UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MEXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLN DEPARTAMENTO DE FSICA SECCIN DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO PRCTICAS DE LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO ASIGNATURA DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO CLAVE 0071 INGENIERA MECNICA ELCTRICA CLAVE 111-26 INTRODUCCIN ElpresentemanualformapartedelaactualizacindeprcticasdelaasignaturadeElectricidady Magnetismo.Lasprcticashansidomodificadasyactualizadasdeacuerdoalprogramadela asignatura, dando como resultado la elaboracin de 10 prcticas, 7 cubriendo los temas de Electricidad y3paralostemasdeMagnetismo.Debidoalcambiotecnolgico,serequiereunaconstante actualizacin de prcticas tradicionales y establecimiento de nuevos procedimientos y mtodos. Cada prctica cubre varios temas del programa y est dividida en: Cuestionario previo Objetivos Fundamentos tericos Desarrollo Cuestionario Conclusin. CUESTIONARIO PREVIO Tienecomoobjetivoqueelalumnoevalesusconocimientospreviosparaelbuendesarrollodela prctica. FUNDAMENTOS TERICOS Seproporcionanlosconocimientosbsicosdelosfenmenosfsicosquesepresentanduranteel desarrollo de la prctica, lo que permitir que el alumno reafirme lo adquirido en la asignatura terica ydeestaformapuedahacerunanlisisdelosresultadosobtenidosenlaprcticayalcanzarlos objetivos establecidos. BREVE HISTORIA DEL ELECTROMAGNETISMO El Electromagnetismo abarca tanto la Electricidad como el Magnetismo, y su alcance e importancia, se hacen evidentes mediante la siguiente cronologa: Tales de Mileto (Filsofo griego, 636-546 A.C.), 600 aos A.C. observ que al frotar mbar con seda el mbar adquira la capacidad de atraer partculas de paja y pelusa. La palabra griega para el mbar es electrn y de ella se derivan las palabras Electricidad, Electrn y Electrnica. Tambin ese Filsofo observlafuerzadeatraccinentretrozosdeunarocamagnticanaturalllamadaimnquese encontr en un lugar de Magnesia, de cuyo nombre se derivan las palabras magneto y magnetismo. Sinembargoestasobservacionessetomarondemanerafilosficaypasaron22siglosparaqueestos fenmenos fuesen investigados de manera experimental. William Gilbert (Fsico Ingls, 1540-1603), alrededor del ao 1600 realiz los primeros experimentos acerca de los fenmenos elctricos y magnticos, adems invent el electroscopio y fue el primero en reconocer que la tierra misma es un gigantesco imn. Benjamn Franklin (Estadista y Cientfico Estadounidense, 1706-1790) determin que existen cargas positivas como negativas, tambin invent el pararrayos. Charles Augustin Coulomb (Cientfico Francs 1736-1806) utilizola balanza de torsin con la cual estableci la Ley de Fuerzas Electrostticas. KarlFrederickGauss(MatemticoAlemn,1777-1851)formulelteoremadeladivergencia relacionando un volumen y su superficie. Alessandro Volta (Italiano 1745-1827) invent la pila voltaica. HansChristianOersted(Dans1777-1851)descubriquetodacorrienteelctricadaorigenaun campo magntico. AndreMarieAmpere(FsicoFrancs1775-1836),inventelsolenoideparaproducircampos magnticos. GeorgeSimnOhm(Alemn,1787-1854)formullaLeyquellevasunombrelacualrelaciona voltaje, corriente y resistencia. Michael Faraday (Ingls 1791-1867) demostr que un campo magntico variable en el tiempo induce una corriente en un circuito conductor. Joseph Henry (Estadounidense) en 1831 invent el relevador y el telgrafo elctrico. James Clerk Maxwell (Ingls 1831-1879) generaliz la Ley de Ampere y como consecuencia unifico lasleyesquerigenelelectromagnetismoclsico.Ademspostulquelaluzesdenaturaleza electromagntica. Heinrich Hertz (Fsico Alemn 1857-1894) pionero en la transmisin de ondas de radio. ThomasAlvaEdison(Estadounidense1847-1931)inventlalmparaincandescenteylosprimeros sistemas de transmisin de energa elctrica de corriente continua. NikolaTesla(Yugoslavo1856-1943)desarrolllosprimerossistemasdetransmisindeenerga elctrica de corriente alterna. Tambin invent el motor de induccin. