Laboratorio capacitancia. Campo eléctrico

ESPACIO ACADÉMICO (Asignatura): Física II

NOMBRE PRACTICA: Campo eléctrico

TIPO DE PRACTICA:    

 SEGUIMIENTO A UNA GUIA: U__ X___U 

 PROPUESTA POR EL DOCENTE: U___X___U       

 DISEÑO E SIMULACIÓN : U___X___

Objetivos

OBJETIVO GENERAL: Graficar las líneas de equipotenciales en la vecindad de diferentes configuraciones de cargas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

1. Calcular la intensidad media del campo eléctrico.
2. Estudiar las características principales del campo eléctrico.
3. Estudiar la diferencia de potencial entre diferentes puntos.

Materiales e instrumentación

Para la realización de las prácticas de laboratorio es necesario utilizar materiales e instrumentos que permitan hacer una correcta medición de los fenómenos físicos que son objeto de análisis durante las practicas.

Listado de materiales para el montaje la practica:

• Simulador de cargas y campos por PHET
• https://phet.colorado.edu/en/simulation/charges-and-fields

Procedimiento

Parte A

1. Desde el recuadro en la parte inferior de la pantalla, arrastra una carga roja +1 nC al centro de la pantalla.
2. Seleccione "Campo eléctrico". ¿Cómo se relaciona el brillo de la flecha con la fuerza del campo? ¿Qué sucede cuando se marca/desmarca 'Sólo dirección'? ¿Hacia dónde apuntan las flechas para una carga positiva?
3. Arrastra la carga roja +1 nC de vuelta al cuadro de la parte inferior, y luego arrastra una carga azul -1 nC a la pantalla. ¿Hacia dónde apuntan las flechas del campo eléctrico para una carga negativa?
4. Haz clic en el sensor amarillo de la parte inferior y arrástralo por el campo eléctrico. ¿Qué información muestran los sensores?
5. ¿Qué le sucede al campo eléctrico cuando se alejan los sensores de las cargas?
6. Toma el medidor de voltaje (etiquetado como '0.0 V'). ¿Qué información da el voltímetro? ¿Qué información se da al hacer clic en el lápiz (debería tener un círculo verde)? ¿Qué representa el círculo verde?

Parte B

1. ¿Cómo puedes hacer una carga de +2q? ¿Cómo puedes hacer una carga de -3q?
2. Determinar qué cargas (magnitud y signo - positivo/negativo) le darían las líneas de campo eléctrico que se muestran a continuación? (Es posible que tenga que probar diferentes combinaciones para determinar las magnitudes de cada carga).

[pic 4]

1. Cuando tienes dos cargas opuestas pero de igual magnitud a lo largo de una línea horizontal (similar a la imagen de arriba), ¿dónde el campo eléctrico es más grande? ¿Hay algún punto en el que el campo sea cero?
2. Cuando tienes dos cargas iguales a lo largo de una línea horizontal, ¿dónde el campo eléctrico es mayor? ¿Hay algún punto en el que el campo sea cero?
3. Determinar qué carga o cargas (magnitud y signo - positiva/negativa) daría a cada una las líneas equipotenciales que se muestran a continuación.

A)[pic 5]  B)[pic 6]

C)[pic 7]

D)[pic 8]

1. Cuando tienes dos cargas opuestas pero de igual magnitud a lo largo de una línea horizontal (similar a la imagen de arriba), ¿dónde el potencial es más grande? ¿Hay algún punto en el que el potencial sea cero?
2. Cuando tienes dos cargas iguales a lo largo de una línea horizontal, ¿dónde el potencial es mayor? ¿Hay algún punto en el que el potencial sea cero?

 Parte C

1. Haga una larga línea vertical de cargas positivas colocándolas muy juntas, similar a la imagen. ¿Cómo cambia el campo eléctrico al moverse alrededor de la línea de cargas?

[pic 9]

1. Haga una larga línea vertical de cargas negativas a 2 metros de las cargas positivas, similar a la que se muestra a continuación. Este es su condensador de placa paralela. ¿Cómo cambia la fuerza del campo eléctrico entre las dos líneas? ¿Cómo cambia la dirección del campo eléctrico entre las dos placas?

[pic 10]

1. Coloca los sensores en 3 lugares diferentes entre las líneas para obtener lecturas del campo eléctrico, cada uno a diferentes distancias de las líneas.
2. Use el voltímetro para dibujar líneas de igual potencial en las ubicaciones de los tres sensores haciendo clic en el botón del lápiz en el voltímetro. Cuando tenga el voltímetro a cada distancia, haga clic en este botón. Al hacerlo, se registrará el potencial V y se dibujará una línea verde en la pantalla.
3. Complete la siguiente tabla para cada una de las ubicaciones. (Para ver los potenciales, puede que tenga que mover los sensores).

Parte D

1. Coloca seis cargas de +1 nC una encima de la otra en algún lugar del lado izquierdo de la pantalla. (Puede ir a cualquier lugar, pero debe haber suficiente espacio para medir 8 m de distancia.)
2. Desde la caja de abajo, arrastra un sensor y colócalo a 1 m a la derecha de tu carga. Este sensor mide el campo E en el lugar de su colocación. En la siguiente tabla, registre la magnitud del campo E a una distancia r de 1 m.

1. Arrastre el sensor a las otras distancias que se muestran en la tabla, y luego registre las mediciones del campo E.

1. Arrastre el sensor y vuelva a colocarlo en el cuadro de la parte inferior de la pantalla.
2. Usando el voltímetro, registre la V potencial dibujando una línea verde en la pantalla a cada distancia. Complete la siguiente tabla.

1. Escriba la ecuación del campo eléctrico a cualquier distancia r de un punto de carga q:
2. Escriba la ecuación del potencial a cualquier distancia r de una carga puntual q:
3. Utilizando la tabla anterior, haga un gráfico en Excel del campo eléctrico E y la distancia r para determinar la constante k de Coulomb utilizando la línea de tendencia apropiada.
4. Compara este valor con el valor conocido encontrado en las diapositivas de la clase.
5. Utilizando la tabla anterior, haz un gráfico en Excel del voltaje V y la distancia r para determinar la constante k de nuevo utilizando la línea de tendencia apropiada.
6. Compara este valor con el valor conocido encontrado en las diapositivas de la clase.
7. Dibuja unos gráficos aproximados que muestren la relación esencial entre E y r (y entre V y r) que has reportado en tus respuestas

[pic 11]

Preguntas

• ¿El campo eléctrico es uniforme? ¿Por qué?
• ¿Cómo serían las líneas equipotenciales si las cargas fueran de diferentes formas?
• ¿Por qué nunca se cruzan las líneas equipotenciales?

Forma de Evaluación

Forma de evaluación:

• Informe

• Toma de datos