Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 1UNIVERSIDAD RAFAEL LANDIVAR FACULTAD DE INGENIERIA CAMPUS QUETZALTENANGO FSICA 3 MANUAL DE LABORATORIO FSICA 3 FISLAB SEGUNDO CICLO 2011 Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 2INTRODUCCIN Unadelasramasdelafsicaqueesfascinanteyalmismotiempoimportante,esel electromagnetismo, ya que encierra la explicacin de una serie de fenmenos elctricos que da adaseobservanyqueformanpartedelasactividadescotidianasdelavidadelserhumano, porejemplounatormentaelctrica,losrelmpagosqueseformanenlacenizaqueemanalaerupcin de un volcn, al momento de encender un radiorreceptor, etc.Es de vital importancia queelfuturoingenieroadquieraslidosconocimientosenestarama,puesrepresentanla esenciadelatecnologaactual,esporelloqueenelpresentemanualdeprcticasde laboratorio se exponeuna serie de experiencias que el estudiante deber realizar con elapoyo de su catedrtico y as de esta manera afianzar todos los conocimientos adquiridos enla parte terica aprendida en clase. Valelapenarecalcarquecadaunadelasprcticastienecomoobjetivoprimordial establecer esa sinapsis necesaria parael entendimientode la teora respaldada por la prctica, mediante explicaciones claras y esquemas demostrativos, adems de la gua que el catedrtico pueda brindar,se espera que el alumno mediante sus observaciones y experiencias adquiera las habilidadesyconocimientosfundamentalesparapoderaplicarestosensudesarrollo profesional. Lametodologaqueseseguirenellaboratoriodefsica3encuantoaestructuray entrega dereportes, ser semejante a la de los cursos de fsicaanteriores, con la salvedad que seesperaqueelestudiantelleveconsigouncumulodeconocimientosbienformadosparael correcto uso de las incertezas y la forma de estructurar un reporte. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 3CAPITULO 1 INCERTEZAS 1.REPASANDO PROPAGACIN DE INCERTIDUMBRES Enelectricidadlosclculosdeincertidumbressiguendelamismamanera,lanica diferenciaradicaenquelosinstrumentosdemedicinutilizadosenloscursosdefsica anterior varan un poco respecto a los de este curso, el instrumento que ser mas utilizado serelmultimetrodigital,elcualposeelacapacidaddemedirVoltajesenAC(VOLTAJE ALTERNO),DC(VOLTAJEDIRECTO),corrientesenDC(CORRIENTEDIRECTA), ohmios(RESISTENCIADEELEMENTOS)ycontinuidad,conunrangomximode10 amperios. 1.1SUMAYDIFERENCIADEDOSCANTIDADESMEDIDAS EXPERIMENTALMENTE. Supongamosquex ey sondoscantidadesquehansido medidasenel laboratorio, porloquex x x = e. y y y = Siserequiereencontrarelresultadodelasuma(o resta) de estas dos cantidades, entonces este resultado es: Incertidumbre en la suma

( ) ( ) ( )2 2y x y x y x + + = + (1.3)

( ) ( ) ( )2 2y x y x y x + = (1.4) Esferas Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 41.2MULTIPLICACINDEDOSCANTIDADESMEDIDAS EXPERIMENTALMENTE. Supongamosquex ey sondoscantidadesquehansido medidasenel laboratorio, porloquex x x = e. y y y = Siserequiereencontrarelproductodeestasdos cantidades, entonces este resultado es:

( )( )22|||

\| + ||

\| =yyxxy x y x xy (1.5) 1.3DIVISIN DE DOS CANTIDADES MEDIDAS EXPERIMENTALMENTE.Supongamos quexeyson dos cantidades que han sido medidas en el laboratorio, porloquex x x = e. y y y = Siserequiereencontrarelcocientedeestasdos cantidades, entonces este resultado es: 22|||

\| + ||

\| =yyxxyxyxyx(1.6) 1.4CALCULO DE INCERTEZA PARA UNA RAIZ CUADRADA. Supongamos quexeyson dos cantidades que han sido medidas en o calculadas en ellaboratorio,porloquex x x = e. y y y = Siserequiereencontrarlaraz cuadrada delcociente de estas dos cantidades, entonces este resultado es:

222 2|||

\| +||

\| =yyxxyxyxyx(1.7) Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 5Para cuando sea una multiplicacin u otra operacin se aplicar de la misma manera, utilizando siempre todas las reglas anteriormente vistas. 1.5. INCERTIDUMBRE COMBINADA Hasta este momento hemos hablado de dos formas para estimar la incertidumbre de unacantidadmedidaenellaboratorio:a)Estimndolacuandosolosecuentaconuna mediciny,b)Calculndolaconlaecuacin(1.2)cuandosecuentaconunaseriede mediciones. Supongamos ahora que con un cronmetro hemos medido varias veces el tiempo que le toma a un pndulo realizar una oscilacin completa. A continuacin mostramos la serie de mediciones de tiempo (expresadas en segundos): 1.20, 1.18, 1.19, 1.22, 1.20, 1.21, 1.18, 1.19, 1.19, 1.17, 1.19, 1.18, 1.20, y 1.21. Asignemoscomo 0.2 s la estimacin de la incertidumbre para cada uno de los datos dearriba.Suponemosqueestaestimacintomaencuentanuestrotiempodereaccin,el instanteenqueconsideramosqueelpndulohallegadoasuposicinangularmxima,etc.Deestaforma,sisolamentehubiramosefectuadolaprimeramedicin,reportaramosla medicin como (1.2 0.2) s. Por otro lado, la aplicacin de las ecuaciones (1.1) y (1.2) a la serie de mediciones de tiempomencionadasanteriormentedacomoresultado(1.190.00)s,locualnosdarala falsa impresin de tener un resultado exacto. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 6En realidad cuando se calcula la incertidumbre de una serie de mediciones, esta debe tener en cuenta las distintas contribuciones y combinarlas de acuerdo a la ecuacin: ( ) ( )2 2estimado estadisticox x x = + ,(1.8) donde los subndices estimado y estadstico se refieren a las incertidumbres obtenidas mediante estimacin (como si solo hubiera una medicin) y estadstica (tomando en cuenta el total de las mediciones, y por tanto, aplicando la ecuacin (1.2)). Finalmente,aplicandolaecuacin(1.8)alconjuntodedatosejemplo,con 0.2estimadax = sy0.00estadisticax = s,podemosafirmarqueeltiempoparaunaoscilacines (1.2 0.2) s. Deacuerdoalodiscutidoanteriormente,existentresposibilidadesbsicasal momento de estimar la incertidumbre en una cantidad fsica: a)QUESEANECESARIOSOLOHACERUNAMEDICINPARAESTIMARLA INCERTIDUMBRE. Esto ocurre cuando el experimentador juzga que el error estadstico es despreciable y no valdra la pena invertir tiempo en una serie de mediciones. Por ejemplo, al medir con unareglagraduadaenmilmetrosladistanciadeseparacinentredosmarcasbien definidas,esrazonablepensarque,sielexperimentadoreslosuficientementehabilidoso, Observaque,aunquelasmediciones efectuadas detiempo tienen dos decimales, el resultado final se ha quedado con solo un decimal, debido a que la incertidumbre de la medicin, tiene solo un decimal. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 7mediciones repetidasdarnvaloresprcticamentesimilares,detalformaquealaplicar la ecuacin(1.2)obtendrunvalorcercanooigualacero.Enestecasopodramos,por ejemplo, aplicar la regla de la mitad de la escala mas pequea es la mejor estimacin para la incertidumbre en la medicin. b) QUE SEA NECESARIO TOMAR UNA SERIE DE MEDICIONES PARA CALCULAR LA INCERTIDUMBRE. Esteseraelcasoopuestoalanterior,enelcualelexperimentadorjuzgaquelas fluctuaciones en las mediciones son lo suficientemente grandes como para que reglas como la mitad de la escala ms pequea (o cualquier otro criterio para estimar la incertidumbre) dencomoresultadoqueelerrorestadsticosealaprincipalcontribucin,mientrasqueel error estimado es despreciable. c)QUESEANECESARIOESTIMARELERRORAPARTIRDELINSTRUMENTODE MEDICINYADEMSTOMARUNASERIEDEDATOSPARACALCULARLA INCERTIDUMBRE. Enestecaso,ningunadelasincertidumbres,estimadayestadstica,son despreciables, de tal forma que la incertidumbre total est dada por la ecuacin (1.8). Estareadelexperimentador reflexionarqucasoeselque debeaplicarensuexperimento almomentodedeterminarla incertidumbre en una medicin. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 81.6.OPTIMIZANDO EL NMERO DE MEDICIONES. Comohemosmencionadoanteriormente,eltrabajoenellaboratoriodeFsicadebe realizarse de manera tal que se optimice el tiempo y los recursos con que se cuentan. Ahoraconsideraremoslorelacionadoconelnmerodemedicionesquesedebe realizarenunexperimentodetalformaqueobtengamosresultadossignificativos,locual nos evitar: a) realizar un nmero pequeo de mediciones quenocontribuirnalosfinesdelexperimento,ob)realizarmsmedicionesquelasqueson necesarias lo cual implica, en cualquiera de los dos casos, prdida de tiempo y recursos. Distinguiremosaqudossituacionesbsicas,lascualesnosdarnestrategias diferentes para estimar el nmero ptimo de mediciones a realizar: a) AMBAS INCERTIDUMBRES, ESTADSTICA Y ESTIMADA, SON APRECIABLES, DE TAL FORMA QUE( ) ( )2 2estimado estadisticox x x = + .