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA Analizar los conceptos, principios y leyes fundamentales del electromagnetismo ydesarrollarenelalumnosucapacidaddeobservacinyhabilidadenel manejodeaparatosenellaboratorio,afindequepuedanaplicaresta formacin en problemas relacionados, en las asignaturas consecuentes y en la prctica profesional. OBJETIVO DEL CURSO EXPERIMENTAL Desarrollarlacapacidaddeobservacinylahabilidaddelestudianteenel manejodedispositivosexperimentales,paralacorrectarealizacinde experimentosrelacionadosconfenmenoselctricosymagnticoscomo antecedente en su formacin y prctica profesional. UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLN DEPARTAMENTO DE FSICA REGLAMENTO INTERNO DEL LABORATORIO DE FSICA CDIGO: S/C OBJETIVO Establecerloslineamientosdefuncionamientodellaboratorioparaquelosprofesores, alumnos y personal administrativo,puedan aplicar el mtodo cientfico en la realizacin de las prcticas. ALCANCE Aplicaalassiguientesasignaturasterico-prcticasdelascarrerasqueseimpartenenla Facultad: Electricidady Magnetismo y ptica de IME; Fsica IIy Mecnica de Ingeniera Agrcola;ElectromagnetismoyFsicadeOndasdeIngenieraQumica;FsicaIIy Fsica IIIambasdeQumicoyQumicoIndustrialyQumicadeMaterialesCermicosde Qumico. Paradarcumplimientoadichoobjetivoesnecesariollevaracabo,enapegoestricto,los siguientes lineamientos: 1.ElavisoparainscripcionesalosLaboratoriosdeFsicasepublicaroportunamente especificandolugar, fecha y horario de atencin. 2. Para poder inscribirse, el alumno deber presentar su tira de materias con las asignaturas respectivas e identificacin oficial vigente. 3.La inscripcin a los laboratorios se realizar nicamente en la fecha establecida (despus del perodo de altas y bajas). 4.El jefe de seccin entregar a cada profesor la relacin de alumnos inscritos, antes de la primera sesin. 5.Lasprcticasdelaboratorioiniciarndespusdelperiododealtasybajas, finalizando en la penltima semana de clases, de acuerdo al programa de prcticas de laboratorio, lo cual ser publicado oportunamente. 6.En cada sesin se deber realizar una sola prctica, para poder cumplir con los objetivos de la misma. 7.Enlaprimerasesindeprcticas,elprofesorpresentarsuplandetrabajoydara conocerlosreglamentosestablecidosparaellaboratorio(reglamentodeseguridade higiene y reglamento interno). 8.Pararealizarcadaprctica,elalumnopodrdisponerdelequipoymaterialnecesario listadoenlaprctica,llenandoelvaledeprstamodematerial/equipo,dejandoen garanta su credencial vigente. 9.Es responsabilidad del profesor y alumnos del buen uso y manejo del equipo y material, as como tambin la devolucin en buen estado de los mismos. 10.Cuandosepresenteunadescomposturafallaimprevistadelequipoy/omaterial,la brigadadebercomunicrseloasuprofesorysteasuvezalencargadoenturnoo responsable para que sea reemplazado por otro en buen estado. 11.Encasodepresentarseunadescomposturaoroturadelequipoy/omaterialpor negligencia,usoindebido,olaprdidadelmismo,labrigadadeber cubrir,yaseael UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLN DEPARTAMENTO DE FSICA REGLAMENTO INTERNO DEL LABORATORIO DE FSICA CDIGO: S/C costo de la reparacin o reposicin, a travs de la supervisin y coordinacin del profesor, antes del fin de clases del semestre; de no ser as sedetendrn las calificaciones de toda la brigada y no seasentarn en listas hastaqueseasaldadoeladeudo.Lacredencialderespaldodelvalequedar en el laboratorio como garanta. 12.Alfinalizarlaprcticaelalumnodebermantenerlimpioelsaln,no dejandopapelesobasuraycolocarlosbancossobrelamesa.Ascomo informardecualquieranomala durante su estancia en el laboratorio. 13.Lapersona queseasorprendida maltratandoo haciendomalusodelmobiliariooinstalacionesdelaboratorio,sersancionadaconlareparacin del dao y lo que indique la legislacin universitaria. 14. La calificacinser numrica del 0 a 10, considerndose como mnima aprobatoria el 6. 15. Es obligacin del profesor cubrir el 100% de prcticas programadas. 16. Ser responsabilidad del profesor de laboratorio dar a conocer a sus alumnos la calificacin final obtenida. 