Universidad Mayor de “San Simón” Facultad de ciencias y tecnología “FCYT” INFORME DE FISICA III PRACTICA N°2 CAMPO Y POTENCIAL ELECTRICO Docente: Marcelo J. Lucano Apellidos: Isla Lopez Nombres: Victor Rodrigo Fecha de entrega: 28/3/2022 Grupo: lunes 15:45 – 17:15 / Grupo A1 Semestre I/2022 Cochabamba – Bolivia Resumen En la Presente practica se logro obtener la fuerza eléctrica a través de una carga de prueba por el campo eléctrico por medio de los valores obtenidos del campo eléctrico E y fuerza eléctrica F, dando como resultado una comparación entre la relación teórica y experimental, de esta manera deducimos que q=B al igual que sus errores. De este modo obtenemos F=qE. 1.Objetivos. - Verificar la existencia de líneas de campo eléctrico en el interior de un condensador de placas paralelas. - Determinar la relación funcional entre la fuerza eléctrica y el campo eléctrico. - Encontrar el valor de la carga eléctrica 𝑞. 2.Introduccion. Todo cuerpo cargado eléctricamente genera un campo eléctrico en el espacio, si una carga se ubica en este campo experimentará una fuerza en la misma dirección de las líneas de campo asociadas. Por convención las líneas de campo eléctrico en un punto apuntan en la misma dirección que la fuerza que ejercen sobre una carga positiva, es decir de (+) a (-). Como el campo eléctrico es un campo conservativo existe un potencial asociado a este, el cual se define como el trabajo necesario para mover una carga desde un punto dado a un punto de referencia. 3.Fundamento Teórico. El campo eléctrico 𝑬 es una magnitud física vectorial que es generado por cargas eléctricas. Para detectar la presencia de un campo eléctrico, generalmente se utiliza una carga de prueba que experimenta la fuerza eléctrica: 𝐹 = 𝑞𝐸 Cálculo de la fuerza eléctrica: Con la balanza de torsión se puede determinar la fuerza que una carga eléctrica experimenta, en el equilibrio el torque neto en la balanza de torsión es: ∑𝜏 = 0 La fuerza eléctrica produce un torque que es contrarrestado por el torque de restitución en el alambre: 𝐹𝑏 − 𝑘𝜃 = 0 Donde 𝐹 es la fuerza eléctrica, 𝑏 es el brazo, 𝑘 la constante de torsión y 𝜃 es ángulo torcido. A partir del péndulo de torsión, la constante 𝑘 es: 2𝜋 2 𝑘 = 𝐼( ) 𝑇 y el momento de inercia de una varilla con eje que pasa el centro de masa es: 𝐼= 1 𝑀𝑙2 12 y de la segunda ecuación, se tiene: 𝐹= 𝑘𝜃 𝑏 Cálculo del campo eléctrico: El campo eléctrico está relacionado con el potencial eléctrico por: 𝐸 = ∇𝜑 y para el caso de un capacitor de placas paralelas, la anterior ecuación se reduce a: 𝑉 = 𝐸𝑑 donde V es la diferencia de potencial (voltaje), y d es la distancia de separación entre las placas. De la anterior ecuación, la magnitud del campo eléctrico es: 𝐸= 𝑉 𝑑 4.Materiales y Procedimiento Experimental. • • • • • • Balanza de torsión, varilla metálica Balanza digital, regla, cronómetros, calibrado vernier Condensador de placas paralelas circular Carga puntual (paleta) Fuente de alta tensión kilo-voltímetro analógico • • • • • • Escala graduada (pantalla) Lámpara con lente condensador Transformador 220 V a 6 V Soporte de altura variable y soporte universal Dos resistores de 100 𝑀𝛺 Vaso de precipitación de 500 ml Verificación del campo eléctrico: 1. En una de las placas, colocar pedacitos de papel de carbón, seguidamente conectar la fuente de alta tensión al condensador. 