión eléctrica y la intensidad de la corriente? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________

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Manual de Laboratorio Física 2 3. ¿Cómo influye en la intensidad de corriente el incrementar la magnitud de la resistencia eléctrica? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 4. ¿Qué relación existe entre la resistencia eléctrica y la intensidad de la corriente? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 5. Las respuestas a las preguntas anteriores forman la ley de Ohm. Escriba en sus propias palabras que establece la ley de Ohm. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 6. Escriba la ecuación de la ley de Ohm _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________

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LABORATORIO DE FISICA II PRACTICA VIRTUAL 8 RESISTENCIAS EN SERIE OBJETIVO 1. Conocer el comportamiento de la corriente eléctrica en un circuito de resistencias en serie.

2. Conocer cómo se obtiene la resistencia total en un circuito de resistencias en serie.

SIMULADOR https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc/latest/circuitconstruction-kit-dc_es.html

Imagen 15. Simulador Kit de construcción de circuitos: CD, opción laboratorio. (University of Colorado Boulder, 2020)

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PREPARACION DEL SIMULADOR 1. Ir al simulador de circuitos en corriente directa.

2. Dar clic en el botón vista esquemática que se encuentra en la parte inferior derecha del simulador.

3. Jalar los componentes del circuito.

4. Al dar clic en los componentes aparecerá abajo en el centro del simulador, las opciones de ajuste para asignar el valor de voltaje de la batería y el valor de las resistencias, respectivamente.

EXPERIMENTOS Primer Experimento

Imagen 16. Simulador Kit de construcción de circuitos: CD, opción laboratorio. (University of Colorado Boulder, 2020)

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Manual de Laboratorio Física 2 1. Dar clic en el botón vista de componentes que se encuentra en la parte inferior derecha del simulador.

2. Monte el experimento tal como se muestra en la imagen 16. Nota: Cada línea representa un cable de conexión.

3. Active la casilla de valores 4. Asigne un valor de resistencia de 20 Ω a cada bombilla 5. Fije en 12 V la tensión directa de la fuente de alimentación.

6. Encienda la fuente de alimentación y anote la luminosidad de la lámpara.

7. Agregue una segunda lámpara seguido de la primera. Observe la luminosidad de las dos lámparas y compárela con la luminosidad previa de una lámpara.

8. Anote sus comentarios en el inciso 1 de las observaciones.

Segundo Experimento

Imagen 17. Simulador Kit de construcción de circuitos: CD, opción laboratorio. (University of Colorado Boulder, 2020)

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1. Dar clic en el botón vista esquemática que se encuentra en la parte inferior derecha del simulador.

2. Monte el experimento como se muestra en la imagen 17, usando inicialmente una de resistencia de 40 Ω.

3. Fije la tensión directa a 24 V. 4. Medir la intensidad y apuntarla bajo (2) en la tabla 1.

5. Cambie el valor de la resistencia a 80 Ω.

6. Ajuste la tensión a 12 V. Mida la tensión y anote.

7. Coloque otra resistencia a la par de la primera y ajústela a 40 Ω.

8. Ajuste nuevamente la tensión a 24 V. Mida la intensidad y anote.

Tercer Experimento

Imagen 18. Simulador Kit de construcción de circuitos: CD, opción laboratorio. (University of Colorado Boulder, 2020)

1. Utilizando el circuito del experimento anterior, cambie la posición del voltímetro y el amperímetro, tal como se muestra en la imagen 18.

2. Fije la tensión directa a 12 V. 3. Haga sucesivas mediciones de la intensidad antes de primera resistencia, entre las dos resistencias y, después de la segunda resistencia.

4. Anote las mediciones en el inciso 3 de las observaciones.

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Manual de Laboratorio Física 2 Observaciones y resultado de las mediciones 1. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 2. Tabla 1 Resistencia en el circuito

U/V

I/A

R/Ω

R1 (valor nominal = 40 Ω) R2 (valor nominal = 80 Ω) R1 y R2 en serie

3. Intensidad antes de R1: I = ______________ Intensidad entre de R1 y R2: I = _____________ Intensidad después de R2: I = _____________

EVALUACIÓN 1. Explique sus observaciones del experimento 1. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 2. Calcule los valores de las resistencias a partir de las mediciones de la tensión y la intensidad de corriente obtenidos en el segundo experimento, y registre los valores en la última columna de la Tabla 1. Con los posibles errores de medición en mente, ¿Qué relación general puede Ud. ver entre la resistencia total obtenida para las dos resistencias conectadas en serie y los

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valores de las resistencias individuales? Explique esta relación y escriba una ecuación para expresarla. ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 3. Anote, con sus propias palabras, los resultados encontrados en el tercer experimento y escriba una ecuación que exprese estos resultados. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 4. Haga un resumen de lo encontrado. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________

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Manual de Laboratorio Física 2

LABORATORIO DE FISICA II PRACTICA VIRTUAL 9 RESISTENCIAS EN CIRCUITOS SERIE Y PARALELO OBJETIVO 1. Conocer el comportamiento de la corriente eléctrica en un circuito de resistencias en serie y paralelo.