17.Losprofesoresdebernentregarsuscalificacionesalajefaturadeseccin con la copia delformatoFPE-FS-DEX-01-04(listadodealumnosinscritos) deacuerdoalaviso de finalizacin de prcticas, FPE-FS-DEX-01-09. 18. Es requisito acreditar el laboratorio para que el profesor de teora asiente la calificacin. 19.La seccin correspondiente proporcionar el listado final de calificaciones a losprofesoresdeteoraparaconsiderardichascalificacionesenla evaluacinfinaldela asignatura. 20.Cuandoelalumnonoapruebelapartetericadelaasignaturayacrediteel laboratoriocorrespondiente,sucalificacinaprobatoriatendr vigencia de dos semestres posteriores al que se haya cursado. 21. Paralapresentacindelexamenextraordinarioelalumnodebe solicitarun comprobantedesucalificacin delaboratorioalajefaturade seccin correspondiente, si lo requiere el sinodal. 22.Quienhagausodeloslaboratoriosenlarealizacindeproyectos acadmicos,acatarlodispuestoenelpresentereglamentoyenelde Seguridad e Higiene. 23.Situacionesnocontempladasenestereglamentodebernacordarse,porlas partes involucradas y el Departamento de Fsica. ElaborRevis y AprobAutoriz Emisin Puesto: COMIT DE CALIDADJEFE DE CALIDAD Nombre: Hermenegildo Bonifacio Paz Antonio Ramrez Martnez Jos Frias Flores Alberto Gestefel Arrieta Jaime Prez Huerta Guillermo Santos Olmos Fecha:18/10/0725/10/078/11/07 Firma: Nmero de la Prctica Ttulo de la Prctica Nmero y Nombre de la Unidad Temtica en el programa de la asignatura 1CARGA ELCTRICA, CAMPO Y POTENCIAL ELCTRICO TEMA I.CAMPO Y POTENCIAL ELCTRICO SUBTEMAS I.1, I.2, I.3, I.4, I.5 y I.6 2CAPACITANCIA Y CAPACITORESTEMA II.CAPACITANCIASUBTEMAS II.1, II.2 y II.3 3CONSTANTES DIELCTRICAS Y RIGIDEZ DIELCTRICA TEMA II.CAPACITANCIAYDIELCTRICOS SUBTEMA: II.4, II.5, II.6 y II.7 4RESISTENCIA HMICA, RESISTIVIDAD Y LEY DE OHM TEMA III.CIRCUITOS ELECTRICOS SUBETEMA: III.1, III.2 y III.3 5FUENTES DE FUERZA ELECTROMOTRIZ (PARTE 1) (USO Y MANEJO DEL OSCILOSCOPIO) TEMA III.CIRCUITOS ELECTRICOS SUBTEMA III.7 6FUENTES DE FUERZA ELECTROMOTRIZ (PARTE 2) TEMA III.CIRCUITOS ELECTRICOS SUBTEMA III.5 y III.7 7LEYES DE KIRCHHOFF Y CIRCUITO R.C. TEMA III.CIRCUITOS ELECTRICOS SUBTEMA III.6 8CAMPOS MAGNTICOS ESTACIONARIOS TEMA IV.CAMPO MAGNETICO SUBTREMA IV.1, IV.2, IV.3, IV.4 yIV.59LEY DE LA INDUCCIN ELECTROMAGNTICA DE FARADAYY CIRCUITO RL TEMA V. INDUCCION ELECTROMAGNETICA SUBTEMA V.1, V.2, V.3, V.4, V.6 y VI.5 10PROPIEDADES MAGNTICAS TEMA VI.PROPIEDADES MAGNTICAS SUBTEMA VI.1, VI.2, VI.3 y VI.4 PRCTICA No. 1 CARGA ELCTRICA, CAMPO Y POTENCIAL ELCTRICO CONTENIDO PROGRAMTICO RELACIONADO: TEMA I.CAMPO Y POTENCIAL ELCTRICO SUBTEMAS I.1, I.2, I.3, I.4, I.5 y I.6 SEMESTRE LECTIVO: ________________________ ALUMNONMERO DE CUENTAGRUPO PROFESOR CONCEPTOCALIFICACIN Cuestionario Previo (30%) Desarrollo (35%) Cuestionario Final (35%) Calificacin Prctica 1 LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO DEPARTAMENTO DE FSICA PRCTICA No. 1 CARGA ELCTRICA, CAMPO Y POTENCIAL ELCTRICO INTRODUCCIN CARGA ELCTRICA Y LEY DE COULOMB. En la naturaleza existen dos tipos de cargas denominados: Electrones carga negativa (-) Protones carga positiva (+) La unidad de la carga es el Coulomb[C] Pornaturalezaloscuerposestnenunestadoneutro,estoindicaquetienenelmismo nmero de protones y electrones. Si un cuerpo contiene un exceso de electrones se dice que el cuerpo se encuentra cargado negativamente (figura. 1.1); si tiene un exceso de protones el cuerpo se encuentra cargado positivamente (figura 1.2). Figura 1.1 Cuerpo cargado negativamente.Figura 1.2 Cuerpo cargado positivamente. Ley de signos de las cargas: Cargas del mismo signo se repelen y cargas de signo contrario se atraen. En la figura 1.3, se ilustra tal situacin. Figura 1.3Comportamiento de las cargas (ley de las cargas) LEY DE COULOMB. Nospermitecalcularlafuerzaelctricaentredoscargaselctricas,comoseobservaenla figura 1.4. 122122 1rrq qk F=F- Fuerza elctrica[N] 041tc= k q1y q2 Cargas elctricas [C] 910 9x k =((

