358537159-FISICA-3-LABORATORIO-3-docx

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Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Estudios Superiores
Plantel Aragón
INGENIERIA ELECTRICA
CLASE “ELECRTRICIDAD Y MAGNETSIMO”
TRABAJO
TEMA: ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
GRUPO:8510
NOMBRE DEL PROFESOR: RODOLFO ZARAGOZA BUCHAIN
NOMBRE DEL ALUMNO: CORTES HERNANDEZ RICARDO 
FECHA DE ENTREGA: NOVIEMBRE DEL 2022
TITULO: EL CAMPO ELÉCTRICO 
I) OBJETIVO:
· Calcular la diferencia de potencial entre dos puntos.
· Obtener experimentalmente las superficies equipotenciales.
· Graficar las líneas equipotenciales en la vecindad de dos configuraciones de cargas (electrodos)
II) EXPERIMENTO:
A) MODELO FÍSICO:
CAMPO ELÉCTRICO:
Un campo eléctrico es un campo de fuerzas creado por la atracción y repulsión de cargas eléctricas, las fuerzas ejercidas entre sí por las cargas eléctricas se deben al campo eléctrico que se genera al rodear a cada cuerpo que se encuentre sometido a alguna carga.
El campo eléctrico presente en cualquier punto determinado se puede descubrir colocando una carga de prueba pequeña q, en ese lugar, y observando si experimenta alguna fuerza.
Una carga de prueba es solo un sensor, es decir no produce el campo eléctrico que estamos tratando de medir, el campo se debe a otras cargas. La carga de prueba debe estar en reposo, ya que las cargas en movimiento experimentan fuerzas diferentes. El campo eléctrico reconocido por la letra E, se puede definir midiendo la magnitud y dirección de la fuerza eléctrica (F), que actúa sobre la carga de prueba. 
Un campo eléctrico queda determinado por:
· Intensidad en cada uno de sus puntos.
· Líneas de fuerzas o líneas de campo.
· Potencial en cada uno de sus puntos.
El cálculo del campo eléctrico lo podemos realizar con las siguientes formulas:
Ecuación: 1
La magnitud de la intensidad del campo eléctrico se define como la fuerza por unidad de carga. Como la fuerza es una cantidad vectorial, que además de magnitud expresa dirección y sentido, entonces la dirección del campo en un punto, es la dirección de la fuerza sobre una carga positiva de prueba ubicada en dicho punto.
La fuerza de una carga eléctrica dentro de un campo eléctrico es mayor mientras mayor sea la intensidad de campo eléctrico, y mayor sea la misa carga.
No obstante, tenemos que tener presente que un campo eléctrico no solo se ve determinado por la magnitud que pueda tener la fuerza que actúa sobre la carga de prueba, sino que también por el sentido que presenta el campo. Por tanto, los campos eléctricos se representan en forma de líneas de campo, que nos indicaran el sentido que presenta el campo.
REPRESENTACIÓN DE UN CAMPO ELÉCTRICO:
La representación de un campo eléctrico está representado o determinado por la forma geométrica de las cargas que generan el campo, al igual que por la posición que adoptan entre ellas. Las líneas de campo indican, en cada punto del mismo, el sentido de la fuerza eléctrica.
Al respecto, las siguientes imágenes fig.1 muestran el campo eléctrico de una carga puntual positiva (izquierda) y el de una carga puntual negativa (derecha). Las líneas de campo se desplazan en este caso en forma de rayos que salen hacia el exterior a partir de la carga. El sentido de las leneas del campo (representado por las flechas) señala, de acuerdo a la convención establecida, el sentido de la fuerza de una carga positiva (en cada caso pequeñas cargas puntuales en las imágenes); esto significa que las líneas de campo parten cada vez de una carga positiva (o del infinito) y terminan en una carga negativa (o en el infinito). La densidad de las líneas de campo indica correspondientemente la intensidad del campo eléctrico; aquí esta decrece al alejarse de la carga puntual.
Fig. 1
En la Fig. 1 observemos ahora la representación de un campo eléctrico generado por dos cargas, observaremos el campo generado por dos cargas de igual signo y por dos cargas de diferente signo.
Fig. 2
DIFERENCIAL DE POTENCIAL ELÉCTRICO:
La diferencia de potencial o tensión eléctrica, entre dos puntos de un campo, se define como el trabajo efectuado por la unidad de cantidad de electricidad al ser transportada entre dichos puntos.
Si queremos transportar la carga q de B hasta A, la diferencia de potencial entre A y B será: 
Ecuación: 2
Donde:
· : es la diferencia de potencial.
· : es el trabajo que se ha realizado sobre la carga q.
Si el trabajo es medido en joules y la carga en coulomb; la diferencia de potencial se expresa en voltios.
Si el punto B de la fig.3 está muy lejos de A, la fuerza sobre la carga de prueba q y el potencial creado por +Q en este punto B se considera cero. Por lo tanto, la diferencia de potencial entre cualquier punto A y un punto a una distancia infinitamente grande, es llamado el potencial absoluto del punto A, el cual se define como el trabajo por unidad de carga que se requiere para traer una carga desde el infinito al punto A.
LÍNEAS EQUIPOTENCIALES:
Las líneas (o superficies) equipotenciales son aquellos puntos del campo eléctrico que tienen el mismo potencial eléctrico. Es las figuras 1 y 2, muestran las líneas de campo eléctrico y las líneas equipotenciales (o superficies equipotenciales, visto en tres dimensiones) para la configuración de carga mostrada.
	