En este caso, el nmero ptimo de mediciones, optimoN , viene dado por la ecuacin: 21 ,xoptimoestimadaSNx| | + |\ (1.9) donde: 21( )1niixx xSn==.(1.10) Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 9A xS seleconocecomoelnombrededesviacinestndar,yesunamedidadequ tan dispersos se encuentran los valores medidos ixalrededor del valor promedio. x1 Podemos resumir la estrategia para determinar el nmero ptimo de mediciones que senecesitacuandotanto estimadax como estadisticax contribuyenalaincertidumbretotaldel experimento: 1.Estimar la incertidumbre estimadax . 2.Realizar alrededor den =10 mediciones preliminares y utilizar la ecuacin (1.9) para obtener una primera estimacin de xS . 3.Utilizarlaecuacin(1.8)paraobtenerunaprimeraestimacinparaelvalor optimoN .Supongamosporejemploqueenelincisoanteriorhicimosuntotalden=10 mediciones, y que la primera estimacin para optimoNes 15.Esto significa que hacen falta5medicionesparaalcanzarelvalorptimo,asqueprocedemosarealizar5 mediciones ms. 1Estrictamentehablando,laincertidumbrex sedefineentrminosdeladesviacinestndar xS ,como xSxn = . El valor optimoNreduce el valor de estadisticax hasta un punto que escomparablea estimadax .Hacerunnmeromayorde medicionesa optimoN reduceanms estadisticax peroentonces estimadax sera la nica contribucin importante a la incertidumbre total y carecera de sentido realizar tantas mediciones. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 10 b) SOLAMENTE estadisticax CONTRIBUYE A LA INCERTIDUMBRE DEL EXPERIMENTO. Definamos (alfa) como el cociente: xx= . El cocientees una medida de la dispersin de losn valores medidos alrededor de la media aritmticaxdel conjunto. Por conveniencia rescribiremos la expresin anterior de la siguiente forma: ,xSx n = (1.11) donde xSrepresenta la desviacin estndar, definida en la ecuacin (1.10) : 21( )1niixx xSn==. Laideaesconsiderarvalorespequeosde ,porejemplo,0.01(hastaunvalor mximorecomendablede0.05)locualindicaquelosvaloresmedidosestnmuypoco dispersos alrededor de la mediax . Paradeterminarelnmeroptimodemedicionesqueserequierenparaobtenerun valor particular se siguen los siguientes pasos: Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 111.Realizamosn =10 mediciones preliminares. 2.Calculamos la desviacin estndar 21( )1niixx xSn==. 3.Calculamos el valor promedioxde lasn mediciones. 4.Escogemos el valor que deseamos en nuestro experimento. 5.El nmero ptimo de mediciones optimoNnecesarias se obtiene a partir de la ecuacin (1.10): 2xoptimoSNx| |= |\ (1.12) Sielnmerode medicionesrealizadoenelpaso1es menora optimoN ,procedemos a realizar las mediciones que se necesiten hasta completar el nmero de mediciones optimoN . 1.7. REGLAS PARA EL MANEJO DE CIFRAS SIGNIFICATIVAS. Es una creencia comn entre los estudiantes de Fsica el considerar que el resultado correcto al operar cantidades esel que proporcionala calculadora, es decir, CON TODOS LOS DECIMALES.Consideremos el siguiente ejemplo del clculo del rea de un rectngulo, cuyas dimensiones medidas con regla graduada en mm resultaron ser 2.17 cm y 8.96 cm: rea del rectngulo = 19.4432 cm2 RESULTADO EN LA CALCULADORA Esrazonablepensarque,coninstrumentosquenospermitenestimarhasta centsimasdecentmetro,obtengamosunresultadoexactohastadiezmilsimosde centmetro cuadrado?Obviamente la respuesta es NO. Paraoperarcantidadesqueresultandeunprocesodemedicinsesiguenlas siguientes reglas las cuales permiten obtener resultados razonables de dichas operaciones: 1.8.REGLA PARA LA SUMA Y RESTA: Cuando se suman (o restan) dos o ms cantidades se procede a sumar (o restar) considerando TODOS LOS DECIMALES; finalmente, la respuesta se expresa con el mismo nmerodecifrasdecimalesquetengaelsumando(osustraendo)conelmenornmerode ellos. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 12Ejemplo: 12.2331.570.2343.217.237+`) RESULTADO A REPORTAR:17.2, porque la cantidad con el menor nmero de decimales es3.2 (una sola cifra decimal). 1.9.REGLA PARA LA MULTIPLICACIN Y DIVISIN: Cuando se multiplican (o dividen) dos o ms cantidades se procede a multiplicar (o dividir) considerando TODOS LOS DECIMALES; finalmente, la respuesta se expresa con el mismo nmero de cifras significativasque tenga el factor con el menor nmero de ellos. Ejemplo: ( )( ) ( ) 3.15 2.2567 3.1 22.0366755 = RESULTADO A REPORTAR:12.2 10 , porque 3.1 es el factor con el menor nmero de cifras significativas: 2. RESULTADO DE LA CALCULADORA. RESULTADO EN LA CALCULADORA Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 13 Realizarmedicionesyanalizarlasesunatareamuy importante,aunquenosiempreesfcil.Losdatos experimentales juegan un papel crucial en la Fsica, tal como HenryPoincarloexprescuandodijo:Lacienciase construyeapartirdedatosexperimentales,ascomouna casaseconstruyeapartirdeladrillos.Peroascomoun montn de ladrillos no forman una casa, un montn de datos experimentales no forman una ciencia. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 14CAPITULO 2 INTRODUCCION A LA ELECTRICIDAD 2.1CARGA ELCTRICA EN MOVIMIENTO: LosexperimentosdeBenjamn Franklin(1706-1790) demostraronlaexistenciadedos tiposdecargaelctrica,una positiva y una negativa, una varilla deplsticoocauchofrotadacon untrozodepielycolgadaporun hilodesedaexperimentauna fuerzadeatraccinhaciauna varilladevidriofrotada previamenteconuntrozode seda,locualdemuestraquelascargassondedistintosigno,sinembargosise acercaraotravarilladecauchopreviamentecargadaexistirunafuerzade repulsin,laconclusinqueseobtieneesqueCARGASDEIGUALSIGNOSE REPELENYCARGASDEDISTINTOSIGNOSEATRAEN.Otracaracterstica muyimportanterespectoalacargaesque,LACARGA NETADEUNSISTEMA AISLADOSIEMPRESECONSERVA,estoparecefamiliarconlosconocimientos previosdemecnica,especficamentelaconservacindelaenerga,sepuededecir que la carga cumple con caractersticas iguales siemprey cuando est aislado, si se observa el caso de la varilla de caucho, se puede decir que el trozo de piel y la varilla contienelacargadelsistema,lonicoquehasucedidoesquesehantransferido electrones del trozo de piel a la varilla y este ha quedado cargado positivamente. Esa diferencia de signos indicar si un cuerpo queda cargado con un exceso de carganegativa(cargadonegativamente)oconausenciadecarganegativa(cargado positivamente),esimportantetenerclaroquecuandounobjetosecarga positivamentenosignificaquetengamasprotones,sedicequetieneausenciade electronesdebidoaqueestosltimossernlosqueconmasfacilidaddependiendo del material podrn ser movilizados y transferidos. Enlanaturalezalosmaterialessepuedenclasificarcomo:CONDUCTORES, AISLANTES,SEMICONDUCTORESYSUPERCONDUCTORES(estosnecesitan ciertascondicionescreadasporelhombreparapodercumplirconsus caractersticas), el estudio de este manual se centrar nicamente en los materiales CONDUCTORES Y AISLANTES. Unconductoresunmaterialenelquelacargapuedemoversedemanera relativamentelibre;un aislanteesun materialenelque lacarganopuedemoverse Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 15libremente.Lascaractersticasdecadaunodeestosmaterialesinfluyendeforma muydirectaalmomentodecargarlos,yaqueenunmaterialconductorlacargase puede distribuir alo largo de todo el cuerpo, mientras que en un aislante las cargas quedarnnicamenteenelpuntodondeseaplicolacarga.Todoloanteriorhace pensar que existen cargas que se movilizan de un punto a otro y que de esta manera pueden transferirse dependiendo del medio y del material del que se trate. 2.2VOLTAJE (V) Y CORRIENTE (I) UnvoltajeseproduceapartirdeuncampoelctricoE,esconocidocomotensin, f.e.m y potencial, y puede definirse como la energa potencial por unidad de carga de prueba, su unidad es el voltio representado por laletra V mayscula y se puede decirqueeslafuerzaelectromotriz(f.e.m)quetienelacapacidaddemoveruna carga dentro de un conductor. Porotroladolacorrienteointensidadelctricasedefinecomo:lacantidadde cargaporunidaddetiempoquepasaenunpuntodeterminado,dentrodeun elementoconductor,esdecir,I=q/t,suunidadfundamentaleselamperio representado con la letra A. Conlasnocionesanteriormentedescritas,esnecesarioenfocarelanlisisal comportamientodelosmaterialesconductoresenpresenciadeunvoltajeyuna corriente elctrica, para ello se puede definir el voltaje (diferencia de potencial) como: Alconsiderarqueunodelosdoslimitesescerocomopuntodereferencia,la expresin se puede reescribir de la siguiente manera. V=E*x DondeErepresentaelcampoelctrico(Voltios/metro)yxladistanciaquepuede recorrer una carga de un punto a otro, sus unidades son voltios (V). Por otro lado la corriente elctrica puede ser definida como la cantidad de carga que pasa por un punto en determinada cantidad de tiempo. Puede expresarse de la siguiente manera: I=dq/dt dl E Vba ab = Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 16Sus unidades son coulomb/segundo , y se pueden reducir a Amperios, (A). La densidad de corriente J=I/A,indicar cuanta corriente pasa por unidad de rea en un punto. El anlisis posterior est considerado para voltajes y corrientes directas. Ahorasepresentaunaanalogahidrulicaparacomprender,larelacinexistente entre el voltaje y la corriente en un conductor. Sisetieneunlazocerradocomosemuestraenlafigura,sepuededecirquela fuerza motriz dentro del sistema es la bomba hidrulica responsable de producir un caudaldentrodelatuberaalmomentodeaccionarse,locualsignificaquesila bombanoestactivaaunqueelfluidoestdentrodelatuberaestepermanecer inerte. De la misma manera en un circuito elctrico, la pilaacta como la bomba hidrulica, elconductorcomolatubera,elcaudalcomolacorrienteyelfluidocomolos electrones libres. En conclusin si no existe una fuerza electromotriz en el circuito no se producir ninguna corriente elctrica. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 17 2.3RESISTORES Y SU CODIGO DE COLORES: Parapoderaplicarloscriteriosdeincertezasanteriormentedescritos,sehacenecesario conocer inicialmente, los elementos con los que se trabajarn en las prcticas propuestas en este manual, uno de ellos es el RESISTOR, el cual posee un cdigo de colores propio para su interpretacin del valor, su unidad es elohmio representado con la letra griega , una de sus funciones es limitar el paso de corriente en distintas clases de circuitos. Paracomprenderlaformadeleersuvalorpormediodelcdigodecoloresesnecesario comprender lo siguiente. Lasdosprimerasbandasindicanlasdosprimerascifrasdelvalordelresistor,latercera banda indica cuantos ceros hay que aumentarle al valor anterior para obtener el valor final del resistor. La cuarta banda nos indicala tolerancia (esta prcticamente es la incerteza del resistor) y si hay quinta banda, sta nos indica su confiabilidad Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 18Ejemplo: Si un resistor tiene las siguiente bandas de colores: Elresistortieneunvalorde2400,000Ohmios+/-5% Elvalormximodeesteresistores:25200,000 Elvalormnimodeesteresistores:22800,000 El resistor puede tener cualquier valor entre el mximo y mnimo calculados 2.4LEY DE OHM La ley de ohm relaciona la carga(puede ser un elemento resistivo, un motor, una bombilla,etc) de un circuitoLaLeydeOhmsepuedeentenderconfacilidadsiseanalizauncircuitodondeestnen serie, una fuente de voltaje (una batera de 12 voltios) y un resistor de 6 ohms (ohmios). Se puede establecer una relacin entre el voltaje de la batera, el valor del resistor y la corriente que entrega la batera y que circula a travs del resistor. Esta relacin es: I = V / R y se conoce como la Ley de Ohm Entonces la corriente que circula por el circuito (por el resistor) es: I = 12 Voltios / 6 ohms = 2 Amperios. De la misma frmula se puede despejar el voltaje en funcin de la corriente y la resistencia, entonces la Ley de Ohm queda: V = I x R. Entonces, si se conoce la corriente y el valor del resistor se puede obtener el voltaje entre los terminales del resistor, as: V = 2 Amperios x 6 ohm = 12 Voltios Al igual que en el caso anterior, si se despeja la resistencia en funcin del voltaje y la corriente, se obtiene la Ley de Ohm de la forma: R = V / I. Entoncessiseconoceelvoltajeenelresistorylacorrientequepasaporelseobtiene:R=12Voltios/2 Amperios = 6 ohms Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 19+VirgR= 1 K+-C= 0.22 FEs interesante ver que la relacin entre la corriente y el voltaje en un resistor es siempre lineal y la pendiente de esta lnea est directamente relacionada con el valor del resistor. As, a mayor resistencia mayor pendiente. Ver grfico abajo. Para recordar las tres expresiones de la Ley de Ohm se utiliza el siguiente tringulo que tiene mucha similitud con las frmulas analizadas anteriormente. 2.5CIRCUITOS RC Los circuitos RC son circuitos que estn compuestos por una resistencia y un condensador. Se caracterizan por que la corriente puede variar con el tiempo. Cuando el tiempo es igualacero,elcondensadorpuedeonoestarestdescargadodependiendodelas condiciones iniciales, si est descargado inicialmente en el momento que empieza a correr el tiempo, el condensador comienza a cargarse ya que hay una corriente en el circuito, la cual necesita de una resistencia para poderlimitar el tiempo de carga.