2. Aplicar los cálculos de suma de resistencias en serie y en paralelo.

SIMULADOR https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc/latest/circuitconstruction-kit-dc_es.html

Imagen 19. Simulador Kit de construcción de circuitos: CD, opción laboratorio. (University of Colorado Boulder, 2020)

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PROCEDIMIENTO 1. Ir al simulador de circuitos en corriente directa.

2. Dar clic en el botón vista esquemática que se encuentra en la parte inferior derecha del simulador.

3. Jalar los componentes del circuito.

4. Al dar clic en los componentes aparecerá abajo en el centro del simulador, las opciones de ajuste para asignar el valor de voltaje de la batería y el valor de las resistencias, respectivamente.

R8

R5 R4

R7 R9

R2

R6

R1 R3

Imagen 20. Simulador Kit de construcción de circuitos: CD, opción laboratorio. (University of Colorado Boulder, 2020)

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Manual de Laboratorio Física 2

EXPERIMENTO

1. Arme el circuito como se muestra en la Imagen 20.

2. Active la casilla de valores 3. Colocar los siguientes valores de resistencia: R1= 30 Ω

R6= 15 Ω

R2= 25 Ω

R7= 20 Ω

R3= 25 Ω

R8= 10 Ω

R4= 20 Ω

R9= 10 Ω

R5 = 15 Ω 4. Configure el voltaje de la batería en 15 V. 5. Con los valores anterior obtenga la resistencia equivalente total del circuito.

6. Mida la tensión de la batería y calcule la intensidad total de la corriente.

7. Compruebe con el amperímetro del simulador del valor de la intensidad total de la corriente y compárelo con el valor obtenido en el inciso anterior.

8. Calcule el voltaje y la intensidad de la corriente en cada una de las resistencias.

9. Mida la tensión y la intensidad de la corriente en cada una de las resistencias y compárelas con los resultados del inciso anterior.

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EVALUACIÓN 1. Explique la ley de Ohm. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 2. ¿Cómo se realiza la suma de resistencias en serie? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 3. ¿Cómo se realiza la suma de resistencias en paralelo? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 4. Describa el comportamiento del voltaje y el amperaje en resistencias en serie. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 5. ¿Qué sucede con el voltaje y el amperaje en resistencias en paralelo? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 6. Resuma los resultados del experimento _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________

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Manual de Laboratorio Física 2

LABORATORIO DE FISICA II PRACTICA VIRTUAL 10 LEYES DE KIRCHHOFF OBJETIVO 1. Comprender las leyes de Kirchhoff mediante un experimento con un circuito mixto.

SIMULADOR https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc/latest/circuitconstruction-kit-dc_es.html

Imagen 21. Simulador Kit de construcción de circuitos: CD, opción laboratorio. (University of Colorado Boulder, 2020)

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PROCEDIMIENTO 1. Ir al simulador de circuitos en corriente directa.

2. Dar clic en el botón vista esquemática que se encuentra en la parte inferior derecha del simulador.

3. Jalar los componentes del circuito.

4. Al dar clic en los componentes aparecerá abajo en el centro del simulador, las opciones de ajuste para asignar el valor de voltaje de la batería y el valor de las resistencias, respectivamente.

R3

R1

ε1

R2

R5

R4

ε2

Imagen 22. Simulador Kit de construcción de circuitos: CD, opción laboratorio. (University of Colorado Boulder, 2020)

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Manual de Laboratorio Física 2

EXPERIMENTO

1. Arme el circuito como se muestra en la imagen 22.

2. Active la casilla de valores 3. Colocar los siguientes valores a las fem y las resistencias: R1= 3 Ω

ε1= 12 V

R2= 2 Ω

ε2= 60 V

R3= 6 Ω R4= 4 Ω R5 = 12 Ω

4. Utilice la ley de las espiras o mallas para calcular las corrientes en cada ramal del circuito. Plantear las ecuaciones a mano y resolver el problema en una página en línea, pegando la imagen del resultado en el informe.

5. Calcule los voltajes en cada resistencia del circuito.

6. Mida en el simulador la intensidad de la corriente en cada ramal y compárela con los valores obtenidos con los cálculos.

7. Mida en el simulador el voltaje en cada resistencia y compárela con los valores obtenidos con los cálculos

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EVALUACION 1. Explique la Regla de Kirchhoff de las uniones o los nodos. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 2. Exponga en que consiste la regla de Kirchhoff de las espiras o mallas. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 3. Explique cómo las leyes de Kirchhoff son consecuencia de la conservación de la carga y la energía _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 4. ¿Qué conclusión puede sacar del experimento realizado? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________

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Manual de Laboratorio Física 2

BIBLIOGRAFÍA Raymond A. Serway, J. W. (2008). Física para ciencias e ingeniería Vol. 2. México: Cengage Learning.

SEARS, ZEMANSKY, YOUNG, FREEDMAN. (2009). Física Universitaria Vol. 2.

México: Pearson.

University of Colorado Boulder. (2020). PhET Interactive Simulations. Obtenido de https://phet.colorado.edu/es

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HONDURAS

FACULTAD DE INGENIERIA