22Cm N r12-- Distancia entre las cargas [m] k - Constante de proporcionalidad 121212rrr= 0=8.85x10-12 ((

22m NCPermitividad elctrica del vaco Figura 1.4 Fuerzas elctrica entre dos cargas puntuales. Sisetratadevariascargasyserequiereencontrarlafuerzaresultantesobreunadeellas, debido a las otras cargas, entonces se realiza una suma vectorial de estas (figura 1.5) Figura 1.5 Fuerzas elctrica entre tres cargas puntuales. Generalizando: 1 31 21 1......nF F F F + + + =en donde:k F j F i F FZ Y X + + = por consecuencia: k F j F i F FZ Y X R + + = cuya magnitud es: 2 2 2) ( ) ( ) (Z Y X RF F F F + + = adems los csenos directores se escriben: RXXFFCOS= u

RYYFFCOS= u

RZZFFCOS= u LEY DE LA CONSERVACIN DE LA CARGA ELCTRICA. La carga no se crea ni se destruye y en el proceso de cargar elctricamente un material solo se transfiere de un material a otro. CAMPO ELCTRICO. Siconsideramosunacargaqenposicinfija,ysemuevelentamenteasualrededoruna segunda carga q0 (carga de prueba), se observa que en todas partes existe una fuerza sobre estacargaq0.Portantosemanifiestalaexistenciadeuncampodefuerza,denominado campo elctrico. INTENSIDAD DE CAMPO ELCTRICO. Definicin: La intensidad de campo elctricoEes la fuerza elctrica por unidad de carga de prueba (figura 1.6). CAMPO ELCTRICO PARA CARGAS PUNTUALES. Figura 1.6 Campo elctrico para una carga puntual. ((

=CNqFE0E.- Campo elctricoF.- Fuerza elctrica q0.-Carga de prueba Pero la fuerza para una carga puntuales rrq qk Fe20= rq rq qkqFE 0200= =rrqk E 2= Debido a varias cargas puntuales la intensidad de campo elctrico resultante en un punto se puede obtener: np p p p pE E E E E + + + + = ...3 2 1 Intensidad de campo elctrico debido a un dipolo elctrico (Figura 1.7) Figura 1.7 Dipolo elctrico. Donde|+q1| = |-q2| = q ( ) ( )( )222222212 122cos2 2:cos cosaxaaxkqEaxkqEdondeE E Ep pp p p+=|.|