Cuando el condensador se carga completamente, la corriente en el circuito es igual a cero. Si al circuito anterior se aplica la segunda ley de Kirchoff, se puede modelar lo siguiente:V = (IR) (q/C) Dondeq/Cesladiferenciadepotencialenelcondensadorenelmomentodeestarsiendo cargado. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 20Enuntiempoigualacero,lacorrienteser: I=V/R cuandoelcondensadornoseha cargado,esporelloquesedicequeeneseinstanteelcondensadorenelcircuitoacta como un corto circuito. Cuandoelcondensadorsehacargadocompletamente,lacorrienteesceroylacargaser iguala:Q=CV,estosucedeporqueyanohaymovilidadelectrnicaentrelasplacasdel mismo. CARGA DE UN CONDENSADOR Del modelo anterior se puede decir quelas variables dependiendo del tiempo sern I y q, y la corriente I se sustituye por dq/dt (variacin de la carga dependiendo de la variacin deltiempo): (dq/dt)R = V (q/C)dq/dt = V/R (q/(RC)) dq/dt = (VC q)/(RC) Al aplicar separacin de variables, dejando las variables de carga con diferencial de carga y variables de tiempo con diferencial de tiempo se tiene: dq/(q VC) = - dt/(RC) Si se integra y se valan lmites de integracin para carga y tiempo se tiene: ln [ - (q VC)/VC)] = -t/(RC) Despejando qy colocndola como funcin del tiempo se tiene:Q(t)=VfC(1-e-t/RC) Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 21 El voltaje serVc=Vf(1-e-t/RC) La corriente al derivar la carga respecto al tiempo ser: I(t)=(Vf/R)e-t/RC Es importante notar que las expresiones anteriormente descritas se dan para un circuito en el que la carga inicial del condensador es igual a cero, la multiplicacin RC se conoce como la constantedetiempotau susunidadessonensegundoseindicaeltiemponecesario paraqueelcapacitorestcargadoenun63%,paraqueelcondensadorsecargueo descargue en su totalidad en condiciones ideales es necesario que transcurra 5.El comportamiento de la expresin de voltaje de carga respecto al tiempo en un circuito RCy la corriente se puede describir con el siguiente grfico: En el siguiente link se puede trabajar un applet relacionado con dicho tema. http://thales.cica.es/cadiz2/ecoweb/ed0184/Tema2/applet/rc.htm Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 22CAPITULO 3 NORMAS PARA LA ELABORACIN Y ENTREGA DE REPORTES DEL LABORATORIO DE FSICA A.INTRODUCCIN La Fsica es una ciencia fundamental de naturaleza experimental.Nadie puede afirmar que conoce de Fsica, si no conoce del proceso demedicin y del anlisis de losresultados obtenidosmediante el mismo. ElobjetivocentraldetulaboratoriodeFsicaeseldefacilitartelosmediosparaqueaprendasa:medircantidadesfsicasendistintosexperimentos,aanalizarlosdatosobtenidosparaverificaro descubrir principios y relaciones entre ellos, y a reportar debidamente todas las fases de tu trabajo experimental. Lasnormaseinstruccionesquesepresentanacontinuacintienenelpropsitodeorientarteenla correctaelaboracindeuninformecientfico.Uninformedeestanaturalezasecaracterizapor presentar la informacinde maneraseria,objetiva,precisa y concisa. Ten estoen mente mientras redactaslasdistintasseccionesdelmismo,ynopierdasdevistalosobjetivoscentralesdecada prctica de laboratorio que realices. Esmerarteen la redaccin detus reporteses importante porque essonparte de tuentrenamiento en un aspecto muy importante de tu formacin profesional: La forma en cmo comunicas tus ideas a otros colegas! LaspartesyseccionesquedebesincluirentusreportesdelaboratoriodeFsica,sonlas siguientes: Cartula 1.Resumen(Ponderacin:15 %) 2.Fundamentos Tericos(Ponderacin:5 %) 3.Diseo Experimental(Ponderacin:5 %) 4.Datos Obtenidos(Ponderacin: 10 %) 5.Clculos Efectuados(Ponderacin: 10 %) 6.Resultados(Ponderacin: 15 %) 7.Discusin de Resultados(Ponderacin: 20 %) 8.Conclusiones(Ponderacin: 20 %) 9.Referencias Cuadro Vaco para la Evaluacin del Reporte(de acuerdo a la ponderacin anterior) La elaboracin y entrega de cada reporte de laboratorio es individual.Los reportes se entregan alayudantedectedraoalcatedrtico,antesdeiniciarlasiguienteprcticadelaboratorio. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 23Noseaceptalaentregadereportesatrasados.Paraquetureporteseacalificado,debes aparecerenlalistadeasistenciaquepasarelcatedrticooelayudante,durantecada prctica.Seprestarespecialatencinatuparticipacinseria,eficiente,ordenaday respetuosa durante cada sesin de laboratorio. En lo que sigue de este normativo, encontrars una descripcin de las principales caractersticas de cada una de partes y secciones que componen un reporte. B.CARTULA Y FORMATO Elreportedebeserentregadoenhojaspapelbondydepreferenciadebenserhechoscon ayuda de una computadora (procesadores de palabras, hojas electrnicas y otros)2. La cartula debe incluir la siguiente informacin: En la esquina superior izquierda, el nombre de launiversidad,laFacultad,eldepartamentoorea,elnombredelcursoylaseccin,los nombresdelcatedrticoydelayudantedectedra.Enelcentro,elnmeroyttulodela prctica a la que corresponde el reporte. En la esquina inferior derecha, el nombre completo del estudiante, nmero de carnet y la fecha de entrega. C.RESUMEN Enestaseccinsehaceunadescripcinbreveyconcisadetodoeltrabajoquerealizasteenel laboratorio.Se empieza por describir el o los objetivos principales de la prctica, luego se hace una muybrevedescripcindelprocedimiento,sinllegaraincluirlosdetallesdelmismoyfinalmentese indica a qu resultado y a qu conclusin se lleg. Todo esto en no ms de, aproximadamente, media pgina.3 El lector de tu reporte debe darse una idea global de lo que hiciste y lograste en la prctica de laboratorio, con slo leer esta seccin D.FUNDAMENTOS TERICOS Aqu debes describir brevemente losconceptos,principios, leyes o teoras que sirven de apoyo a la realizacin del experimento, al anlisis de los datos y/o a la extraccin de conclusiones. 2 En casos especiales, que se harn del conocimiento delcatedrtico, se autorizar que los reportes sean hechos con mquina de escribir.En estos casos, las grficas deben ser hechas en papel milimetrado. 3 Esta media pgina, es pensando en un tamao de letra no mayor de 12 pts. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 24E.DISEO EXPERIMENTAL Enestaseccindebesincluirunadescripcindetalladadelequipoutilizado,desumontaje (incluyendo dibujos o diagramas, si es necesario) y del procedimiento experimental que seguiste para obtener los datos que luego analizars.Es importante indicar si hubo necesidad de hacer alguna modificacin en el procedimiento recomendado en el instructivo de la prctica. F.DATOS OBTENIDOS Aqusepresentanlosdatosoriginales,constituidosporlasmedicionesrealizadasduranteel desarrollo de la prctica.Ninguna medicin est completa sin una estimacin del margen de error a que est sujeta.A lo largo de las distintas prcticas, aprenders que el error es intrnseco einseparableatodamedicinyconocersdistintosprocedimientosparaestimarlo.Recalcamos:NO PRESENTES TUS DATOS SIN INDICAR SU MARGEN DE ERROR. Cuida de organizar tus datos en tablas o cuadros que faciliten su lectura.Cada tabla o cuadro debe estardebidamente identificada conun nmeroyun ttulo,y explicada brevemente con una nota al pie de la misma (caption).Cuida siempre de anotar debidamente en tus datos, las unidades de medicin empleadas. G.CLCULOS EFECTUADOS Debes indicar en qu consisti cada uno de los clculos que efectuaste con los datos originales para obtener los resultados parciales y/o finales.En el caso de que hayan resultados sean parte deunatabla,incluyesolamenteunclculoamanerademuestraoejemplo(nonecesitas incluir todos los clculos efectuados, si todos se efectuaron de la misma manera). Tambin debes explicar cmo se elaboraron las grficas (de ser el caso), si se hizo algn anlisis estadsticodelosdatosylosparmetrosdelosmismos,siempreindicandolasunidadesde medicin empleadas tanto en los clculos, como en los resultados obtenidos. Una parte muy importante de esta seccin es la que dedicars al clculo del margen de error o incertidumbreentusresultados,tomandoencuentaelequipoutilizado,elprocedimiento empleadoylacontribucindelerrorestadsticopropiodetodoexperimento.Encada prctica, el catedrtico te guiar para que realices eficientemente esta importante tarea. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 25H.RESULTADOS En esta seccindebesmostrar,en forma lgica yordenada, todas los valores, tablas, grficas, ecuacionesy/oparmetros(segnsealelcaso)queseannecesariasparareportarlos resultadosdetuexperimentoymostrarfquehasalcanzadolosobjetivosplanteadosenla prctica.Recuerda indicar el margen de error en tus resultados. Nuevamente, cuida de que las tablas y grficas estn identificadas segn corresponda, con un nmero y un ttulo, junto a una breve descripcin al pie de cada una, acerca de la informacin que se presenta.No olvides colocar en el encabezado de tus tablas las unidades empleadas, y en tus grficas, el nombre de la variable de cada eje, as como las unidades en las cuales est reportada. I.DISCUSIN DE RESULTADOS Estaseccinesunadelasmsimportantesdetureporteyaqueenellaanalizars,evaluarsy defenderstusresultadosexperimentales,comparndolosconresultadosdeotrosexperimentos,o con valores tericos y llevando a cabo una cadena de razonamientos lgicos que te lleven hacia una o msconclusiones.Lograrashilvanarlgicamentetusargumentos,simantienesenmentelos objetivos centrales de la prctica que reportas. Por ejemplo, si la prctica pretende comprobar un determinado principio fsico, debes hacer un anlisis de lo que obtuviste e indicar si llegaste a lo que esperabas o no y por qu,siempre dentro de los lmites de error que produce todo experimento. Puesto que debes apoyar tus argumentos tomando como base las leyes y principios de la Fsica,debesconsultardistintasfuentesdeinformacin(libros,revistas,sitiosdeInternet,profesores, etc),citando debidamente las referencias. J.Conclusiones En esta seccin debes indicar en forma clara qu has concluido luego de analizar y discutir los resultados de tu experimento. Unaconclusinesunaaseveracinredactadadeformaprecisa,breveysinambigedades, que se deduce lgicamente de los argumentos que presentaste en la seccin de discusin de resultados, y por tanto, que se desprende de tu trabajo y de tu propia deduccin. En cuanto a la redaccin de una conclusin, tomemos un ejemplo.Supongamos, que en una prcticadelaboratoriorelacionadaconelmovimientoconaceleracinconstante(podra Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 26tratarsedelasegundaprcticadeFsicaI,porejemplo),despusdegraficaryanalizarsus datos experimentales, un estudiante concluye as4: Bajolascondicionesenqueserealizelexperimento,concluimosquelaesferase desplazalolargodelasuperficieinclinadaconunaaceleracinquevaraconel cuadrado del tiempo. Laanteriorconclusinestcorrectamenteredactada;esprecisa,breveysinambigedades.Otra posible redaccin hubiera sido: Bajolascondicionesenqueserealizelexperimento,concluimosquelaesferase desplaz a lo largo de la superficie inclinada en forma acelerada. Pero,estaltimaformaderedactaresambigua,yaqueseraposiblequeellectorse preguntara:Aceleradaconstantemente?Aceleradaproporcionalmentealtiempo? Acelerada proporcionalmente a la distancia recorrida sobre la superficie inclinada? Alredactartusconclusiones,tambindebesdejarclaroquelasmismassonvlidassolamentebajo lascondicionesbajolascualesrealizastetuexperimento.Cuntasconclusionesdebesincluir?Dependerdetu capacidad para analizar tusresultadosypara mantenertelgicamente hilvanadoa los objetivos centrales de la prctica. K.REFERENCIAS Debes incluir los datos que identifican completamente a todos ycada uno de los documentos que utilizaste como apoyo en tu discusin de resultados, en la seccin de fundamentos tericos yencualquierotraseccindelreporte.Porejemplo,siutilizasteunodeloslibrosdeconsulta recomendados en tu programa, puedes anotarlo en esta seccin como: 1.Serway&Beichner.FSICAPARACIENCIASEINGENIERA,TOMO1.Quintaedicinen espaol. McGraw-Hill/Interamericana Editores, S. A. De C.V. Mxico 2002. De esta forma, cada vez que necesites citar esta fuente, basta con que al final de la cita textual odeldato,coloqueselnmerodereferenciaentrecorchetescuadrados,as:[1].Si consultaste sitios de Internet, no olvides incluirlos en tus referencias. 4 Este slo es un ejemplo de la posible redaccin de una conclusin por un estudiante hipottico, de ninguna forma estamos sugiriendo que es la conclusin correcta para la prctica referida (de hecho, es una conclusin fsicamente equivocada). Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 27 NOTA IMPORTANTE:Esunanormaque,elbuenestadoyfuncionamientodetodoslos componentesdelequipodelaboratorioenlasdistintasprcticas,ES RESPONSABILIDAD DIRECTA DE TODOS Y CADA UNO DE LOS ESTUDIANTES QUE INTEGRAN CADAGRUPO O MESA DE TRABAJO. Encasodequeseaveriaraoextraviaraalgncomponentedelequipo confiadoaungrupo,elvalordelmismosedistribuirdentrodelos Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 28HOJA DE EVALUACIN DE REPORTES DE LABORATORIO DE FSICA Estudiante:_____________________________Carnet:_____________ Fecha Entrega:_________ Curso: _______________________ Seccin: ______ Catedrtico:_________________________ Prctica nmero:_____Nombre de la prctica :_________________________________________ Calificado por: CatedrticoAuxiliar 1. Resumen (Media pgina aprox.)2.Fundamentos Tericos (Una pgina aprox.) El ttulo de la seccin est indicado. Est claramente especificado el (los) objetivo(s) central(es) del experimento. Est CLARA Y BREVEMENTE especificado cmo se utiliz la informacin recopilada en el laboratorio. Est(n) claramente especificada(s) los resultados, la(s) conclusin(es) final(es) del experimento y su lmite de validez. Los distintos prrafos del sumario tienen relacin unos con otros. El ttulo de la seccin est indicado. Seincluyenlasdefinicionesoconceptosfsicoscentrales relacionados directamente con la prctica. Se citan correctamente las fuentes consultadas. Laexposicindelosconceptoseideasesbreveycoherentemente redactada. Losconceptosqueaparecenenestaseccinsonluegocitados en la seccin de Discusin de Resultados. TOTAL: /10 PUNTOSTOTAL:/5 PUNTOS 3.Diseo Experimental (Una pgina aprox.)4. Datos Obtenidos El ttulo de la seccin est indicado. Se muestra un diagrama del montaje experimental en el cual se indican claramente las distintas partes que lo componen. El diagrama est debidamente identificado. El diagrama tiene un adecuado pie de figura. Estn claramente indicados los pasos del procedimiento seguido en elexperimento. El titulo de la seccin est indicado. Los datos medidos en el laboratorio se presentan en una tabla (o varias si es necesario). Se reporta error o incertidumbre en los datos medidos. Los datos presentan el nmero correcto de cifras significativas. La(s) tabla(s) est(n) debidamente identificadas. La(s) tabla(s) tiene(n) una adecuada descripcin (pie de tabla) de la informacin que en ella(s) se muestra(n). Las columnas tienen identificadas las variables y las unidades correctamente. TOTAL:/5 PUNTOSTOTAL:/10 PUNTOS Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 29 EVALUACION CUALITATIVA GENERAL DEL REPORTE: Se han presentado todas las secciones pedidas en el instructivo sobre cmo reportar. El proceso de lectura de todo el reporte es ininterrumpido, estando todas las secciones lgicamente conectadas. El reporte tiene una buena presentacin, orden y limpieza. 5. Clculos Efectuados6. Resultados El ttulo de la seccin est indicado. Se ha indicado claramente las frmulas o expresiones algebraicas, utilizadas en los clculos. Se manej correctamente el nmero de cifras significativas en los clculos. Se han expresado correctamente las unidades. Se da UNA MUESTRA de cmo se calcularon todas las cantidades fsicas involucradas y los resultados parciales y finales. (Aclaracin: En caso de cantidades calculadas que luego aparecen en tablas, no se requiere mostrar todos y cada uno de los clculos, sino solamente un clculo, a manera de muestra o ejemplo.) Los clculos se hicieron de manera ordenada y clara. Los clculos son correctos. Se muestra como se calcularon las incertidumbres en las mediciones. Se indica que se ha efectuado el ajuste a una lnea recta utilizando la hoja electrnica Anlisis de Datos.xls (si aplica). El ttulo de la seccin est indicado. Los grficos han sido generados a partir de losdatos medidos en el laboratorio. Se han escogido correctamente las variables a representar en cada eje. Los ejes estn claramente identificados y con las unidades correctas. Los puntos experimentales estn correctamente localizados en la(s) grfica(s). Se muestran incertidumbres o errores asociadas a cada dato experimental (si es una grfica) y en cada resultado. Se ha escogido para cada grfica la escala apropiada. La(s) grfica(s) tiene(n) un nmero que la(s) identifica(n). La(s) grfica(s) tiene(n) una adecuada descripcin (pie de figura) de la informacin que en ella(s) se muestra(n). Lagrficamuestralacurvademejorajustealosdatos experimentales (si aplica), junto a su ecuacin, o parmetros con sus incertidumbres y coeficiente de correlacin. Los resultados son fsicamente correctos. TOTAL: /20 PUNTOSTOTAL:/25 PUNTOS 7. Discusin de resultados (Una pgina mnimo)8. Conclusiones El ttulo de la seccin est indicado. Losresultadosdelexperimentosonanalizadose interpretados correctamente. Siaplica,selescomparaconresultadosreportadosenotras fuentes, debidamente citadas. Silosresultadosnocorrespondenconlosesperadosse discuten las posibles fuentes de error sistemtico. Se invoca la seccin de Fundamentos Tericos y se citanlas fuentes bibliogrficas aludidas.Laseccinestredactadadeformacoherente,salvoquizs algunos pocos errores de redaccin. Se presentan razonamientos que permitan llegara una (o varias) conclusin (conclusiones) en la siguiente seccin. El ttulo de la seccin est indicado. La(s)conclusin(es)est(n)basada(s)enladiscusinde resultados. Se indica el lmite de validez de la(s) conclusin(es). La(s)conclusin(es)est(n)redactada(s)correctamenteysinque de(n) lugar a ambigedades. La(s) conclusin(es) es(son) correcta(s). TOTAL:/10 PUNTOS TOTAL:/15 PUNTOS Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 30FACULTAD DE INGENIERA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS CAMPUS QUETZALTENANGO FISILAB 2011 PRCTICA #1 Fuerza de Coulomb Objetivos: Mostrar de forma cualitativa la fuerza de Coulomb Calcularusandomtodosindirectoslasfuerzasproducidasporcargaselctricaslocalizadas enesferassuspendidaspormediodehilosdelgadospreviamentecargadas,ascomolas cargas que producen dichas fuerzas. Equipo 2 esferas impregnadas con material conductor (con masa ya conocida) 1 Soporte universal 1 Nuez Doble 1 barra de aluminio 1 Lmina Acrlica (regla plstica) 1 pao de lana 1 regla de madera 1 escuadra de 25cm 45 Hilo de seda o polister 1fuentedeluz(estabombillaestmontadaen una base de madera) 1 fuente de voltaje 1 pantalla (con una hoja de papel sobre ella) Cinta adhesiva Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 31Procedimiento: a.Armarelequipotalycomosemuestraenlafigura1yfotografa1suspendiendolasesferasenloshilos,cuidandoquelasesferasquedenalamismaalturayrozndose ligeramente. Figura 1.Fotografa 1.Montaje del equipo b.Conecte la lmpara a la fuente de voltaje, regulando el brillo de la misma tal y como se lo indique el catedrtico. c.Calibreladistanciadelalmparahacialasesferas hasta que note que la sombra de las mismas queda bien definidaenlapantalla,talycomosemuestraenla fotografa 2. Fotografa 2.Ajuste de la sombra sobre la pantalla de papel Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 32d.Mida la distancia que existe desde la lmpara hasta la pantalla a esta medida asgnele la letra L, as como tambin la distancia que hay desde la lmpara hacia las esferas, a esta medida asgnele la letra l y coloque esta medidas en la casilla correspondiente de la tabla. Ver secuencia de fotografa 3.Anote estos datos. Fotografa3.Secuenciademedicinde distancias. e.Midaladistanciaaproximadaquehayentrelabarradealuminioylasesferas,taly como se muestra en la fotografa 4. Asgnele a esta medida la letra C, y antelo en la tabla. Fotografa 4.Medida de la barra hacia las esferas. