Informe Campo Electrico

LABORATORIO DE FÍSICA III

EXPERIENCIA N°2

CAMPO ELÉCTRICO

ALUMNO : LIÑAN DIAZ, DANIEL ANDRES - 13130015.

E.A.P. : FÍSICA.

PROFESOR : WALTER MARTÍN LEYVA MOLINA.

HORARIO DE CLASES : Lunes 10-13 horas

Fecha de práctica : 25/04/16

Fecha de envío de informe : 04/05/16

2016

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS(Universidad del Perú, Decana de América)

OBJETIVOS

Comprobar la existencia de un campo físico que es representado como un modelo de campo vectorial que representa la interacción entre cuerpos de naturaleza eléctrica.

Realizar la gráfica respectiva del campo físico en mención. Cálculo de la variación de potenciales eléctricos en ciertos puntos de la

configuración del sistema electrostático. Cálculo de la intensidad del campo eléctrico con las mediciones hechas. Examinar los aspectos naturales del campo eléctrico.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Se seleccionó los materiales para el desarrollo de la experiencia, por ejemplo, electrodos, cables de conexión, una fuente, el voltímetro, un envase de vidrio con solución salina, un puntero conductor.

Se armó el circuito mostrado en la imagen. Se dibujó en papeles milimetrados sistemas de coordenadas y líneas

equidistantes para poder relacionar coordenadas con sus respectivas variaciones de potencial.

Además, que se dibujó las líneas paralelas a la forma de sus respectivos electrodos.

Se hizo la prueba con una salida de la fuente de 6 voltios para el circuito. Se midió la variación del potencial con el puntero en distintos puntos de la

solución electrolítica de acuerdo a las líneas dibujadas. Se obtuvieron valores de los potenciales y con ello el cálculo del campo eléctrico.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Mediciones para el electrodo triangular

Línea 1 Línea 2 Línea 3 Línea 4 Línea 5 Línea 6(x,y) V (v) (x,y) V (x,y) V (x,y) V (x,y) V (x,y) V

(2,12) 0.5 (1.5,14) 0.6 (3,13.8) 0.9 (4,14.3) 1 (8,10) 1.6 (5,16.2) 1.2(3,11) 0.61 (4.5,11) 1 (5,11.9) 1.1 (6.5,12) 1.4 (9,11) 1.8 (7,14.3) 1.4(3,7.2) 0.6 (4,7) 1 (6,11) 1.25 (8,9) 1.6 (8.5,8) 1.8 (9,10.4) 1.8(2,5.8) 0.6 (3,5.5) 1 (6,8) 1.25 (5,5) 1.2 (7,6) 1.6 (9,7) 1.9(1,4.4) 0.6 (1,2.8) 1 (3,3.8) 1 (3,2.2) 1 (3,0.5) 1.2 (6,3) 1.4

Ahora se invierten la polarización de los voltajes:

Mediciones para el electrodo plano

Línea 1 Línea 2 Línea 3 Línea 4 Línea 5 Línea 6(x,y) V (x,y) V (x,y) V (x,y) V (x,y) V (x,y) V

(22,12) 0.4 (21,14) 0.8 (20,13) 1 (19,14) 1.2 (18,14) 1.4 (17,15) 1.6(22,10) 0.4 (21,12) 0.8 (20,11) 1 (19,12) 1.2 (18,12) 1.4 (17,13) 1.6(22,8) 0.5 (21,9) 0.8 (20,8) 1 (19,10) 1.2 (18,10) 1.4 (17,10) 1.5(22,6) 0.5 (21,7) 0.8 (20,6) 1 (19,7) 1.2 (18,8) 1.4 (17,8) 1.5(22,4) 0.6 (21,5) 0.8 (20,4) 1 (19,4) 1.2 (18,5) 1.4 (17,4) 1.5

*Como se puede observar mientras más se distanciaba del electrodo la medida del potencial iba creciendo en magnitud.

*Ello se debe a que se inició la medición en la zona de menor potencial o en el electrodo “negativo” y pues mientras más se distanciaba el potencial aumentaba.

*Como se hizo varias medidas para una determinada línea, el valor del potencial para tal línea será con su respectivo error de medida: X = <x> ± Δx.