\|+=|.|

\|+=+ =uu u Obteniendo la suma P = q a: Se conoce como momento dipolar elctrico | |2 / 320 )2(41axpE+=tc Si suponemos que x>>>a 3xpk E =| |2 / 32 2)2(axqak ERp+= Los campos elctricos se pueden representar por lneas de fuerza(figura 1.8), para dibujar las lneas deben cumplir las siguientescaractersticas: Las lneas de fuerza dan la direccin del campo elctrico en cualquier punto. Las lneas de fuerza se originan en la carga positiva y terminan en la carga negativa. Laslneasdefuerzasetrazandetalformaqueelnmerodelneasporunidadde rea de seccin transversal son proporcionales a la magnitud del campo elctrico. Laslneastienendireccinnormalalreadedondesalenoentranynuncase cruzan. Figura 1.8 Configuraciones del campo elctrico para diferentes distribuciones de carga POTENCIAL ELCTRICO. Sedefinecomoeltrabajorealizadoporunacargaparairdeunpuntoaotroocomola diferencia de la energa potencial elctrica por unidad de carga de prueba: ||Coulomb 1Joule 1volt1Vpor tanto vo conservati es sistema el si ahorabien o00 0== ===A= AqwV V Vw UqU UVqUVaba b abab aba bab Potencial elctrico a partir del campo elctrico. ( )( )| | V EL V V VELqWEL q L E q l d F Wa b ababab = = = = = - =}00 0 Potencial elctrico debido a una carga puntual (figura 1.9). Figura 1.9 Potencial elctrico debido a una carga puntual.

ppaa pa ppaa prprapaa prqk Vrr rkq V Vdrrkq V Vr d E l d E V V= ||.|

\| = = = = }} }si ,1 11 Cabe recordar que el potencial elctrico es una magnitud escalar y su valor para N cargas aisladas es: n pV V V V V + + + + = ....3 2 1 SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES Son aquellas superficies que en cualquier punto tienen el mismo potencial (figura 1.10). + - VfdLSuperficieequipotencialE qE Figura 1.10. Superficies equipotenciales ((

= =mVLVE EL V ; Podemos usar el gradiente de potencial para considerar las direcciones de variacin mxima del potencial: ( )( )zVEyVExVEkzjyixE z y x Vz y x Vz y xcc =cc =cc =cc+cc+cc= V = V; ;dondeademas, , entonces, , si OBJETIVOS. I.Demostrar experimentalmente la forma de cargar y descargar un cuerpo elctricamente. II.DescribirelfuncionamientodelelectroscopiodelminasydelgeneradorVande Graaff. III.Describirlaconfiguracindecampoelctricodebidoadiferentesformasgeomtricas de cuerpos cargados elctricamente. IV.Determinar las superficies equipotenciales debidas a un campo elctrico uniforme. V.Evaluar el campo elctrico a partir del gradiente de potencial. CUESTIONARIO PREVIO. 1.Defina los siguientes conceptos: carga elctrica y ley de la conservacin de la carga elctrica. 2.La unidad de carga es el Coulomb. A cuntos electrones equivale? 3.Lostresprocedimientosparacargaruncuerpoelctricamenteson:frotamiento, induccin y contacto. En qu consiste cada procedimiento? 4.CharlesAugustinCoulombestablecilaleyquecuantificalasfuerzas electrostticas. Enuncie brevemente enqu consiste su experimento, establezca su ecuacin e identifique cada trmino en ella. 5.Mencione el principio de funcionamiento de: a.Un generador Van de Graaff de efecto corona. b.Un generador Van de Graaff por friccin. 6.Definaelconceptodeintensidaddecampoelctricoyestablezcalaexpresinmatemtica debido a una carga puntual aislada 7.Enuncielascaractersticasdelaslneasdefuerzaquerepresentanuncampo elctricoydibujelaslneasdecampoelctricodebidoatresformasgeomtricas diferentes de cuerpos cargados uniformemente.8.Se afirma que en el interior de un material conductor cargado el campo elctrico es cero. D una explicacin al respecto. 9.Defina el concepto de potencial elctrico (voltaje) en funcin del campo elctrico y establezca su ecuacin. 10. Ladistribucindelpotencialelctricoenuncampoelctricopuederepresentarse grficamenteporsuperficiesequipotenciales.Describalascaractersticasdeuna superficie equipotencial y dibuje tres ejemplos. 11. Si se conoce la funcin de potencial elctrico en cierta regin del espacio; defina la ecuacinquepermitecalcularelcampoelctricoenesaregin(Gradientede potencial elctrico). Dar su respuesta en coordenadas cartesianas. CONCEPTOS NECESARIOS 1.Carga elctrica y formas de cargar elctricamente un cuerpo. 2.Ley de la conservacin de la carga elctrica 3.Ley de los signos de las cargas elctricas. 4.Ley de Coulomb. 5.Tipos de distribucin de carga. 6.Campo y potencial elctrico. 7.Superficies equipotenciales. 8.Gradiente de potencial. MATERIAL Y EQUIPO Una piel de conejo. Una barra de vidrio. Un electroscopio de lminas. Un generador Van de Graaff. Una caja de acrlico con aceite comestible. Electrodos:dospuntuales,cuatroplacasplanas,doscilindroshuecosyunconductor recto. Una caja de acrlico con arena cernida y hmeda. Una fuente de poder. Cables de conexin. Un multmetro digital. Dos esferas, una de cargas inducidas y otra de descarga. Semillas de pasto. Una Regla de plstico graduada de 30 cm. Un guante de ltex. DESARROLLO Formas de cargar un cuerpo elctricamente (contacto, frotamiento e induccin). a) Explicacin por partedel profesor del principio de funcionamiento delelectroscopio de lminas. b) Frote la piel de conejo con la barra de vidrio y pngala en contacto con el electroscopio de lminas como se muestra en la figura 1.11a.Sugerencia: Usar el guante de ltex para tomar la barra de vidrio Figura 1.11aElectroscopio de lminas, carga por contacto. 1.Explique qu sucede con las hojas del electroscopio en el inciso b). c)Frotenuevamentelabarradevidrioconlapieldeconejoyacrquelalentamenteal electroscopio de lminas sin que se toque, figura 1.11b.