	B +qA
+Q
	Fig. 3
Combinando las ecuaciones (1) y (2) y teniendo en cuenta que , se obtiene que la relación entre el campo eléctrico y la diferencia de potencial es:
Ecuación: 3
Donde d es la distancia entre dos puntos cuya diferencia de potencial está definida.
LÍNEAS DE FUERZA ELÉCTRICA:
Las líneas de fuerza eléctricas indican la dirección y el sentido en que se movería una carga de prueba positiva si se situara en un campo eléctrico. 
El diagrama de la izquierda muestra las líneas de fuerza de dos cargas positivas. Una carga de prueba positiva sería repelida por ambas. 
El diagrama de la derecha muestra las líneas de fuerza de dos cargas de signo opuesto. Una carga de prueba positiva sería atraída por la carga negativa y repelida por la positiva.
Fig. 4
B) DISEÑO:
	
 Fig. 5: Diseño que se usó para el experimento de la laboratorio.
C) MATERIALES:
	1 cubeta de vidrio
	1 fuente de voltaje de corriente continua
	1 voltímetro 
	1 hoja de papel milimetrado
	1 juego de electrodos 
	1 punta de prueba
	Lo que usamos como liquido en la cubeta es el agua.
	4 cables 
	Multímetro 
D) RANGO DE LOS MATERIALES USADOS EN EL EXPERIMENTO:
Fuente de voltaje: 0-25 (V)
Voltímetro: 0-300 (V)
Milimetrado: 20 x 28 (cm)
E) PROCEDIMIENTO:
No existe instrumento alguno que permite medir la intensidad del campo eléctrico en las vecindades de un sistema de conductores cargados eléctricamente colocados en el espacio libre. Sin embargo, los conductores están en un líquido conductor, el campo eléctrico establecerá pequeñas corrientes en este medio, las que se pueden usar para tal fin.
PARTE 1: PREPARACIÓN DEL EXPERIMENTO:
1) Trazar en el papel milimetrado un sistema de coordenadas cartesianas 
2) Situar una hoja de papel milimetrado con los perfiles de los electrodos y sus ejes respectivos trazados, debajo de la cubeta de vidrio.
3) Armar el circuito que se muestra en la fig. 5
4) Ubique en forma definitiva los electrodos sobre el fondo de la cubeta de vidrio, antes de echar la solución electrolítica.
PARTE 2: PRUEBA DE EQUIPO E INSTRUMENTOS:
El voltímetro muestra la diferencia de potencial entre un punto de la solución electrolítica donde se encuentra la punta de prueba y el electrodo negativo (V=0), al cual está conectada el otro terminal de voltímetro. Anotar el V total entre los electrodos.
PARTE 3: EJECUCIÓN:
1) Desplazar la punta de prueba en la cubeta coordenada (0,0) y determinar cómo mínimo 6 puntos para los cuales la lectura del voltímetro permanece invariable. Anotar el potencial que indica el voltímetro y estos puntos en la tabla N° 1.
2) Repetir el paso anterior tomando en las coordenadas (1,0), (2,0), (3,0), (-1,0), (-2,0), y (-3,0) cuya potencial en cada punto va ser la lectura de referencia para obtener como mínimo6 líneas equipotenciales. 
