~~----------------------------------------~-------------------------------

.: I N T R O D U e e I Ó N :.

En esta practica podremos dectectar la existencia de un campo eléctrico alrededor de unobjeto electrizado, además de que tendremos que buscar la teoría y conceptos necesariospara que pueda realizar los cálculos correspondientes, también podrá observará paso a pasocada uno de los cálculos y lasgraficas de los datos utilizados.

Tenemos que tener en cuanta que los electrones no se crean ni se destruyen, sino quesimplemente se transfieren de un material a otro, ocasionando en todos los casosun campo ouna nube imaginaria de electrones alrededor del objeto que se pueden representargráficamente a través de líneas de carga. Al existir un campo eléctrico este presenta unpotencial el cual es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica (ley de Coulomb) paramover una carga positiva q desde el infinito.

la materia interactúa en base a los siguientes dos principios en el que nos dicen que cargasiguales se repelen y cargas opuestas se atraen. A su vez las cargas pueden interactuar de demanera directa cuando la'materia se junta debido a que existe un contacto directo entre ellas,lo cual provoca que exista una transferencia de la carga. Y de manera indirecta que en estecaso la materia no se junta de ninguna forma, pero sin embargo se provoca una inducción decarga.

.: D E S A R ROL LO:.

Estapráctica se divide en tres partes:

1!!parte. "Detección del campo eléctrico indirectamente".

Primero conectamos la esfera hueca a la terminal positiva del generador electrostático y lo .activamos a su máximo.

Con el electroscopio verificamos que la esfera hueca este electrizada. Acercamos el pénduloelectrostático a la esfera hueca, sin que la esfera de esta toque la esfera hueca. Como laesfera es de metal al electrizarla la carga se distribuyo en I toda la esfera al acercaría elelectroscopio este se electrizaba por inducción y se separaban las laminitas pues presentabanun mismo tipo de cargas, pero este fenómeno físico solo duraba unos cuanto minutos puescomo la esfera del electroscopio esta conectada al ambiente las cargas de esta se van al aire.Al . repetir la instrucción anterior en puntos radialmente simétricos a la esfera huecaobservábamos el mismo fenómeno.

Acercamos nuevamente el péndulo electrostático a la esfera hueca, pero esta vez que laesferitá del péndulo toque la esfera hueca. la esfera del péndulo electrostático se quedopegada pues se polarizo y se alinearon las cargas. Entonces al separar el péndulo de la esferala esferita se quedo pegada. Encierto tiempo se separaba por que las cargasse igualaban.

Mientras alejemos la esfera del péndulo de la esfera hueca el campo va disminuyendo yexisten menos fuerzas de atracción.

21 parte. "Materialización de las líneas de fuerza".

Pusimos el recipiente que tenía aceite sobre el retroproyector, colocamos dos electrodos en el

recipiente, uno frente al otro separados unos S cm y los conectamos a las terminales del

generador.

Dispersamos uniformemente un poco de aserrín sobre el aceite y activamos el generador

electrostátlco y observamos la configuración e intensidad del campo eléctrico (de acuerdo a la

correspondencia: mayor densidad de líneas mayor magnitud de campo eléctrico y viceversa)

en las diferentes regiones que caracterizan el arreglo de electrodos.

En el electrodo positivo se observa como el campo sale y en el electrodo se observa como el

campo entra el campo eléctrico.

31 parte. Comportamiento del campo eléctrico en las cercanías de un conductor esféricoelectrizado.

Activamos el generador a las

primeras líneas pues se

pretende que este aumente y

entonces ya no tendríamos

escala para medir y

esperamos a que se

estabilice. Para hacer esto

colocamos la zonda a unos 18

cm de la esfera hueca y una

vez estabilizado el generador

movimos la zonda a 30 cm del

centro de la esfera hueca en la línea que forma la esfera hueca y el generador de la banda.

Conectamos la terminal

positiva del generador

electrostático (GE) a la esfera

hueca (EH). Conectamos la

terminal positiva del

voltímetro electrostático (VE) a

la zonda (Z) y su terminal

negativa (tierra) a la terminal

negativa del generador.

1+)

.I+}VE

f1} co._ atienadelYOlllrneno.

DL4GRAM ..4 DEL .'\RREGLO EXPERIMENTAL

G]/rPasamos en dos ocasiones la flama de la vela (V) a 3 cm de la zonda, observamos que de

de ser constante la medida del potencial que indica el voltímetro electrostático esta au (l/m)

gradualmente con forme íbamos acercando la esfera, lo hicimos en intervalos de 2 cm.

y V(kV) 1.7 1.8 1.93 2.1 2.29 2.52 2.8 3.15 3.6 4.2r (cm) 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12r (m) 0.3 0.28 0.26 0.24 0.22 0.2 0.18 0.16 0.14 0.12

X l/r 3.33 3.57 " 3.85 4.17 4.55 5 5.55 6.25 7.14 8.33

qV= 1(-

l'