Para el electrodo triangular:

Línea 1 (L1): V1 = 0.58 ± 0.02 Línea 2 (L2): V2 = 0.92 ± 0.08 Línea 3 (L3): V3 = 1.1 ± 0.1 Línea 4 (L4): V4 = 1.2 ± 0.1 Línea 5 (L5): V5 = 1.6 ± 0.1 Línea 6 (L6): V6 = 1.5 ± 0.1

Para el electrodo plano:

- Línea 1 (L1): V1 = 0.48 ± 0.04- Línea 2 (L2): V2 = 0.8 ± 0.0- Línea 3 (L3): V3 = 1.0 ± 0.0- Línea 4 (L4): V4 = 1.2 ± 0.0- Línea 5 (L5): V5 = 1.4 ± 0.0- Línea 6 (L6): V6 = 1.54 ± 0.02

CUESTIONARIO

1. Determine la magnitud del campo eléctrico entre las líneas equipotenciales. ¿El campo eléctrico es uniforme? ¿Por qué?

El campo eléctrico se puede determinar mediante la siguiente fórmula:

Para el electrodo triangular:

Ln Va = <v> ± Δv (v) L(n+1) Vb = <v> ± Δv (v) Vb — Va (v) d (m) E (N/C)L1 V1 = 0.58 ± 0.02 L2 V2 = 0.92 ± 0.08 0.34 ± 0.08 0.0100±0.0005 34 ± 8L2 V2 = 0.92 ± 0.08 L3 V3 = 1.1 ± 0.1 0.2 ± 0.1 0.0100±0.0005 20 ± 10L3 V3 = 1.1 ± 0.1 L4 V4 = 1.2 ± 0.1 0.1 ±0.1 0.0100±0.0005 10 ± 10L4 V4 = 1.2 ± 0.1 L5 V5 = 1.6 ± 0.1 0.4 ± 0.1 0.0100±0.0005 40 ± 10L5 V5 = 1.6 ± 0.1 L6 V6 = 1.5 ± 0.1 -0.1 ± 0.1 0.0100±0.0005 -10 ± 10(NOTA) Ln: Línea n-ésima, n= 1, 2, 3, 4, 5,6.

En este caso se puede observar que el campo eléctrico no es uniforme debido a errores al desarrollar el experimento como puede ser al momento de trasladar la punta de prueba, el voltímetro, el ambiente, etc.

Para el electrodo plano:

Ln Va = <v> ± Δv (v) L(n+1) Vb = <v> ±Δv (v) Vb — Va (v) d (m) E (N/C)L1 V1 = 0.48 ± 0.04 L2 V2 = 0.8 ± 0.0 0.32 ± 0.04 0.0100±0.0005 32 ± 4L2 V2 = 0.8 ± 0.0 L3 V3 = 1.0 ± 0.0 0.2 ± 0.0 0.0100±0.0005 20 ± 1L3 V3 = 1.0 ± 0.0 L4 V4 = 1.2 ± 0.0 0.2 ± 0.0 0.0100±0.0005 20 ± 1L4 V4 = 1.2 ± 0.0 L5 V5 = 1.4 ± 0.0 0.2 ± 0.0 0.0100±0.0005 20 ± 1L5 V5 = 1.4 ± 0.0 L6 V6 = 1.54 ± 0.02 0.14 ± 0.02 0.0100±0.0005 14 ± 2

En este caso el campo eléctrico tiende a ser más uniforme (salvo dos medidas) pues el margen de error obtenido es pequeño comparado a la magnitud del campo.

2. En su gráfica, dibuje algunas líneas equipotenciales para el sistema de electrodos que utilizó.

3. ¿Cómo serían las líneas equipotenciales si los electrodos fueran de diferentes formas?

Las líneas equipotenciales adquieren la forma de sus respectivos electrodos y en el caso de nuestro experimento las líneas equipotenciales adoptan la forma inicial de sus electrodos hasta ir deformandose en la forma del electrodo opuesto.

4. ¿Por qué nunca se cruzan las líneas equipotenciales?

Las líneas equipotenciales nunca se cruzan por que son equidistantes, pues dos puntos a distintas distancias de una misma carga nunca tendrán igual valor de potencial.

5. Si Ud. imaginariamente coloca una carga de prueba en una corriente electrolítica ¿Cuál será su camino de recorrido?

En este caso el camino de recorrido de la carga de prueba (supongamos positiva) será en la dirección desde el electrodo de mayor potencial hacia el de menor potencial pues el campo eléctrico tendra dicha orientación y con ello arrastrará a la carga hacia su dirección.

6. ¿Por qué las líneas de fuerza deben formar un ángulo recto con las líneas equipotenciales cuando las cruzan?

