Copia de LEM 08

Vista previa del material en texto

Universidad Nacional Autónoma de México 
 
Facultad de Ingeniería 
 
División de Ciencias básicas 
 
Lab. Electricidad y magnetismo 
 
Práctica 2: Distribución de carga eléctrica y campo 
eléctrico. 
 
 
● Profesor: MD. Fernando Vega Calderón 
● Grupo: 08 
● Brigada: 6 
● Integrantes: 
Atenco Arizmendi Ari Avani 
Delgado Saldaña Candy Marian 
Leija Ruíz Rafael Sebastián 
Martínez Jimenez María Fernanda 
Sánchez Nazario Axel 
 
● Calificación ____________ 
 
 Semestre 2021-1 
 
 
Objetivos 
 
 
Objetivo General: 
● El alumno conocerá la forma de distribución de la carga eléctrica en cuerpos 
conductores. Comprenderá el concepto de campo eléctrico y podrá visualizar 
diferentes configuraciones de las líneas de dicho campo. 
 
Objetivos específicos 
● Conocer el modo de distribución de la carga eléctrica en superficies 
metálicas. 
● Observar el comportamiento del campo eléctrico nulo en el interior de 
cuerpos metálicos cerrados. 
● Medir indirectamente la carga eléctrica empleando el electrómetro. 
● Deducir algunas propiedades de las líneas de campo eléctrico. 
 
Introducción 
 
Un material conductor es aquel que permite el transporte de carga eléctrica. En general, los 
sólidos metálicos son buenos conductores, ya que sus electrones de valencia están poco 
ligados a los núcleos atómicos, lo que permite que se muevan con facilidad a través del 
sólido. Este tipo de electrones poco ligados se denominan electrones libres. 
Cuando a un sólido conductor cargado con una cierta carga q, se le deja evolucionar la 
suficiente cantidad de tiempo, alcanza una situación de equilibrio electrostático en la que ya 
no hay movimiento de cargas. En estas condiciones, el campo en el interior del conductor 
es nulo (si no, habría movimiento de cargas y no estaría en equilibro). 
Para poder visualizar gráficamente el ​campo eléctrico​, Michael Faraday propuso una 
representación por medio de líneas denominadas líneas de campo o líneas de fuerza. Al 
trazar estas líneas debes tener en cuenta lo siguiente: 
● Cada línea es una flecha cuya dirección y sentido es el de la fuerza eléctrica que 
actuaría sobre una carga testigo positiva. En cada punto de la línea la ​intensidad del 
campo eléctric​o (E) es tangente en dicho punto. 
● Las líneas no pueden cruzarse en ningún punto. 
● Las líneas parten de las cargas positivas y entran en las cargas negativas, de ahí 
que a las cargas positivas se les denomine fuentes del campo y a las negativas 
sumideros. 
● El número de líneas que salen o entran en la carga es proporcional al valor de esta. 
● Cuanto más juntas estén las líneas, más intenso será el campo. 
● En el caso en que las líneas de campo sean paralelas, el valor del campo eléctrico 
es constante. 
 
 
 
https://www.fisicalab.com/apartado/intro-campo-electrico
https://www.fisicalab.com/apartado/intro-intensidad-campo-electrico
https://www.fisicalab.com/apartado/intro-intensidad-campo-electrico
 
Desarrollo 
 
Actividad 1 ​Distribución de carga en cuerpos conductores 
Con simulador propuesto comprueba que la carga eléctrica se distribuye uniformemente en 
el casco del generador de Van de Graaff. Adicionalmente verifique cómo se distribuye la 
carga en el cilindro metálico con terminación en forma de cono. 
 
Distribución en el casco del Van de Graff 
El generador consiste en una cinta transportadora de material aislante motorizada, que 
transporta carga a un terminal hueco. La carga es depositada en la cinta por inducción en la 
cinta, ya que la varilla metálica o peine, está muy próxima a la cinta pero no en contacto. La 
carga, transportada por la cinta, pasa al terminal esférico nulo por medio de otro peine o 
varilla metálica. La carga con la que queda el casco de generador depende del material de 
la cinta y del sentido hacia donde gire pero la carga es uniforme en todo el casco. 
 
 
Distribución de carga en cilindro metálico con terminación cónica 
En el video se muestra el cilindro metálico con terminación en cono y una bola de unicel que 
primero se carga por contacto en la parte cilíndrica y posteriormente la misma bola de unicel 
se acerca a la punta del cono metálico donde es repelida por la punta pero ¿por qué? 
Porque en la punta la densidad de carga es mayor y ahí suelen concentrarse los electrones 
y a este efecto se le llama efecto punta. 
 
 
 
 
 
Conclusiones 
Se conoció la forma de distribución de la carga eléctrica en cuerpos conductores 
específicamente en el metal y se observó el comportamiento de los electrones en el efecto 
punta. 
 
 
Actividad 2 ​Identificación del tipo de carga y medición del potencial eléctrico 
Comprueba el tipo de carga existente en el generador de Van de Graaff, así como el 
potencial eléctrico que produce. 
 
En el simulador, el 
generador adquiere una 
carga positiva en el casco, 
debido a que la banda 
tiene un exceso de carga 
positiva, “desprende” 
electrones del casco y 
estos se acumulan en otra 
esfera. 
 