Despejando: •q=

K"=

1.7 X 103 V (0.3 m)9 x lo-RC = 5.6 x 10 -se

Vr

a) GRAFICA V vs l/rLos datos se comportan de forma un tanto menos lineal, aunque estoy seguro que al aplicar un cambiode variable o transformación obtendremos un fenómeno muchfsímo mas lineal. En donde:

r=0.99995

m=0.50kV/m

b=4.39 X 10-3 kV

11

~ 1

8 +-----------------------------------------------------------

4.5

••7

•6

1

: t=------------------~.~.--.---.----------------------••

•

!3 +-----------------------------------------------------------¡

'f1 I

1

o+I----~--~----~--~~--~----~--~----~--~O 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

b) MÉTODO ANALíTICO

Los datos se comportan aun más linealmente yeso lo podemos comprobar al ver la grafica y sucoeficiente de correlación.

LíNEA DE MEJOR AJUSTE

e

0.35

0.3

0.25

0.2

0.15

0.1

0.05I

O 1O

~------------.------------------~~--

1.5 2.5 320.5 1

r=O.99999

m=O.498 kV1m

b=O.116 kV

LEY FíSICA DE LOS VALORES CORREGIDOS

Llevando a acabo la comparacion de los resultados, obtendremos el significado fisico atravez de la ley

fisica:

kVY = U.498 -X + 0.116

1:11.

COMPARANDO:

1V=Kq -

l'

y = m x+ b• ••lu=Kq Del despeje de esta ley física obtenemos el valor de Q:

3.5

~

~

y=v

Vtn 0,.498 111

q = - = ---::,..... = 5.43xl011

K 'xl09 Nm2

cr e

1x= -

Decimos que b=V I cuando medimos el voltaje muy lejos, R tendería al infinito y se expresa de lasiguiente forma

b = V(R -+ m}

Calcularemos la densidad de flujo denotada por (J y para la cual se necesita el área de la esfera de lasonda.(J = OjA, donde A es el área de la esfera la cual tenía un d= O.039m.Por ultimo calculamos el flujo eléctrico denotado por Ij>E y este se calcula por medio de la siguienteformula:

Qq,E=-EU

• DENSIDAD DE FLUJO ELÉCTRICO

QtT= -

A

5.43X1011 tOllCa = 0.0041711 = 1.136x 'm.Z

A = 41[(0.0195)2 = 0.004778m2

• CALCULO DEL FLUJO ELÉCTRICO

q,E=~E,m

.1.. _ S,43x108C _ 6 . 35 01.9 Nm 2"'-E - e? - .1 x 1 -C-

8.85)'(10-:12 Al .. 2n¡1n.

AVF-e) •• - At'

y E N/e 1,75 1.815 1,9 1.995 2,11 2,25 2,4 2,65 2,95r m 0,29 0,28 0,27 0,26 0,25 0,24 0,23 0,22 0,21

X 1/~ 1/m2 11,89 12,76 13,72 14,79 16 17,36 18,90 20,66 2i,68

..,

E

3.5

3 ~-----------------------------------------------------..-----

2.5

2

í

1.5¡+.II¡!

1

0.5

o _.~----------~----------------------------------,-----------~0.00 5.00 10.00 15.00 20.00

r=O.993

m=O.108 N/e

b=O.402 . 1/m2

1E = Kq-=

r'"

v = 111 X-iI- b-t t·

La intensidad de nuestro campo eléctrico la calcularemos con:q

E=K-r':• E(R=O.OZm)

m."E=-Z-

T

. 0.498 Kv.E = - 'O 02"ft = 1245-t .: )", :m

1/~

CUESTIONARIO

1. ¿A qué se llama efecto de acción a distancia?

Es el efecto provocado por el objeto electrizado sobre el espacio mismo que lo rodea,permitiendo asignar a dicho espacio propiedades medibles como lo es el campo eléctrico.

2. ¿El campo eléctrico tiene alguna relación con este efecto de acción a distancia?

Si pues el efecto de acción a distancia explica la forma de interacción entre cuerpos enausencia de contacto físico y sin medios de contacto para las posibles interacciones entre elcuerpo electrizado y otro que se le acerque.

Existe una fuerza que actúa a distancia. Es decir debemos medir la fuerza de una carga y ladistancia en la que es efectiva.

3. ¿Qué cantidades físicas sería necesario medir para determinar magnitud del campo eléctricoutilizando las condiciones estáticas del péndulo, observadas en (Pl.6.) del procedimiento?

Necesitamos medir la Fuerza del campo eléctrico y la magnitud de la carga

4. Mencione los instrumentos y la forma en que mediría las cantidades mencionadas en elpunto anterior.

Podríamos utilizar un voltímetro para medir la magnitud del campo eléctrico

5. Tomando la referencia al efecto observado en (Pl.7.) de procedimiento, si se mide el tiempoque tarda en caer, el ángulo inicial y la masa de la esferita. ¿Se podrá determinar el ritmode pérdida de carga del sistema péndulo-esfera hueca? De ser posible determínelo.