La energía potencial de un objeto cargado tiene es mismo valor en todos los puntos de una línea o superficie equipotencial, se deduce que en tal superficie no se realiza trabajo si se traslada la carga sobre esa superficie, entonces como W = F.r

0 = (F)(r)(cosθ) 0 = cosθ Θ = 90º

7. El trabajo realizado para transportar la unidad de carga de un electrodo a otro es:

El trabajo que realiza un agente externo sobre la carga será: WAB = qxΔV

Como en el experimento se trabajó con una tensión (ΔV) de 6 voltios, además la magnitud de la carga del electrón es q=1.6x10-19

WAB = qxΔV WAB = (1.6x10-19)(6) WAB = 9.6 x10-19 J

8. Siendo , el error absoluto de E es:

Error instrumental (ES): 0.005

Error aleatorio:

Para el electrodo triangular: Para el electrodo plano:EA = 29.895

ΔE = EA + ES

ΔE = 29.5

EA = 9.855 ΔE = EA + ES

ΔE = 9.86

9. El error relativo de la medida de E es:

Error relativo:

Para el electrodo triangular:

Error relativo = 1.59

Para el electrodo plano:

Error relativo = 0.47

10. ¿Qué semejanza y diferencia existe entre un campo eléctrico y un campo gravitatorio?

CAMPO ELÉCTRICO CAMPO GRAVITATORIO

SEMEJANZAS

- Ambos campos son centrales, ya que están dirigidos hacia el punto donde se encuentra la masa o la carga que los crea.- Son conservativos porque la fuerza central solamente depende de

la distancia.- La fuerza central que define ambos campos es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.

DIFERENCIAS

- El campo gravitatorio es universal; existe para todos los cuerpos. El campo eléctrico sólo existe cuando los cuerpos están cargados de electricidad.- El campo gravitatorio es siempre de atracción, mientras que el campo eléctrico puede ser de atracción (cargas de diferente signo) o de repulsión (cargas de igual signo).- La constante eléctrica K viene a ser (1020) veces mayor que la constante gravitatoria G. Lo que indica que el campo gravitatorio es muy débil comparado con el campo eléctrico.- Una masa, siempre crea un campo gravitatorio. Una carga eléctrica en movimiento además del campo eléctrico crea también un campo magnético.

11. Si el potencial eléctrico es constante a través de una determinada región del espacio. ¿Qué puede decirse acerca del campo eléctrico en la misma? Explique.

Si el potencial eléctrico es constante el campo eléctrico es nulo. Pues se tiene que el campo es igual al negativo del gradiente del potencial (V): E = − ∇V.

Si el potencial es constante en una región del espacio, su gradiente será cero en cualquier dirección que se elija. Esto implica que el campo es también cero.

De otro modo, la relación inversa entre el campo y el potencial está determinada por:

V = − ∫ E • dl.

En nuestro caso el potencial V es constante en la región dada. Como con cualquier integral, al momento de evaluar la integral hay que añadir una constante, la llamada "constante de integración". Si el campo no fuera nulo, el valor del potencial no podría ser constante, pues entonces ∫ E • dl daría un resultado diferente de cero, y dependiente de la longitud de la trayectoria y del campo mismo. Entonces:

V = − ∫ E • dl + C = 0 + C = Cque es la premisa de la que partimos.

CONCLUSIONES

Se trató de comprobar la existencia de las líneas equipotenciales que generan los electrodos.

Nunca dos líneas de campo se pueden cruzar y es por el hecho de que E tiene una dirección propia en cualquier punto del espacio.

Las líneas de fuerza que salen del campo eléctrico nunca se cruzan entre sí. Las líneas de fuerza forman un ángulo recto con las líneas equipotenciales,

ya que al desarrollar trabajo sobre cada una de ellas la energía sobre la misma no varía por ende la línea de fuerza y las líneas equipotenciales son perpendiculares.

En un campo eléctrico uniforme, la magnitud de esta es constante a lo largo de todo punto del recorrido de la partícula.

El potencial eléctrico relaciona en proporción directa la magnitud de campo eléctrico generado por cada carga con respecto a una carga de referencia e inversamente proporcional a la distancia que separa dichas cargas.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

. Medina Guzmán, Hugo. <<Flujo de Campo Eléctrico>>. En: FÍSICA III. Pág. 16-27.

. Medina Guzmán, Hugo. <<Potencial Eléctrico>>. En: FÍSICA III. Pág. 27-38

. Medina Guzmán, Hugo. <<Superficies Equipotenciales>>. En: FÍSICA III. Pág. 38-42.

.WIKIPEDIA enciclopedia libre. Campo eléctrico. Modificada por última vez el 12 marzo 2016. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Campo_el%C3%A9ctrico.El rincón del vago. Campos gravitario y eléctrico. Sin fecha de modificación. Disponible en: http://html.rincondelvago.com/campos-gravitario-y-electrico.html