Figura 1.11b. Electroscopio de lminas, carga por induccin. 2. Qu sucede con las hojas del electroscopio en el inciso c)? 3. Con respecto a los incisos b) y c) qu formas de cargar un cuerpo observ? Explique. Operacin delGenerador Van de Graaff. d) El instructor explicar el funcionamiento del generador Van de Graaff. e) Acerque la esfera de carga inducida al casco del generador Vande Graaffy aproxmela lentamente al electroscopio de lminas (figura 1.12).

Figura 1.12 Generador Van de Graaff. 4. En el Generador Van de Graaff, dnde se acumularon las cargas? Configuracin de campo elctrico. f) Considerar el siguiente dispositivo figura 1.13. Caja de acrlico con aceitecomestible y semilla de pasto Generador Van de Graaff Figura 1.13 Configuracin de campo elctrico. g)Coloquedemaneracorrespondientelossiguienteselectrodosenlacajadeacrlicocon aceite comestible. Un puntual (antes conecte al casco del generador). Un conductor recto (antes conecte al casco del generador). Dos puntuales (conecte uno al casco del generador y el otro a la base del mismo). Una placa plana (conecte al casco del generador). Dosplacasplanas(conecteunaalcascodelgeneradorylaotraalabasedelmismo), aadiendo posteriormente un cilindro hueco entre ellas. Un cilindro hueco (antes conecte ste al casco del generador). 5. Dibuje, auxilindose con lneas de fuerza, las configuraciones que representan al campo elctrico debido alos electrodos utilizados en el inciso g). Dibuje: 6.Comparesusconfiguracionesanterioresconlasrepresentacionesdesulibrodetexto. Qu concluye al respecto? Determinacindesuperficiesequipotencialesdebidoauncampoelctricouniforme existente entre dos placas paralelas. h) Arme el dispositivo de la figura 1.14 y aplique un voltaje de 20 [VCD]. Figura 1.14 Superficies equipotenciales debido a unEentre placas planas. Nota: Verifique que la arena est hmeda y las placas libres de aceite. i) Con ayudadel multmetro en la funcin de voltmetro localice superficies equipotenciales entre las placas, en donde el voltaje sea constante e igual a 4, 8, 12, 16 y 20 [VCD]. Anote sus resultados en la tabla 1.1. VOLTAJE [V]DISTANCIA (EJE X) [m]CAMPO ELCTRICO [V/m] 4 8 12 16 20 Tabla 1.1 Superficies equipotenciales debido a unE entre placas planas. 7-Conlosdatosdelatabla1.1calculeelcampoelctricoparacadacasoyconcentresus resultados en la misma. 8.-Elcampoelctricocalculadoenlatabla1.1Secomportdemanerauniforme?Explique. 20 VCD Caja de acrlico con arena hmeda 9.Representeentresdimensiones,pormediodeundiagrama,lassuperficies equipotenciales correspondientes a la tabla 1.1. 10. Qu sucede con el campo elctrico respecto a los dems ejes en el inciso i)? j) Introduzca un cilindro electrosttico centrndolo en la caja de superficies equipotenciales segn se muestra en la figura 1.15.