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 33 f.Frotarlalminaacrlicaconelpao,hastaquequedecargada(sedebeorunligero chasquido) como se aprecia en la fotografa 5. Fotografa 5.Carga de la regla de acrlico por friccin. g.Cargar las esferas por induccin, tal y como lo indique el catedrtico y como se observa en lasecuencia de la fotografa 6. Las esferas quedarn levemente separadas. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 34 Fotografa 6. Carga por induccin. h.Medir y marcar en la pantalla de papel la distancia entre la sombra de las esferas como se observa en la fotografa 7, asgnele a esta medida la letra D y antelo en la tabla. Fotografa 7. Medicin de la separacin D de las esferas en la pantalla. DATOS RECOPILADOS. VariableValor en metros L+ l+ C+ D+ X+ Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 35 ANALISIS Y CLCULO. i.Lamedidadirectadelaseparacindeloscentrosdelasesferasnoesposible realizarla,debidoaquesedescargaran,porloqueesnecesariorealizarunamedida indirecta haciendo uso delos tringulos semejantes de la figura 2. Y de acuerdo con la nomenclatura indicada nos queda: DLlxlLXD) ( = = Figura 2. Conestaexpresinsepuedeobtenerlaseparacindelasesferas,notequelasD,L,lse pueden medir directamente. DibujeelD.C.LdelafiguraNo.3,yusandosusconocimientosdemecnicaparaelcasode cuerposenequilibrio,realiceelclculoparahallarlaFuerzaelctricaentrelascargasyla carga de cada una de ellas, Mediante este anlisis demuestre que la expresin para hallar la carga es: hmgXq302= D= separacin de lassombrasde las esferas sobre lapantalla. X=Separacin de las esferas. L=Distancia de la fuente de luz a lapantalla. l=Distancia del foco a las esferas. D Fuente de luz X l L C h Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 36 FACULTAD DE INGENIERA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS CAMPUS QUETZALTENANGO FISILAB 2011 PRACTICA #2 Cargas en movimiento y ley de Gauss. 1.Objetivos Construir un electroscopio y conocersu aplicacin para detectar cargas en movimiento. Demostrar de manera cualitativa mediante 4 prcticas la transferencia de cargas en materiales conductores y no conductores. Demostrar de manera cualitativa las caractersticas de la ley de Gauss para distribuciones de carga superficial enmateriales conductores y no conductores. 2.Marco terico: Comosevioenlaprcticaanterior existendosmanerasdetransferir cargaauncuerpo,porinduccinyporcontacto,amboscasosson aplicablestantoparaunmaterialnoconductorcomoparauno conductor,sabiendoqueesteltimodebeestaraisladodetierrapara evitar una fuga de dichas cargas, la ley de Coulomb ayuda a comprender la existencia de cargas en movimiento, as como introducirel concepto de fuerza electroesttica y campo elctrico, de esto se puede aseverar que cuando un cuerpo queda cargado positivamente este tiene ausencia decargasnegativas(electrones),delamismamanerasepuededecir quesiuncuerpoestcargadonegativamenteposeeexcesodecargas negativas (electrones). Ahorabien,cuandounadistribucindecargatieneunasimetra sencilla, es posible calcular el campo elctrico que crea con ayuda de la ley de Gauss. La ley de Gauss deriva del concepto de flujo del campo elctrico. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 37 Flujo del campo elctrico Elflujodelcampoelctricosedefine demaneraanlogaalflujodemasa.El flujodemasaatravsdeuna superficie S se define como la cantidad demasaqueatraviesadichasuperficie por unidad de tiempo. Elcampoelctricopuede representarsemedianteunaslneas imaginariasdenominadaslneasde campoy,poranalogaconelflujode masa,puedecalcularseelnmerode lneasdecampoqueatraviesanuna determinadasuperficie.Conviene resaltarqueenelcasodelcampo elctriconohaynadamaterialque realmentecirculeatravsdedicha superficie. UnasuperficiepuedeserrepresentadamedianteunvectordSde mduloelreadelasuperficie,direccinperpendicularalamismay sentidohaciaafueradelacurvatura.El flujo del campo elctrico es una magnitud escalar que se define mediante el producto escalar: Ley de Gauss El flujo del campo elctrico a travs de cualquier superficie cerrada es igualalacargaqcontenidadentrodelasuperficie,divididaporla constante 0. Lasuperficiecerradaempleadaparacalcularelflujodelcampo elctrico se denomina superficie gaussiana. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 38 Matemticamente, ParaaplicarlaleydeGaussesnecesarioconocerpreviamenteladireccinyel sentido de las lneas de campo generadas por la distribucin de carga. La eleccin de la superficie gaussiana depender de cmo sean estas lneas. 3.Materiales y equipo Regla de acrlico(plexigls) Pao de LanaBotella plstica de 500ml 2 latas de aluminio lavadas y secasVaso de duroport de 8 o 12onz Masking tape Tijera cuchilla Soporte universal Una barra de aluminio Un nuez doble Un pndulo de esfera conductora Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 39 4.Desarrollo de las prcticas: 4.1.Construccin de un electroscopio Un electroscopio es un instrumento que puede determinar la existencia deunexcesodecargasenuncuerpo,suconstitucinessencillacomo semuestraenlafotografa.Elcolectoreselqueseencargade detectar el exceso de carga de un cuerpo y de esta manera hace que la aguja se deflecte. Paralaconstruccindelelectroscopiosernecesariocontarconlos siguientes materiales de la lista. Vaso de duroport Lata de aluminio lavada y seca. Tijeras cuchilla Se seguirn los siguientes pasos. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 40 1.Con la tijera corte retire la tapa de la lata de aluminio. 2.Realiceuncortehorizontalylongitudinaldetalmaneraque ala lata le quede una pestaa tal y como aparece en la fotografa. 3.Halle el centro de la pestaa y realice un corte rectangular tal y como aparece en la fotografa. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 41 4.Hagaundoblezenformadegradatalycomosemuestraenla fotografa. 5.Con el resto de aluminio de la lata, fabrique la aguja con la forma indicadadejandosiempreunodelosextremosligeramentems largo. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 42 6.Realiceunltimocortetalycomoapareceenlafotografa,el cual servir como electrodo. 7.Coloquesuelectroscopiosobreelvasodeduroportcolocandola aguja en el lugar correspondiente con el extremo mas largo hacia abajo y listo! ya se tiene el electroscopio. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 43 Preguntaspor montaje: Qu funcin tiene la aguja en el electroscopio? Porquesnecesariomontarelelectroscopiosobreel vaso de duroport? 4.2.Uso del electroscopio. Elelectroscopioesuninstrumentocomoyasedijoutilizadopara determinar de manera muy sencilla la existencia de cargas en un cuerpo. Toque la pestaa inferior conun dedopara quitarcualquiercargaque pudieratenerelelectroscopio.Frotelaregladeacrlicofuertementeconel paodelanayacerqueligeramentelareglaconlapestaainferiorsinque hagacontacto.Vuelvaafrotarlavarillayrepitaelproceso.Observeel comportamientoenelapuntador(aguja)delelectroscopioyanotesus observaciones. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 44 Preguntas por montaje: Por qu se deflecta la aguja? Explique brevemente como funciona un electroscopio? 4.3.Demostracin de la ley de Gauss para superficies cargadas Para esta prctica demostrativa ser necesario contar con los siguientes materiales. Una lata de aluminio lavada y seca sin tapadera. Un pao de lana Una botella de plstico vaca y seca Una regla acrlica Un pndulo con esfera conductora Un soporte universalUna varilla de aluminio Una nuez doble Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 45Frote la regla acrlica con el pao de lana, introduzca el pndulo con la esfera conductora dentro de la lata sin tapadera sin que toque los bordes, acerque a un costado de la lata la regla cargada y anote sus observaciones. Preguntas por montaje: Qu sucede con la esfera que est dentro de la lata? explique Qumodelomatemticodescribiraelcampoelctricoenesta superficie? Y por qu? Nuevamente frote la regla acrlica con el pao de lana, introduzca el pndulo con la esfera conductora dentro la botella plstica sin que toque los bordes, acerque a un costado de la botellala regla cargada y anote sus observaciones. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 46 Preguntas por montaje: Qu sucede con la esfera que est dentro de la botella? explique Qumodelomatemticodescribiraelcampoelctricoenesta superficie? Y por qu? Segnelcomportamientodelaesferaenamboscasos,qupuededecir acercadelaestructuramoleculardelosmaterialesdelosqueesthecho cada recipiente?

