Informe de Laboratorio, Campo Eléctrico y Superficies Equipotenciales

Saludos cordiales a todos los lectores de mi espacio en Internet, en esta oportunidad, me doy el tiempo de compartir con ustedes este informe de laboratorio, de la Facultad de Ingeniería mecánica Eléctrica de la Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo, el cual desarrollé cuando cursaba el 4to ciclo de mi carrera, para el curso de Electricidad y Magnetismo, un laboratorio experimental bastante conocido y propuesto en muchas facultades de ingeniería y física, dada su simplicidad de elaboración y complejidad de fenómenos involucrados, los cuales se hacen presente y se muestran para su visualización, espero que se tome como guía o referencia.

Pueden tener una vista de todo mi trabajo a continuación, en formato PDF. Si desean tener el archivo original, editable en formato .docx también está a su disposición, el enlace a su descarga se encuentra luego de la vista previa del PDF, al final de esta entrada.

Agradecer no cuesta nada.

Puedes descargar el archivo en formato editable .docx en el siguiente enlace:

Descarga - Informe de laboratorio - Campo eléctrico y superficies equipotenciales

Si no puedes utilizar ninguno de los métodos anteriormente descritos, aquí la información que necesitas (Para ver las imágenes es estrictamente necesario que descargues alguno de los archivos arriba mencionados):

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo

Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica

“Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación”

Líneas de campo eléctrico y superficies equipotenciales

CURSO:

Electricidad y Magnetismo

       

DOCENTE:

Msc Gutierrez Atoche Egberto Serafín

CICLO:

                            

                     IV

Alumno:

                     

Ramirez Montenegro Dante

LAMBAYEQUE   16/03/15

INFORME DE LABORATORIO

              I.        TÍTULO: Determinación de campos electrostáticos

            II.        OBJETIVOS:

1.    GENERAL

 

ü  Dibujar líneas de campo eléctrico para diferentes configuraciones de carga   y encontrar magnitudes de campo eléctrico a partir de las líneas equipotenciales.

ü  Encontrar superficies equipotenciales para diferentes distribuciones de carga

2.    OBJETIVOS ESPECÍFICOS

ü  Observar la variación del potencial eléctrico producido por distribuciones continuas de carga con diversas geometrías.

ü  Evidenciar las relaciones existentes entre superficies equipotenciales y líneas de campo eléctrico.

ü  Hallar los puntos de igual potencial y trazar a partir de ellos las líneas equipotenciales.

ü  Comparar la relación entre la forma geométrica de las distribuciones de carga y las líneas equipotenciales.

ü  Dibujar las líneas de campo a partir de las líneas equipotenciales

ü  A partir de una gráfica de voltaje en función de las coordenadas determinar la magnitud del campo eléctrico.

ü  Aplicar el conocimiento teórico de la Física en  la realización e interpretación de experimentos.

ü  Construir y desarrollar argumentaciones válidas, identificando hipótesis y conclusiones.

ü  Demostrar destrezas experimentales y métodos adecuados de trabajo  en el laboratorio.

ü  Identificar  los elementos  esenciales   de una  situación compleja , realizar  las aproximaciones  necesarias  y construir modelos  simplificados  que  la describan  para  comprender   su comportamiento  en otras situaciones.

ü  Demostrar hábitos de trabajo en equipo involucrando el rigor científico, el aprendizaje y disciplina.

ü  Actuar  con responsabilidad   y ética  profesional, manifestando  conciencia  de solidaridad  y justicia  y respeto  por el medio ambiente.

ü  Buscar, interpretar  y utilizar   literatura científica.

ü  Comunicar  conceptos  y resultados científicos  en lenguaje escrito  para su divulgación.

           III.        Fundamentos Teóricos

·         Campo eléctrico

El campo eléctrico se define como la fuerza eléctrica por unidad de carga. La dirección del campo se toma como la dirección de la fuerza que ejercería sobre una carga positiva de prueba. El campo eléctrico está dirigido radialmente hacia fuera de una carga positiva y radialmente hacia el interior de una carga puntual negativa.

·         Potencial eléctrico:

El potencial eléctrico o potencial electrostático en un punto, es el trabajo que debe realizar un campo electrostático para mover una carga positiva desde dicho punto hasta el punto de referencia,1 dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga positiva unitaria q desde el punto de referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica a velocidad constante. Matemáticamente se expresa por: V=W/q. El potencial eléctrico sólo se puede definir para un campo estático producido por cargas que ocupan una región finita del espacio.

La unidad del Sistema Internacional es el voltio (V). Todos los puntos de un campo eléctrico que tienen el mismo potencial forman una superficie equipotencial

·         Superficie equipotencial, y líneas equipotenciales:

Las líneas equipotenciales son como las líneas de contorno de un mapa que tuviera trazada las líneas de igual altitud. En este caso la "altitud" es el potencial eléctrico o voltaje. Las líneas equipotenciales son siempre perpendiculares al campo eléctrico. En tres dimensiones esas líneas forman superficies equipotenciales. El movimiento a lo largo de una superficie equipotencial, no realiza trabajo, porque ese movimiento es siempre perpendicular al campo eléctrico.

·         Voltímetro:

Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.