Fig. 6: El diseño propuesto en el laboratorio
F) DATOS DIRECTOS E INDIRECTOS:
MEDICIONES DIRECTAS:
TABLA N°1
	1.30 Voltios
	1.14 V
	0.99 V
	0.78 V
	0.71 V
	0.64 V
	0.52 V
	(-5.9,0.8)
	(-2.3,0.8)
	(-1.5,1.53)
	(0.4,2.7)
	(0.47,5)
	(1.49,6.4)
	(3,4.9)
	(-4.5,1.4)
	(-2.8,1.5)
	(-2.7,3.5)
	(-0.51,5.1)
	(0.6,4)
	(1.5,8.9)
	(2.9,0.8)
	(-3,0)
	(-2.4,1)
	(-1.6,2.3)
	(0,3.3)
	(-0.2,7.1)
	(1.9,3.3)
	(3,8.4)
	(-3,0)
	(-2,0)
	(-1,0)
	(0,0)
	(1,0)
	(2,0)
	(3,0)
	(-3.5,-1.5)
	(-2.8,-2)
	(-2,-3.2)
	(0.5,-2.51)
	(1.4,-0.53)
	(1.5,-0.7)
	(2.4,-3.4)
	(-6.3,-1)
	(-2.6,-1.5)
	(-2.5,-3.8)
	(0.79,-0.9)
	(1.4,-0.53)
	(1.7,-6.8)
	(2.9,-0.6)
	(-6.8,-0.7)
	(-2.6,-0.9)
	(-1.3,-1.4)
	(0.85,-1.7)
	(1.1,-3.5)
	(2,-8)
	(2.4,-4.8)
 
MEDICIONES INDIRECTAS:
Determinar la intensidad del campo eléctrico para cada línea equipotencial trazado. ¿Es el campo eléctrico uniforme?
Considerando una tabla para facilitar los cálculos tomamos la fórmula para hallar el campo magnético en función del voltaje y la distancia entre las líneas equipotenciales.
Ecuación: 4
Donde:
· : Intensidad de potencial de cualquier línea equipotencial.
· : Potencial.
· : Distancia entre cargas.
TABLA N°2
	INTERVALO
	Voltaje 1 (V)
	voltaje 2 (V)
	Voltaje (V)
	Distancia (cm)
	Campo eléctrico
	(-3 a -2)
	1.30
	1.14
	0.16
	1
	0.16
	(-2 a -1)
	1.14
	0.99
	0.15
	1
	0.15
	(-1 a 0)
	0.99
	0.78
	0.21
	1
	0.21
	(0 a 1)
	0.78
	0.71
	0.07
	1
	0.07
	(1 a 2)
	0.71
	0.64
	0.07
	1
	0.07
	(2 a 3)
	0.64
	0.52
	0.12
	1
	0.12
Se puede observar en la tabla n°2, los campos eléctricos permanecen constantes y se diferencian en un decimal quizá por un error de laboratorio pero el punto es que permanece uniforme.se ha tomado líneas equipotenciales a una misma distancia que es 1 cm se ha restado los potenciales y me salen intensidad de los campos eléctricos.
G) ANÁLISIS EXPERIMENTAL
En el Grafico N°1 obtenido de los datos de la tabla N°1. Podemos observar las líneas equipotenciales. 
GRAFICO N° 1 
		
	
H) CUESTIONARIO:
1. ¿Se puede medir directamente el campo eléctrico?
No es posible medir directamente la intensidad de un campo eléctrico, ya que no se puede medir con algún instrumento.
Lo que sí podemos medir es la influencia que ese campo crea sobre una carga eléctrica (carga de muestra). A esta influencia le llamamos fuerza eléctrica, y el valor de la carga eléctrica que hemos utilizado como muestra, podemos obtener una medida de la intensidad de campo
El campo eléctrico se puede determinar de dos maneras:
· Utilizando una carga de prueba. Este método se usa cuando no sabemos cuál es la carga que genera el campo ni a que distancia se encuentra, entonces se utiliza una carga de prueba.
	