NOTA: En su reporte deber incluir la respuesta de cada una de las preguntas que en cadaprcticaselehanrealizado,enestecasonohaydatoscalculadosnidatos obtenidos por lo que la ponderacin quedar de la siguiente manera: Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 47 Cartula 1.Resumen(Ponderacin: 15 %) 2.Fundamentos Tericos(Ponderacin: 10 %) 3.Diseo Experimental(Ponderacin: 10 %)4.Respuesta a las preguntas(Ponderacin: 25 %) 5.Explicacin de cada fenmeno(Ponderacin: 20 %) 6.Conclusiones(Ponderacin: 20 %) 7.Referencias Cuadro Vaco para la Evaluacin del Reporte(de acuerdo a la ponderacin anterior) Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 48 FACULTAD DE INGENIERA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS CAMPUS QUETZALTENANGO FISILAB 2011 PRACTICA #3 LINEAS EQUIPOTENCIALES Objetivos: Determinar la forma de las lneas equipotencialespara distribucionesarbitrarias de cargas, haciendo uso de papel conductor y papel pasante o calco.Introducirse al uso del multimetro digital en la escala de medicin de voltaje. Demostrar la simetra existente entre las lneas equipotenciales, segn el tipo de electrodo. Equipo 2 monedas de Q.0.05 1 Hoja de papel milimetrado 1 hoja de papel carbn 1 hoja de papel conductor 1 Multimetro Digital modelo1 fuente de poder de DC 2 conectores banana lagarto Procedimiento: 1.Coloque su multimetro en la escala de de 20V tal y como se muestra en la figura. 2.Calibrelafuenteaunvoltajede15Vdctalycomoloindiquesucatedrtico,elbornerojo representa el voltaje positivo de la fuente y el borne negro el voltaje negativo. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 49 3.Armar el equipo como aparece en la figura y como lo indique el catedrtico, 4.Alolargodelatrayectoriademedicinlocalizarporlomenos10puntosquecontenganel mismo potencial paralelos la monedaque acta comoelectrodo positivo, mquelos enla hoja de papel milimetrado anotar los voltajes a los que se da cada lnea e incluirlo en la adquisicin de datos de su reporte. 5.Repetirelpasoanteriorparalocalizarporlomenos8lneasequipotencialescalcndolas siempre en el papel milimetrado 6.Repetir todos los pasos anteriores, pero ahora eliminando con fichas de 25 centavos 7.Todas sus observaciones y conclusiones incluirlas en su reporte. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 50 FACULTAD DE INGENIERA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS CAMPUS QUETZALTENANGO FISILAB 2011 PRACTICA #4 Usando el Multimetro 1. OBJETIVOS: Aprender a utilizar de manera adecuada el multimetro o tester. Tener un acercamiento con las medidas que este instrumento puede realizar.Introducir el concepto de circuito, voltaje y corriente directa y resistencia elctrica de un elemento. Aprender a medir ohmios de un elemento resistivo, corriente y voltaje en un circuito. 2. MARCO TERICO: QU ES VOLTAJE Y CORRIENTE? Conforme avance su curso Ud. comprender de manera mas profunda el origen de la resistencia elctrica,voltaje y la corriente, a continuacin se brindar un concepto sencillo ygeneralquecumplaconlomnimoquenecesitaUd.saberparaelcorrectousodel multimetro. Enelladoizquierdodelafigura1sepresentauncircuito(lazocerrado)deuna tuberadeaguayunabomba,latuberaestllenadeagua,detalmaneraquecuandola bombaestapagadaelaguapermaneceenlatuberasinmoverse,sinembargoal encenderla,seproduceuncaudaldentrodelamisma,talcomoseexponeenlafigura,lo cual significa que la fuerza motriz para mover el agua, la produce la bomba. Enel ladoderechode lafigura1sepresenta,uncircuitoelctrico (lazocerrado)formadoporunapilaelctricayunabombilla,aligualquelaredmostradaenlafigura izquierda,laqueproduceunflujodeelectronesparaencenderlabombillaeslapila,esta ultimaledalafuerzaelectromotriz(conocidacomof.e.m.)aloselectroneslibresdel conductor para formar la corriente elctrica. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 51Figura 1. Analoga de un circuito hidrulico y uno elctrico. En conclusin se puede decir que la corriente elctrica es la cantidad de electrones que circula dentro de un conductor respecto al tiempo y para que exista depender de una fuerza electromotriz que la produzca. La corriente elctrica se mide en amperios A y el voltaje se mide en voltios V. TIPOS DE VOLTAJE Existen dos tipos de voltaje, elvoltaje alterno Vca(Voltaje de corriente alterna)y el voltaje directo Vdc(Voltaje en corriente directa). Voltaje Alterno Vca. Este est representado por una onda senoidal, ya que este cambia de direccin con eltiempo,talycomosemuestraenlafigura2delladoizquierdo,elvoltajealternoesel quellegaanuestrascasaspormediodelaredelctrica,poseeunVRMS=120Vyuna frecuencia de 60hz. v ACDC T Figura 2. Representacin grfica de un voltaje alterno y uno directo Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 52Voltaje Directo Vdc Estevoltajepermaneceenunasoladireccinynola vara respectoaltiempo,este es que el producen, las pilas, las bateras, los cargadores de celular, los cargadores de laptop, las fuentes de computadora, etc. la forma de representar este voltaje se evidenciaenlafiguraanteriorderecha,alolargodelcursoesteserelquese utilizar para el desarrollo de todas las prcticas de laboratorio a diferentes valores segn sea el caso. RESISTENCIA ELCTRICA Igual que la resistencia que presenta la tubera al paso de un fluido a travs de ella, assucedecuandocirculaunacorrienteelctricadentrounconductor,elconductor presentar cierta oposicin al flujo de corriente, esto es lo que se conoce como resistencia elctrica R y se mide en ohm, el smbolo que representa a esta unidad es . El smbolo elctrico de la resistencia espor lo cual a la hora de realizar un circuito, es necesario esquematizar utilizando este smbolo, con una etiqueta R.Los elementos resistivos poseen un cdigo de colores, el cual se expone en la pgina 17 de este manual (ser necesario aprenderlo para la prueba corta de esta unidad). FUENTES PRODUCTORAS DE VOLTAJE Y SU SIMBOLOGA. Lasfuentesproductorasdevoltajesonvariadas,lasmselementalessonlaspilas, luegolesiguenlasbaterasyporultimolasfuenteselctricaslascualesseconectanal tomacorriente,elcolorrojorepresentarsiemprelaterminalpositivayelcolornegro representar la terminal negativa. Acontinuacinsemuestranlossmbolosutilizadospararepresentarcadaunade ellas. BateraFuente de Voltaje VdcPila Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 53Fuente de alimentacinde CD de la prctica Descripcin: Algunas fuentes brindan dos tipos de voltaje. a)Voltaje directoCD que se puede variar de 0 a 15 volts cuya salida se simbolizapor las terminalesrojo (+) y negro (-);viene dos indicadores para medir voltaje y corriente en ampere solo en DC con un rango de 0 a 5 A. b)Voltaje alterno AC no variable (o fijo) con un valor eficaz de35 volts la salida sesimboliza por las terminales de color verde(Notodas las fuentes de voltaje vienen equipadas con salida de corriente alterna). Cuidado de la fuente: segn indicaciones del fabricante, el mximo de corriente permisible es de 3 A,para evitar que se dae el equipo no se debe:Juntar las terminales roja y negro por un alambre conductorNosobrepasarlacorrientemxima,paraellomedirlaresistenciadeentradadel circuito, la cual no debe ser muy baja. MULTIMETRO:Elmultmetroeselaparatomscomndelosinstrumentosdemedicinelctrica.La siguientemuestraunmultimetrodigital,semejantealqueseusarenalgunasprcticasde laboratorio, este instrumento agrupa en un solo modulo un voltmetro para medir diferencia de potencial (o voltaje)DC y AC; un ampermetro para medir la corriente en DC,un Ohmimetro paramedirresistencias,tambinposeeunzcalomedidordetransistoresydiodos,para verificar si estn en buen estado, como cualquier instrumento de medicin, el fabricante indica en sus especificaciones la tolerancia del mismo, es decir el rango de incerteza existente al momentoderealizarunamedicin.Enlafigura3semuestraunamultimetrobsicocomoel que usar en la presente prctica. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 54 Figura 3. Multimetro digital bsico Descripcin del plano frontal: 1 Pantalla 2 Perilla selectora de funciones, escalas y encendido. 3 - Conexin de la polaridad negativa (o tierra)de la punta de medicin color negro.4 Conexin de la polaridad positiva de la punta de medicin para medir voltajeyresistencia color Rojo. 5- Conexin para medir corriente en mA. 6-Conexin para medir corriente mxima de 10A. Cuidadodelmultimetro:segnindicacionesdelfabricante,elmximodecorriente permisibleenmedicinesde10Aparaelmultimetrodeesta.Paraevitarquesedaeel equipo NO se debe:Medir corriente cuando el selector est en la posicin de Voltios u ohmios. Medir voltaje cuando la perilla se halla en la posicin de corriente u ohmios. Sobrepasar la corriente mxima indicada por el fabricante. 1 2 4 Escala de Ohms Escala de Vdc Escala de Corriente dc 3 5 6 Botn de encendido Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 55 3. EQUIPO Fuente de alimentacin DC 1 Multimetro Digital2 resistencias de 100ohm 1 resistencia de 47ohm 2 conectores lagarto-lagartorojo y negro respectivamente. Y Alambre para protoboard 4.PROCEDIMIENTO Y DESARROLLO DE LA PRACTICA 4.1 Calibrar fuente a 6 Voltios de DC Coloque las puntas de prueba al multmetro (roja en + y negra en -)de abajo ColoquelaperillaselectoraenlafuncindevoltajeDC,enelrangoadecuadoeneste casoenlaescalade20V(dadoquelafuentedealimentacinprovee15Vdcelrango adecuado ser de 0 a 20 V) Calibre la fuente al valor de voltaje especificado por la prctica. Figura 4. Forma de medir el voltaje para calibrar la fuente. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 56CUIDADO: En el momento de tomar la medida, asegrese que la perilla indicadora del multmetro, este en la posicin para medir voltaje en DC. Asegrese que la perilla indicadora est colocada en el rango apropiado de la tensin que se desea medir. Si la tensin a medir se desconoce, se recomienda comenzar con el rango ms alto (1000 V), de no ser apreciable la lectura, disminuya el rango, hasta obtener una lectura apropiada a ser medida. Siempre que lapantalla marque un signonegativoindica que la polaridadde sus puntasde conexinestnensentidocontrarioalusual,intercambielaspuntasdeconexinenel circuito o componente, 4.2Arme en el protoboard el circuito que se muestra en la figura 5. 4.3Muevalaperilladesumultimetroalaposicindeohm,enlaescalade 2000(enestaescalaelmultimetrotendrcapacidaddemedirvaloresde resistenciaentre1ohmy2000ohm),coloquelaspuntastalycomose muestraenlafigura5yanotesuresultadoenlacasillacorrespondiente de la tabla. Figura 5. Forma de medir la resistencia total del circuito NOTA: No conecte el multimetro hasta estar seguro que todo est bien armado. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 57 4.4Conecte lafuentecalibradaa6Vdctalcomosemuestraenlafigura6, ajuste la perilla de su multimetro en la escala de 20 voltios (en esta escala el multimetro tiene la capacidad de medir voltajes que van desde 1V hasta 20V)ymidaelvoltajeencadaunadelasresistenciasanotandosus resultados en la casilla correspondiente de la tabla. NOTE: que para medir voltaje es necesario colocar el multimetro en paralelo con la resistencia. Figura 6. Forma de medir el voltaje en cada elemento resistivo 4.5Conecte lafuentecalibradaa6Vdctalcomosemuestraenlafigura7, ajuste la perilla de su multimetro en la escala de 200mA (en esta escala el multimetrotienelacapacidaddemedircorrientesquevandesde1mA hasta200mA)ymidalacorrientequecirculaenelcircuitoanotesus resultadosenlacasillacorrespondientedetabla.NOTA:paramedir corriente es necesario colocar el multimetro en serie en el circuito, lo cual hace necesario abrirlo para lograr una correcta medicin. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 58 Figura. 7. Medicin de corriente en un circuito CUIDADO: Verifique siempre antes de medir corriente que su multimetro est en la posicin de medir corriente. Si no est seguro de en que rango se halla la corriente a medir siempre seleccione la escala de corriente mas alta que posea su multimetro Nunca mida un voltaje cuando el multimetro est en las escala de corriente, podra daarlo permanentemente o quemar su fusible de seguridad. La corriente siempre se mide en SERIE. NoMedicinValor Incerteza calculada Representacin del valor con su incerteza 1Resistencia total del circuito Rt=_______()Rt=_______()Rt =______ +______ 2Voltaje en cada resistencia VR1=_______(V) VR2=_______(V) VR3=_______(V) VR1=_______(V) VR2=_______(V) VR3=_______(V) VR1 =______ +_____ VR1 =______ +_____ VR1=______ +_____ 3Corriente del circuitoI=_______(A)I=_______(A)I =______ +______ Tabla de adquisicin y clculo de datos. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 59FACULTAD DE INGENIERA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS CAMPUS QUETZALTENANGO FISILAB 2011 PRACTICA #5 DETERMINACION DE LA RESISTIVIDADEN UN MATERIAL Objetivos: Determinarelvalordelaresistividaddeunalambredenicromoycompararloconunvalor terico. Comprobardemaneraexperimentalladependenciaqueposeelaresistenciaelctricadeun material con la longitud y el rea. Comparar los valores obtenidos de la medicin directa con los calculados. Materiales a Utilizar: a.Medio metro de alambre de nicromo b.Una cinta mtrica c.2 multimetros d.4 cables de conexin Banana-Banana e.Un restato o Potencimetro f.Dos cables de conexin lagarto lagarto g.Una fuente de voltaje de DC o equivalente h.Cinta adhesiva Desarrollo de la prctica: Calibre la fuente de voltaje a 1.5 VCD midindola en sus bornes. Conecte la fuente de voltajeArmeelcircuitotalycomoapareceenlafigura1colocandounmultimetro para medir corriente y otropara medir voltaje Conla fuente apagada,calibre el multimetro de corriente para una escala de 200mA(verificando que este se halla en serie ) y el multimetro de voltaje aunaescalade20Vdc(verificandoqueestesehallaenparaleloconel alambre). Coloqueellagartonegroenunextremodelalambre(verfigura2)yel lagarto rojo para una longitud de separacin entre lagarto y lagarto de 15cm. Cierreelinterruptordecuchillayvarelentamenteelrestato(o potencimetro) anotando 7 variaciones de voltaje y corriente en la tabla 1. Repitaelpasoanteriorpara30cmyposteriormente45cmdeseparacin anotando sus resultados en la tabla 2 y tabla 3 respectivamente. RealiceungrficoenelmacrodeExcel,deVvrsIparalastresdistintas longitudes Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 60Interprete la pendiente qu representa en el alambre? Midaconelmultimetrolaresistenciaparacadalongitudyantelaenel espacio correspondiente. Halle el valor de la resistividad para cada longitud y obtenga un promedio de la mismay comprela con el valor terico para el nicromo. Calcule sus incertezas para cada caso. Figura 2. Diagrama de conexin del circuito Dimetrodel nicromo =0.19mmA=______ _______m2 Longitud L 1=_____ ______mNoV(voltaje)I(corriente) 1 2 3 4 5 6 7

Resistividad =________ __________ -m Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 61Resistencia terica R1=________ __________ Resistencia Medida con el Multimetro:__________ Longitud L2 =_____ ______m NoV(voltaje)I(corriente) 1 2 3 4 5 6 7

Resistividad =________ __________ -m Resistencia terica R2=________ __________ Resistencia Medida con el Multimetro: __________ Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 62Longitud L3 =_____ ______m NoV(voltaje)I(corriente) 1 2 3 4 5 6 7

Resistividad =________ __________ -m Resistencia terica R3=________ __________ Resistencia Medida con el Multimetro: __________ Realice sus anotaciones y analice los datos para su reporte, comparando los valores obtenidos para el nicromo con valores de tabla ya establecidos. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 63FACULTAD DE INGENIERA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS CAMPUS QUETZALTENANGO FISILAB 2011 PRACTICA # 6 ANALISIS DE CIRCUITOS Y USO DE UN SIMULADOR Objetivos: a.Realizarmedicionesendistintostiposdecircuitosresistivosdemostrandolos fundamentos tericos aprendidos previamente para su anlisis. b.Familiarizarse con el uso de simuladores de circuitos elctricos y electrnicos c.Compararlosvaloresobtenidosenlasmedicionesconlosvaloresobtenidosenel simulador d.Utilizar el cdigo de colores para poder determinar el valor de las resistencias. Equipo: Un multimetro Un protoboard Seis resistencias de distintos valores Una fuente de voltaje Lagartos y alambres de conexin Procedimiento Realiceunalistadelosvaloresdecadaunadelasresistenciashaciendousodel cdigo de colores y antelos en la tabla 1, en la casilla correspondiente. Midaconsumultimetroelvalordecadaresistenciayanteloenlatablaensu respectiva casilla. Arme el circuito 1 y 2 resulvalo tericamente anotando sus resultados, posterior a ello mdalo con el multimetro y compare sus resultados.Calibre la fuente a un valor de voltaje de6VDC