·         Electrodo:

Un electrodo es un conductor eléctrico utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito, por ejemplo un semiconductor, un electrolito, el vacío (en una válvula termoiónica), un gas (en una lámpara de neón), etc. La palabra fue acuñada por el científico Michael Faraday y procede de las voces griegas elektron, que significa ámbar y de la que proviene la palabra electricidad; y hodos, que significa camino

·         Galvanómetro

Un galvanómetro es un aparato que se emplea para indicar el paso de pequeñas corrientes eléctricas por un circuito y para la medida precisa de su intensidad. Como veremos su funcionamiento se basa en fenómenos magnéticos.

El galvanómetro consta de una aguja indicadora, unida mediante un resorte espiral, al eje de rotación de una bobina rectangular plana, que está suspendida entre los polos opuestos de un imán permanente.

En el interior de la bobina se coloca un núcleo de hierro dulce, con el fin de concentrar en ella las líneas de inducción magnética.

·         Relación entre la dirección y sentido del campo eléctrico con base en los diagramas de las  superficies equipotenciales.

Sabemos por nuestra teoría revisada anteriormente que las líneas de campo eléctrico son siempre perpendiculares a las superficies equipotenciales, y sabemos por nuestra matemática Básica I, que cuando se presenta esta ecuación:

se sabe que un campo cuyo rotacional es cero puede ser descrito mediante el gradiente de una función escalar , conocida como potencial eléctrico:

1.    MATERIALES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS, SOFTWARE, HARDWARE  O EQUIPOS:

Ø

Fuente  de voltaje DC

Ø Cables de conexiones

Ø  

Sulfato cúprico

Ø  Voltímetro

Ø  Papel milimetrado

Ø  Agua y cubeta transparente

2.    PRECAUCIONES CON LOS MATERIALES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS Y EQUIPOS  UTILIZAR  :

Ø  Evitar que cuando los cables estén conectados a la fuente  puedan hacer

    contacto y generar un corto

Ø  Evitar que los electrodos se muevan durante la medición. 

3.    PROCEDIMIENTO, METODO O ACTIVIDADES:

1.      Armar el esquema:

2.      Depositar agua en la cubeta hasta una altura aproximada de 0.5 cm, con una pequeña cantidad de sulfato cúprico o sal.

3.      Colocar los dos electrodos en forma de anillos en el agua sal y conectarlos a la fuente de voltaje

4.      Colocar una hoja de papel milimetrado debajo del vidrio de tal manera que le permita observar claramente las posiciones de la sonda.

5.      Conectar el voltímetro de acuerdo con el circuito de la figura 1

6.      Disponer en la fuente de tensión una diferencia de potencial menor de 10 voltios y conectar la fuente a los electrodos.

7.      Conectar el extremo negativo (o común) del voltímetro al electrodo negativo. El extremo positivo del voltímetro, al que se llamará  “Explorador” se mueve dentro del agua.  Observar como varía el potencial cuando lo desplazamos del electrodo positivo al negativo.

8.      Con el explorador busque en la cubeta puntos que tengan igual potencial, por ejemplo 2 voltios. Traslade esos puntos a una hoja de papel milimetrado.(tome por lo menos 8 puntos diferentes todos a 2 voltios). Únalos con una línea continua, línea equipotencial,

9.      Repita la operación anterior para 5 voltajes diferentes. ¿Varía el potencial al interior del anillo?

10.  Trazar las líneas de campo eléctrico de acuerdo al planteamiento teórico.

11.  Repita el procedimiento anterior para electrodos de las siguientes formas:

a)    Dos láminas paralelas entre sí

b)   Dos aros concéntricos

ANEXOS

Tabla de puntos extraídos para graficar las superficies equipotenciales de la configuración lineal

Fijo Móvil	0,0	(0,-6)	(-8,5)
	(1,0)	(-1,-6)	(-1,5)
	(2,0)	(-2,-6)	(-3,5)
	(3,0)	(-3,-6)	(-3,5)
	(4,0)	(-4,-6)	(-4,5)
	(5,0)	(-5,-6)	(-5,5)
	(6,0)	(-6,-6)	(-6,5)
	(7,0)	(-7,-6)	(-7,5)

Gráfica de los puntos encontrados:

 

Ecuación que representa los puntos encontrados:

Dado que la derivada de una constante es = o, éste sólo es una de las líneas de campo eléctrico. Las demás líneas de campo eléctrico son las siguientes (Perpendiculares a las superficies equipotenciales):

Líneas de campo eléctrico

Tabla de puntos extraídos para graficar las superficies equipotenciales en la configuración de dos cátodos en forma de anillo.

Fijo Móvil	0,0	(-1,0)	(-2,0)	(-4,0)	(-7,0)	(-9.0)
	0,1	(-1.1,1)	(-2.1,1)	(-4.1,1)	(-7,1)	(-9.2,-2)
	0,2	(-1.2,2)	(-2.2,2)	(-4.2,2)	(-7.1,2)	(-9.6,-3)
	0,3	(-1.3,3)	(-2.3,3)	(-4.3,3)	(-7.2,3)	(-10,4)
	0,4	(-1.4,4)	(-2.4,4)	(-4.4,4)	(-7.3,4)
	0,5				(-7.8,6)
	0,6				(-9.8,6)
	0,7				(-9.7,10)

Gráfica de los puntos encontrados:

Ecuación que representa los puntos encontrados:

Ecuación de las líneas de campo eléctrico: