LABORATORIO DE FÍSICA LABORATORIO UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLÍN ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO PRÁCTICA N°: 4
TEMA : CAMPO ELÉCTRICO
1. OBJETIVOS
Determinar un método para para hallar el campo eléctrico a partir del potencial eléctrico. Obtener experimentalmente la magnitud y dirección del campo eléctrico en un punto para una configuración de electrodos. Trazar líneas de campo eléctrico eléctric o para dos configuraciones configuracione s de electrodos. Comprobar algunas propiedades del campo eléctrico en presencia de materiales conductores.
2. MATERIALES 2.1. Equipo por Grupo de Trabajo
1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1
Cubeta. Fuente de voltaje DC. Multímetro digital. Cables Cable s banana - banana. Electrodos paralelepípedo rectangular. Electrodo cilíndrico macizo. “Compas” de acrílico. Vaso metálico. Paño limpiador. Hoja plastificada. plastific ada. Borrador tipo miga de pan
2.2. Equipo para todo el Salón
Recipiente dispensador de agua. Recipiente para colectar agua.
3. FUNDAMENTO TEÓRICO La definición básica de potencial eléctrico trayectoria W a → b por unidad de carga:
corresponde al trabajo realizado en una
V
= − = − ⃗ ∙∆ Pero a su vez la definición de campo eléctrico E corresponde a fuerza eléctrica por unidad de carga ( ), por lo tanto:
= ⃗
Δ = − = − ⃗∙∆ = − ∙ ∆ = −( ∆) Cos
Para el caso de variación máxima Cos θ = 1, podemos escribir:
Δ = − ∆ ⟹ = − ΔΔ En una notación mucho más rigurosa esta última expresión corresponde al gradiente del potencial, es decir, el campo eléctrico es menos el gradiente del potencial eléctrico, situación que tiene enormes repercusiones teóricas. Nos vamos a provechar de una de las propiedades del gradiente, la cual es que determina la máxima variación de la función. En nuestro caso, podemos afirmar que el gradiente del potencial eléctrico corresponde a la máxima variación de la función potencial y cuyo negativo concuerda con la dirección del campo eléctrico. En el procedimiento descrito a continuación encontraremos la dirección de mayor variación del potencial eléctrico y la marcaremos, pues en dicha dirección está el campo eléctrico.
4. PROCEDIMIENTO 1) Coloque la hoja plastificada sobre la mesa y encima de ella coloque la cubeta y ubique los electrodos de tal forma que coincidan con el diagrama que hay en la hoja plastificada. Trace con un lápiz sobre el fondo de la cubeta el contorno de cada uno de los electrodos, esto último con el objeto de tener una orientación para reubicar los electrodos en el caso de ser movidos. 2) Utilice el vaso metálico para traer agua desde el dispensador hasta la mesa. Verter el agua en la cubeta. Conecte la fuente de tal forma que el borne negativo le corresponda al electrodo en forma de cilindro. 3) Encienda la fuente, varíe su voltaje de salida hasta obtener 12 VDC.
4) Seleccione en el multímetro la correspondiente escala de voltaje y enciéndalo (tenga en cuenta las indicaciones dadas en el primer laboratorio sobre el manejo del multímetro). 5) Mida voltaje entre los electrodos, si esta medida da muy diferente a la que muestra la fuente, solicite la asesoría del monitor o profesor. 6) Para esta configuración de electrodos, dibuje las líneas de campo eléctrico realizando el siguiente procedimiento: 6.1. Coloque dentro de uno de los agujero del compás de acrílico la punta positiva del multímetro y ubique el compás dentro de la cubeta sobre el punto marcado como A, de tal forma que el borne positivo del multímetro quede sobr e el punto más cerca al electrodo (ver Figura 1).
Figura 1. Buscando la dirección del campo eléctrico. 6.2. En el agujero libre del compás ubique la terminal negativa del multímetro. Note que utilizando la terminal positiva del multímetro como pivote (punto fijo) y girando el compás de acrílico (moviendo la terminal negativa del multímetro) la lectura del multímetro ira cambiando; gire lentamente hasta encontrar el punto para el cual el voltaje registrado por el multímetro SEA MÁXIMO (en dicha orientación va el gradiente del potencial eléctrico). 6.3. Solicítele a su compañero que utilice un lápiz y trace en el fondo de la cubeta una recta que una las dos puntas de los terminales del multímetro, en este instante se estará marcando la dirección de mayor variación del voltaje. No olvide que el negativo de esta dirección coincide con la dirección del campo eléctrico en dicho punto. 6.4. Levante el terminal negativo del multímetro, y desplace el terminal positivo con compás y todo hasta ubicarlo sobre el punto que estaba el terminal negativo. Reinserte el terminal negativo en el compás de acrílico y girando el compás encuentre un punto tal que el voltaje registrado por el multímetro SEA MÁXIMO. Nuevamente, trace en el fondo de la cubeta una recta que una las dos puntas de los terminales del multímetro. 6.5. Repita el procedimiento anterior hasta llegar cerca al otro electrodo. Si mira, sobre el fondo de la cubeta quedó trazada una línea de campo eléctrico. 6.6. Antes de continuar, póngase de acuerdo con su compañero para definir la dirección del campo eléctrico sobre la línea que acaban de trazar.