Arme la malla que se le presente en el circuito 3 resulvala tericamente lo que se le pide por el mtodo que se le indica anotando sus resultados, posterior a ello mida con el multimetro y compare sus valores obtenidos con los calculados previamente. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 64Datos obtenidos. ResistenciaValor en ohm, usando cdigo Valor en Ohm, usando multimetro Tolerancia segn cuarta franja. R1 R2 R3 R4 R5 R6 Vf(voltaje de la fuente):__________________V Fig 1Fig 2 ReqTeorico:_________________ ReqTeorico:_________________ ReqExperimental:______________ ReqExperimental:______________ Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 65b) Analizar el circuito por el mtodo de mallas Calcular: 1.Corriente en malla 1 y malla 2 2.Voltaje en R1 3.Voltaje en R4 4.Corriente total del circuito IncgnitasValores obtenidos tericamente Valores medidos con el multimetro I1(A) I2(A) VR1(V) VR2(V) It(A) USO DE LOS SIMULADORES: Enlaactualidadexistenunagrancantidaddesimuladoresquepuedenfacilitarlalabor docente y de esta manera facilitar en gran medida, la comprensin deconceptos que deben saber nuestros estudiantes. En fsica de tienen herramientas como Physlet, Clicker,Compasscourse, MATLAB, etc. Sin embargo para el rea de electrotcnica existen algunos ms especficos y amigables, como son Workbench, Multisim, Live Wire, Labview Orcad, etc. Paralosejerciciosquesedescribieronanteriormente,sernecesariousarelLiveWire, queesunprogramadefciladquisicin,conunambientemuyamigable,quegustaporsu Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 66sencillezyamplioespectrodeutilidad,conelserposiblesimularunagrancantidadde circuitos,pasivosyactivos,previoalarealizacinconelementosreales.Conesta herramientasepuedecorroborarlateoradecircuitossinnecesidaddecomprarlos elementos y armarlos, posee un alto grado de confiabilidad. La pantalla principalse visualiza as: Enlosconosdelapartesuperioraparecerntodaslasherramientasnecesariaspara nuestrassimulaciones,ycuandoyasetengaelcircuitoarmadoseactivaeliconoplaylocalizado y se inicia la simulacin. NOTA: Simulartodosloscircuitosquerealizpreviamente,siguiendolasindicacionesdesu catedrticoy comparare sus resultados. Qu puede concluir de sus resultados obtenidos en las distintas formas de adquisicin? Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 67 FACULTAD DE INGENIERA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS CAMPUS QUETZALTENANGO FISILAB 2011 PRACTICA #6 CIRCUITOS RC ObjetivosComprender el funcionamiento y aplicaciones de los circuitos RC DeterminarmediantemtodosexperimentaleselvalorrealdelacargaQ,la corriente I y el voltaje V, para un tiempo definido en el capacitor Comparar los datos obtenidos tericamente con los hallados experimentalmente. Lista de Materiales Fuente de voltaje Regulada 1 Capacitor de 4700microfaradios 1 Resistor 33Kohm 1interruptoron-off(noapareceenla fotografa) 2 cables lagarto-lagarto 1 multimetro1 cronometro(no aparece en la fotografa) Alambre para conexin de protoboard. Figuras. Figura 1 Figura 2 v Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 68Expresiones: Vc=Vf(1-e-t/RC) I(t)=(Vf/R)e-t/RCQ(t)=VfC(1-e-t/RC) (1)(2)(3) Procedimiento : 1.Armeenelprotoboardelcircuitomostradoenlosdiagramasdelafigura1y2, tomando en cuenta la polaridad del capacitor. 2.Ajuste la fuente para un voltaje de 12V(mximo, no exceda este valor) 3.En la casilla de datos tericos de latablaanote el valor del capacitor y el resistor (use el cdigo de colores para este), y calcule la constante de tiempo . 4.Introduzcalosvaloresobtenidosenelpasoanteriorenlaexpresin1ycalculeel tiempo necesario en minutos para que el capacitor alcance un voltaje de 6V, y antelo en la casilla correspondiente de la tabla (datos tericos). 5.Del inciso anterior calcule la carga y corriente para ese tiempo y antelo en su tabla en la casilla correspondiente. 6. Cierre el interruptor y active en ese instante el cronometro, detngalo hasta que el multimetro marque un voltaje de 6V. 7.Anoteeldatoanteriorensutablaenlacasilladedatosexperimentalesy comprelos. 8.Apaguelafuenteyextraigadeltableroelresistor,mdaloconsumultimetroy anote ese dato en su tabla en la casilla de datos experimentales, haga lo mismo con sufuentedevoltajeydespejeelvalordelcapacitordesuexpresin1yantelo tambin.CUIDADO!!!:recuerdequeelcapacitoranpuedeestarcargado, descrguelo cortocircuitando las patas entre si. 9.Coneltiempoobtenidoensegundosylosdatosexperimentalesdelincisoanterior calculeelvalorrealdellacorrientehaciendousodelaexpresin2,anotndolo siempre en su tabla. 10. Arme el circuito de la figura 2 en su tablero, conecte la fuente y compruebe segn suclculoanteriorsilacorrientellegaalvalorcorrespondienteeneltiempo estimado, calcule tambin la carga del capacitor. Recuerde que el ampermetro est en serie. 11. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 69 Tabla. Datos tericos y experimentales Datos TericosDatos experimentales Resistor,R++ Capacitancia, C++ Tiempo, t++ Constante de tiempo, ++ Voltaje en el capacitor, Vc++ Corriente en el capacitor, I++ Carga en el capacitor Q++ NOTA: No se le olvide colocar las unidades de cada elemento y en el resultado,realicela comparacin de los valores calculados con los observados segn cdigo de colores y etiqueta en el capacitor. Creacin y Edicin: Ing. Salvador Tuna Aguilar Coordinador De Laboratorios de Fsica Campus Central 70 Lacienciaentodossusmaticesesalgoapasionante,sinellalavidaperderasu razndeser,lacienciaesesasinapsisqueunealserhumanoconDios,esel lenguaje con el cual nos entendemos con la naturaleza, sin ella nuestro suspiro de existencia estara en tinieblas(Salvador Alejandro Tuna Aguilar)