 
 Fig. 7: Carga puntual positiva en un campo eléctrico.
 
 
 Valor del campo:
 Donde:
 
 
 
· Conociendo la carga que lo genera. Este método lo usamos cuando se conoce la carga que genera el campo y a que distancia se encuentra, se puede determinar el campo a una distancia determinada de la carga.
FIG. N°01: Carga puntual positiva en un campo eléctrico.
 Fig. 8: Carga puntual generadora del campo eléctrico.
Valor del campo:
Donde:
 
 
 
2. Demostrar analíticamente que las líneas de fuerza y las superficies equipotenciales son perpendiculares entre sí.
En la superficie no se realiza trabajo al mover una carga de prueba sobre ella, el campo eléctrico es perpendicular a estas superficies.
Los equipotenciales son perpendiculares a las líneas de fuerza, un campo eléctrico puede representarse también por medio de las equipotenciales.
Fig. 9: las líneas de fuerza son perpendicular a la superficie equipotencial
3. Calcular el trabajo realizado en llevar una unidad electrostática de carga y habiendo 1V de un electrodo a otro.
Por definición: carga puntuales, de P a Q.
Ecuación: 5
Dato:
Donde: 
4. ¿en qué dirección debe moverse una carga respecto a un campo eléctrico de modo que el potencial no varié? ¿por qué?
Como sabemos: 
Son perpendiculares por lo tanto la carga debe moverse en sentido perpendicular respecto al campo eléctrico.
5. Si el potencial eléctrico es constante a través de una determinada región del espacio, ¿el campo eléctrico será también constante en esta misma región?, explica.
Se ha establecido que la intensidad de campo eléctrica “E” nos sirve de característica vectorial de un campo eléctrico.
También se sabe que el potencial eléctrico es una característica escalar asociada a cada punto de una región donde queda establecido que el campo eléctrico.
Si el potencial eléctrico es constante, entonces se concluye que no necesariamente el campo eléctrico es variable, también puede ser constante, debido a que el potencial es una magnitud escalar y el campo es un vector.
6. Si una carga se traslada una pequeña distancia en la dirección de un campo eléctrico, ¿aumenta o disminuye el potencial eléctrico? Explique detalladamente algunos casos.
Si tomamos el caso de una partícula electrizada positivamente con las líneas de fuerza tienen dirección “saliente” de esta, ahora si tomamos una carga de prueba pequeña y la desplazamos una pequeña distancia en la dirección del campo, esta pequeña carga se alejara de .
Si “r” crece por lo tanto el potencial disminuye.
7. La dirección y sentido de la fuerza que actúa sobre una carga positiva en un campo eléctrico es, por definición, la dirección y el sentido de la línea del campo que pasa por la posición de la carga. ¿debe tener la misma dirección y sentido la aceleración y la velocidad de la carga? Explicar analíticamente.
La velocidad es un vector que tiene muchos componentes. Supongamos que se tiene una componente vertical y otra horizontal. Es decir, la velocidad irá en forma diagonal, formando un ángulo. Si la velocidad en la componente horizontal es constante, la aceleración en esa componente seria “0”, de lo que se deduciría que solo habría aceleración en el sentido vertical.
De lo que se concluye que no necesariamente el sentido de la velocidad y la aceleración de carga tengan la misma dirección.
8. Si el convenio de signos cambiase de modo que la carga electrónica fuese positiva y la del protón negativa, ¿debería escribirse la ley de Coulomb igual o diferente? Explicar.
En la ley de Coulomb se considera el módulo de las cargas, por lo tanto no afectaría el resultado y debería escribirse igual
9. Si la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales variase proporcionalmente a , ¿podría usarse el mismo sistema de líneas de fuerza para indicar el valor del campo eléctrico?, ¿por qué?
Si se podría usar el mismo sistema ya que el número de líneas de fuerza por unidad de superficie disminuye en forma inversamente proporcional a al igual que disminuye el campo eléctrico.
10. Si es negativo, el potencial en un punto P determinado es negativo. ¿Cómo puede interpretarse el potencial negativo en función del trabajo realizado por una fuerza aplicada al llevar una carga positiva desde el infinito hasta dicho punto de campo?
Si q es negativo, entonces las líneas de campo generadas por q “apuntan” a q. de este modo, si se considera el potencial eléctrico del infinito como negativo, entonces la carga positiva será atraída hacia la negativa por el campo eléctrico.
De este modo, el campo hace trabajo sobre la carga de prueba q.
Además se sabe que la fuerza está directamente relacionada con el campo eléctrico, y que el trabajo, lo está con la diferencia de potencial.
 