 
 
 
 
Para el video indicado, se acerca el electrómetro con punta atenuadora con un factor de 
atenuación de 1:1000 al generador Van de Graaff, este aparato nos dirá la carga con la que 
cuenta nuestro generador. Al hacer la lectura muestra un -9 indicando que la carga es 
negativa pero como el factor de atenuación es de 1:1000 se tiene que multiplicar (-9)(1000) 
para obtener el potencial eléctrico que produce, que es de -9000[V]. 
 
 
 
 
Conclusiones 
Se comprobó que la carga existente de ese generador de Van de Graaff fue negativa 
gracias al electrómetro y con este se midió su potencial eléctrico no sin antes multiplicar el 
resultado por el factor de atenuación. 
 
 
Actividad 3 ​Medición de la carga eléctrica 
Determina la magnitud de la carga eléctrica de la esfera de unicel, previamente cargada por 
contacto con el generador de Van de Graaff. 
 
Con el generador de Van de Graff se cargó eléctricamente por contacto la bola de unicel, 
este generador en particular, genera carga negativa por lo que al acercar la bola de unicel 
eléctricamente neutra, está adquirió una carga negativa: 
 
 
 
 
Posteriormente utilizando el electrómetro se midió la carga, sin atenuar, de la bola de unicel. 
 
 
 
 
 
Sin embargo esta medición es indirecta ya que se obtiene mediante la relación de la 
constante dada por el fabricante (C = 27[pF]) por la diferencia de potencial leída en el 
electrómetro en volts. Esta lectura arrojó distintos valores pero se debe de tomar el más 
alto, en este caso -95 [V] : 
 
 
 
Posteriormente hicimos el cálculo de la magnitud de la carga eléctrica de la bola de unicel: 
 
C​ = 27 [pF]; donde​ C​ es la constante dada por el fabricante y [pF] es pico Farad. 
pico = ( )1 x 10−12 
 
 
 
Farad =​ ; donde ​C = C​oulomb y V = Volt.CV 
 
Q = ​C​V; ​donde Q es carga eléctrica. 
 
Q = ​C​V = ( ) (-95 ) 27 x 10−12 ][ CV [V ]
 
 
Finalmente obtuvimos que la carga de la esfera de unicel es: 
Q = − .57 [nC]2 
Conclusión 
Se había mencionado anteriormente en clase los métodos para cargar eléctricamente un 
cuerpo, en esta actividad se pudo observar más a detalle el tipo de carga por contacto y 
también se aprendió cómo obtener la magnitud de la carga del cuerpo. 
 
Actividad 4 ​Campo eléctrico y líneas de fuerza 
Visualiza y demuestra las propiedades de las líneas de fuerza de campo eléctrico en los 
casos siguientes: 
 
Gracias al generador, se pudo analizar las líneas de campo eléctrico. 
 
 
 
a) Una carga puntual. 
 
Se va a considerar esta carga positiva, porque estáconectada al generador. Las líneas de carga eléctrica “van 
hacia afuera”. Estas líneas no se cruzan ya que tienen la 
misma carga y por lo tanto se repelen. 
 
 
 
 
 
 
b) Dos cargas puntuales de diferente signo. 
Las líneas que salen de la carga positiva van a dirigirse 
hacía la carga negativa (las líneas de fuerza convergerán) 
 
 
 
 
c) Dos superficies planas. 
El campo eléctrico generado por las dos placas paralelas 
es perpendicular a las placas y va el flujo desde la placa 
positiva a la placa negativa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
d) Un anillo abierto. 
Al generar el campo eléctrico las líneas apuntan hacia 
afuera en el interior del círculo no se percibe un cambio 
sobre ellas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
e) Un cilindro. 
las líneas apuntan hacia afuera, y en la parte de 
adentro no hay carga, debido a que el campo se 
concentra en la superficie (densidad superficial) 
 
 
 
 
 
 
 
Conclusiones 
Las líneas de campo eléctrico son líneas imaginarias que nos permiten visualizar los 
fenómenos eléctricos. Gracias al video, se pudo observar cómo se comportan estas líneas 
en diversos casos, como el cilindro o en 2 cargas de diferente signo. 
 
Referencias 
 
 
● http://dcb.ingenieria.unam.mx/wp-content/themes/tempera-child/CoordinacionesAcad
emicas/FQ/MaterialFE/LFE_P09.pdf 
● Vladimir, V. (s. f.). Generador de van de graff. spszl. Recuperado 27 de sep de 
2020, de 
https://www.vascak.cz/data/android/physicsatschool/template.php?s=elpole_andegra
aff& 
 
http://dcb.ingenieria.unam.mx/wp-content/themes/tempera-child/CoordinacionesAcademicas/FQ/MaterialFE/LFE_P09.pdf
http://dcb.ingenieria.unam.mx/wp-content/themes/tempera-child/CoordinacionesAcademicas/FQ/MaterialFE/LFE_P09.pdf
 
● Jaramillo, G. A., Alvarado, A. A. (2008) Electricidad y Magnetismo. (Reimpresión 
2008.) México: Trillas. 
● Serway R., Jewett J. (2009) Física para ciencias e ingeniería con física moderna. 
Vol. 2. (7a edición.) México: Cengage Learning.