2. Al incrementar el voltaje entre las placas del condensador, se observará la alineación de los pedacitos del papel de carbón en la dirección de las líneas de campo eléctrico. Determinación de la carga eléctrica: ▪ Medir la longitud y la masa de la varilla metálica. ▪ Medir el brazo de la paleta. ▪ Medir el tiempo de oscilación para el cálculo del periodo. ▪ Armar el esquema del montaje de la figura. ▪ Incrementar el voltaje y medir el desplazamiento 𝑺 de la luz reflejada en la pantalla con escala graduada. ▪ Con las medidas del voltaje y desplazamiento, completar la tabla. Registro de datos: a) Cálculo de la constante de torsión (k): Longitud de la varilla (l): (0,24 ± 0,01) [𝑚] Masa de la varilla (m): (57,00 ± 0,01) [𝑔] El valor del periodo (T): (4,53 ± 0,27) [𝑠] Calcular la constante de torsión (k): (5,26 ± 1,99) × 10−4 [ 𝐾𝑔𝑚2⁄ ] 𝑚2 b) Registro de datos para el cálculo del campo eléctrico y la fuerza. Separación entre las placas del capacitor (d): (0,05 ± 0,01) [𝑚] Separación de la pantalla al espejo (L): (0,735 ± 0,001) [𝑚] 𝑉(𝑉) = 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑆(𝑚) = 𝐷𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑠𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 n 1 2 3 4 5 6 V (V) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 S (m) 0,027 0,034 0,046 0,056 0,066 0,081 5.Resultados. 𝐸(𝑉⁄𝑚 ) = 𝐶𝑎𝑚𝑝𝑜 𝐸𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝐹(𝑁) = 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝐸𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 N 1 2 3 4 5 6 E(V/m) 20000 30000 40000 50000 60000 70000 F(N) 4,64x10-3 5,85x10-3 7,91x10-3 9,62x10-3 0,01134 0,01389 A partir de la anterior tabla graficar la fuerza en función del campo eléctrico: 0,016 0,014 F (N) 0,012 0,01 0,008 0,006 0,004 0,002 0 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 E (V/m) 70000 80000 Según la curva de ajuste de la figura el modelo de ajuste es: 𝑌 = 𝐴 + 𝐵𝑋 Entonces a partir de la ecuación teórica: 𝐹 = 𝑞𝐸 Deducimos que la ecuación experimental es: 𝐹 = 𝐴 + 𝐵𝐸 Donde: 𝐴 = (5,91 ± 4,07) × 10−4 ; 𝐸% = 68,86% 𝐵 = (1,84 ± 0,08) × 10−7 ; 𝐸% = 4,34% 𝑟 = 0,99584967 Comparando con la primera ecuación con el modelo de ajuste escogido, el valor de la carga eléctrica será: 𝑞 = (1,84 ± 0,08) × 10−7 [𝐶]; 𝐸% = 4,34% 6.Conclusiones y Discusión. Por medio de la presente practica pudimos hallar la relación funcional entre la fuerza eléctrica y el campo eléctrico de nuestros datos proporcionados en clase según los cálculos realizados. La grafica de nuestro modelo de ajuste resulto ser lineal cuyos errores de los parámetros son aceptables para este caso. Comparando el Parámetro B con la Carga Eléctrica q podemos notar que el error es aceptable para poder decir que la práctica se llevó de manera aceptable, dichos errores y pequeñas desviaciones pueden deberse a pequeños errores de medición o error humano. Finalmente podemos verificar que si hay líneas de campo eléctrico entre las dos placas cargadas que provocan un movimiento a la paleta y con ayuda del espejo y la luz podemos notar mas claramente el desplazamiento, donde dicho movimiento es oscilatorio, esto es por que la paleta esta cargada positiva y negativamente mientras un disco esta cargado negativamente y el otro positivamente. 7.Bibliografia. - Física universitaria con física moderna 2 de Sears y Zemansky: Carga eléctrica y campo eléctrico - Guía de laboratorio de física 3, Universidad Mayor de San Simón, departamento de física.