11. Establecer semejanzas y diferencias entre las propiedades de la carga eléctrica y la masa gravitatoria.
CUADRO N° 1
	
	
CARGA ELÉCTRICA
	
MASA GRAVITATORIA
	
semejanzas
	
· Ambas son cantidades escalares.
· Ambas producen fuerza.
· La carga eléctrica como la masa gravitatoria forman un campo.
· La fuerza que se producees conservativa.
	
diferencias
	
· Se da la fuerza de atracción y repulsión.
· Puede ser positiva o negativo
· Depende de la carga.
	
· La fuerza es solo de atracción.
· La masa es positiva.
· Depende de las masas.
III) CONCLUSIONES
· En el proceso de esta práctica de laboratorio pudimos entender con mayor facilidad y claridad el concepto de líneas equipotenciales.
· Con esta práctica podemos ver la representación gráfica de las superficies equipotenciales, las cuales son superficies tridimensionales con un mismo valor de potencia eléctrico.
· Con nuestra tabla N°1 podemos concluir q en el electrodo negativo se establecen zonas equipotenciales de bajo voltaje a medida que nos acercamos al electrodo positivo los voltajes empiezan a aumentar hasta casi ser el voltaje de la fuente.
· Las líneas equipotenciales tienden a ser de la misma forma de los electrodos (ver gráfico N° 1) 
· Para el electrodo que tiene forma de barra, las líneas equipotenciales tienden a ser paralelas a esta. Para el electrodo de la forma de círculo o punto, las líneas tienden a ser concéntricas con un radio mayor.
IV) BIBLIOGRAFÍA 
· Guía de laboratorio de física III paginas (13-17)
· Libro: Física Universitaria - Vol2, Autor: Sears – Zemansky, Edición: 12ava Edición, Páginas: 721-724, 727,733-735
V) WEB GRAFÍA
· http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/electro/campo_electr.html
· http://www.cecyt7.ipn.mx/recursos/polilibros/Fisica%203/141- _definicion_de_campo_electrico.html3)
· http://www.solociencia.com/fisica/carga-electrica-como-define-campo-electrico.htm
· http://html.rincondelvago.com/lineas-equipotenciales.html
· http://media.utp.edu.co/facultad-ciencias-basicas/archivos/contenidos-departamento-de-fisica/guia-lineas-equipotenciales.pdf
VOLTAJE (V) vs POSICIÓN (cm)
-5.9	-5.4	-4.5	-3	-3.5	-6.3	-6.8	-2.8	-2.4	-2.2999999999999998	-2	-2.6	-2.6	-2.8	-2.7	-1.6	-1.5	-1	-1.3	-2	-2.5	-0.51	0.4	0	0	0.5	0.79	0.85	-0.2	0.47	0.6	1	1.4	1.4	1.1000000000000001	1.5	1.49	1.9	2	1.5	1.7	2	3	3	3	2.9	2.9	2.4	2.4	0.8	1.2	1.4	0	-1.5	-1	-0.7	1.5	1	0.8	0	-0.9	-1.5	-2	3.5	2.2999999999999998	1.53	0	-1.4	-3.2	-3.8	5.0999999999999996	2.7	3.3	0	-2.5099999999999998	-0.9	-1.7	7.1	5	4	0	-0.53	-2.2999999999999998	-3.5	8.9	6.4	3.3	0	-0.7	-6.8	-8	8.4	4.9000000000000004	0	0.8	-0.6	-3.4	-4.8	
	laboratorio de electricidad y magnetismo
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