Si pero nosotros no tomamos ninguna de estas magnitudes.

6. Si las líneas de fuerza son imaginarias entonces ¿qué es lo que se observa en la cubaelectrostática?

Se observan las líneas que forman el espectro electromagnético en donde en el nodo positivosalen las líneas de fuerza y en el nodo negativo entran.

7. En el fenómeno de polarización, ¿hay desplazamiento de electrones?

Cuando se produce la Polarización Electrónica en los dos polos tanto el positivo como en elnegativo se produce la concentración de los electrones en el lado del núcleo más cercano alextremo positivo del campo.

8. Describa detalladamente el movimiento que efectúa el aserrín cuando se realiian los puntos(P2.2. y P2.3.) del experimento.

Se empiezan a formar líneas circulares entre nodo y nodo formando uniones entre los dos en.donde I en el electrodo positivo se ve como salen y en el electrodo negativo se ve comoentran constantemente estas líneas.

9. Discuta las siguientes posibilidades: a) usar agua en lugar de aceite y b) limadura de fierroen lugar de 2cm aserrín.

Al usar agua como esta es conductora las cargas se concentrarían en toda la cubaocasionando quizás un corto circuito, mientras que al usar limadura de hierro 'estetambién es conductora y la carga igual se concentraría en todo el material y no se moveríanpues las cargaspasarían por ellas sin que causen algún desplazamiento.

10. Con referencia al punto (P2.4.) del procedimiento, ¿a qué se debe que la intensidad delcampo tenga el valor observado en el interior del aro más pequeño

A que la distancia en el interior del círculo es demasiado pequeña haciendo que la corrientefluya más rápido sobre el aro y este genere un campo eléctrico mayor pues la"cantidad deelectrones tarda menos en transferirse en todo el aro.

11. En el punto (P3.4.) del procedimiento, e» qué se debe el efecto observado en el sistemazondo-vottimetro antes de pasar la flama?, y ¿después de pasar la flama cerca de la zonda?

12. ¿Por qué al pasar la flama cerca de la zonda se elimina la carga inducida que habíaaparecido en esta?

Porque los rayos que desprende la flama de la vela forman una barrera que impide el paso delos electrones inducidos a la zonda.

13. En las mediciones de potencial efectuadas en el punto (P3.5.) del procedimiento, ¿influye eltamaño de la esferita metálica de la zonda en los valores obtenidos?

Si porque el potencial de pende de la distancia que hay éntrela esfera y la zonda además deque incrementando la esfera de la zonda tardarían mas en distribuirse por la misma

14. Discuta la validez del siguiente enunciado: "un conductor adquiere el potencial del puntodonde se coloca".

Si pues la densidad de carga es mucho mayor en la superficie mayor que en la menor, ya quelas cargasse extienden por una superficie mucho mayor

15. ¿Qué podría decir acerca de la utilidad de mediciones de potencial efectuadas a distanciamenores de 15 cm, distancia marcada como de máximo acercamiento? En (iv) de lasobservaciones?

No nos servirán pues nuestro voltímetro solo tiene una graduación hasta 7.5 kV Y lasmediciones obtenidas serian mayores a este parámetro

16. a) ¿qué suposiciones se deben establecer para que sea factible una comparación entre laley física encontrada en (G3.1a) y la expresión investigada en (G.3.1b). Enumere esta ydiscuta cada una de ellas. b) en base al inciso anterior calcule la carga de la esfera.

Nota: Lacarga de la esfera ya se calculo erí la sección anterior

17. ¿Qué suposiciones se deben hacer para que sea factible una comparación entre la ley físicaencontrada en (G3.2b) y la expresión investigada en (G3.2c); enumérelas y discuta cada unade ellas.

.: C o N C L U S ION E S :.

Esta practica es muy buena es.interesante como podemos ver la potencia que se genera entredos cuerpos, en especial la reacción que la vela provoco en la campo eléctrico.

Esta practica nos permitió adquirir nuevos conocimientos, para comprender como actúa laenergía en un cuerpo, y como se genera un campo eléctrico, con que flujo y densidad eléctrica,fue un poco complicada al realizar los cálculos, sin embargo es muy buena porque nospermitió visualizar un poco mas la forma en la que actúa la energía y pudimos ver comomedirla.

Los datos al inicio fueron un tanto lineales, sin embrago con el cambio de variable losconvertimos en lineales, durante nuestra practica notamos que nuestras mediciones seelevaron de maclado al juntar las dos sondasy pasar la vela por en medio .

•: B I B L I O G R A FíA :.

LIBRO

AUTOR: Serway, RaymondA.

TITULO DEL LIBRO: Físicapara ciencias e ingenierías (SextaEdición)

TEMA CONSULTADO: Campos eléctricos

PAGINAS CONSULTADAS: 8- 11

EDITORIAL Y EDICiÓN: Thomson, 2005