7) Utilizando la anterior metodología dibuje una segunda línea de campo eléctrico partiendo del punto B de la hoja plastificada. Luego dibuje líneas de campo eléctrico pero partiendo de los puntos C, D y E respectivamente. 8) Una vez terminado: retire las conexiones de la fuente, retire los electrodos, vaciar el agua de la cubeta en el lugar que se le indique y seque la misma teniendo el cuidado de no borrar los segmentos de recta trazados. 9) Con un lápiz una los segmentos trazados, correspondientes a una misma línea de campo eléctrico. 10) Tome una foto de las líneas de campo eléctrico obtenidas. Adjunte la foto en el archivo HOJA DE RESPUESTA. 11) ¿Las líneas de campo eléctrico llegan de forma oblicua o perpendicular a las superficies de los electrodos?. ¿Qué se puede concluir? 12) Borre las líneas de campo obtenidas usando el borrador suministrado. Restaure todo el montaje inicial (colocar la hoja plastificada, verter agua a la cubeta, reubique los electrodos, coloque la fuente). Ahora añada el otro electrodo en forma de paralelepípedo rectangular en la mitad del sistema y de tal forma que quede oblicuo al electrodo que tiene la misma forma. Calque sobre el fondo de la cubeta la posición de los electrodos y del conductor. 13) Partiendo del centro del electrodo que se encuentra en la mitad del sistema y utilizando la metodología anterior y con la ayuda del compás trace una línea de campo eléctrico. Repita el proceso partiendo de otro punto del electrodo. Haga lo mismo para el otro lado del electrodo. 14) Una vez terminado: retire las conexiones de la fuente, retire los electrodos, vaciar el agua de la cubeta en el lugar que se le indique y seque la misma teniendo el cuidado de no borrar los segmentos de recta trazados. 15) Con un lápiz una los segmentos trazados, correspondientes a una misma línea de campo eléctrico. 16) Tome una foto de las líneas de campo eléctrico obtenidas. Adjunte la foto en el archivo HOJA DE RESPUESTA. 17) ¿Las líneas de campo eléctrico llegan de forma oblicua o perpendicular a las superficies de los electrodos?. ¿Qué se puede concluir?
Por favor, apague la fuente y desconéctela. Retire las conexiones de la fuente, retire los electrodos, vaciar el agua de la cubeta en el lugar que se le indique, borre todo trazo de lápiz del fondo de la cubeta, seque la misma y antes de abandonar el laboratorio haga entrega de todo el material utilizado al monitor o profesor a cargo.
Antes de abandonar el laboratorio LLENAR LA HOJA DE RESPUESTA Y ENVIELA POR MOODLE USANDO EL RESPECTIVO ENLACE. Si sus respuestas están acordes con lo encontrado en el laboratorio y debidamente justificadas espere un buen resultado.
Documento elaborado por: Esteban González Valencia Luis Ignacio Londoño Ramírez Tatiana Cristina Muñoz Hernández
Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín Última revisión: Agosto/2015
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA ESCUELA DE FÍSICA SEDE MEDELLÍN
LABORATORIO DE FÍSICA DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO PRÁCTICA N° 04 GRUPO N° DOCENTE: MONITOR: INTEGRANTES
TEMA: CAMPO ELÉCTRICO DÍA: HORA:
EQUIPO N°
1. 2.
NUMERAL 10. La foto de las líneas de campo eléctrico obtenidas, adjúntela en el siguiente recuadro.
NUMERALES 11. Describa las líneas de campo eléctrico cerca del electrodo cilíndrico.
Describa las líneas de campo eléctrico cerca del electrodo paralelepípedo rectangular.
¿Qué se puede concluir, si tenemos en cuenta las dos anteriores descripciones?
NUMERAL 16. La foto de las líneas de campo eléctrico obtenidas, adjúntela en el siguiente recuadro.
NUMERALES 17. Describa las líneas de campo eléctrico cerca del electrodo que se encuentra en el centro del sistema.