Figura 1.15 Superficies equipotenciales al insertar un cilindro. Nota: Verifique que la arena est hmeda y el cilindro libre de aceite. k)Conayudadelmultmetroenlafuncindevoltmetro,midaendospuntosdiferentes dentro del cilindro y anote el valor en la siguiente tabla. LECTURASVOLTAJE 1 2 Tabla 1.2 Superficies equipotenciales con cilindro. Dibuje: ESCRIBA SUS CONCLUSIONES Y COMENTARIOS A LA PRCTICA. LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO PRCTICA No. 2 CAPACITANCIA Y CAPACITORES CONTENIDO PROGRAMTICO RELACIONADO: TEMA II.CAPACITANCIASUBTEMAS II.1, II.2 y II.3 SEMESTRE LECTIVO:________________________ ALUMNONMERO DE CUENTAGRUPO PROFESOR FIRMA CONCEPTOCALIFICACIN Cuestionario Previo (30%) Desarrollo (35%) Cuestionario Final (35%) Calificacin Prctica 2 LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO DEPARTAMENTO DE FSICA PRCTICA No. 2 CAPACITANCIA Y CAPACITORES CUESTIONARIO PREVIO 1.Definaelconceptodecapacitanciaelctrica,ademsdescribaloselementos fundamentales que forman un capacitor. 2.Cuntostiposdecapacitoresexisten?Dunaclasificacindeacuerdoalmaterial dielctricoempleadoentresusplacas,ademsindiquecualessonloscapacitores polarizados y no polarizados. 3.Cul es el cdigo de colores para los capacitores? 4.Qu es un LED y cmo se conecta? Adems dibuje su smbolo elctrico. 5.Al conectarse un capacitor a las terminales de una batera de fuerza electromotriz (fem):a) Por qu cada placa adquiere una carga de la misma magnitud exactamente? b) En qu situacin se considera que el capacitoradquiri su carga mxima? 6.Una vez que se ha cargado completamente un capacitor. En dnde almacena su energa acumulada? 7.Qu parmetros se deben cuidar para no daar un capacitor?8.Deduzca la relacin que cuantifica un arreglo de capacitores en paralelo. Qu relacin guardan entre si los voltajes entre placas de cada capacitor en este tipo de arreglos? 9.Deduzcalarelacinquecuantificaunarreglodecapacitoresenserie.Qurelacin guardan entre si las cargas en las placas de los capacitores en este tipo de arreglo? 10. Mencione tres aplicaciones de capacitores. OBJETIVOS I.Distinguir los diferentes tipos de capacitores y sus caractersticas. II.Verificar que los capacitores almacenan energa. III.Verificar la relacin que cuantifica la carga y el voltaje en un arreglo de capacitores en sus diferentes tipos de conexin. FUNDAMENTOS TERICOS CAPACITANCIA Y CAPACITORES Elcapacitoresundispositivoquenospermitealmacenarenergaelctrica.Lafigura2.1a muestra la constitucin bsica del capacitor y la figura 2.1b sus diferentes representaciones grficas. Figura 2.1 Constitucin de un capacitor (a) y Simbologa de capacitores (b). ElsmbolodelcapacitoreslaletraC.Elsmbologrficoqueseutilizadependedela construccinparticulardelcapacitor,comoseexplicarmsadelante.Launidadde capacitancia es el faradio, que se simbolizaF, el faradio es una unidad demasiado grande, porloqueseacostumbrautilizarunidadesmenorescomoelmicrofaradio[F]yel picofaradio [pF]. | | | | F F610 1= ;| | | | F pF1210 1= Enprincipio,elcapacitorestconstituidopordosplacasmetlicas,separadasporun materialaislante que puede ser aire o cualquier otro material dielctrico (figura 2.1a). La capacitancia de un capacitor est determinada portres factores: La superficie (A) de las placas conductoras. La distancia (d) entre las placas. LaconstantedielctricaKeoR,lacualesunacaractersticadeltipodematerialaislante entre las placas. Laexpresinmatemticadelacapacitanciaenfuncindelostresfactoresmencionados est dada en la siguiente ecuacin: dAC c = En donde: A [m2] d [m] C [F] Siendo:

0c c cR= 0c ceK = 0 Permitividad del vaci; 0 ((

22NmC o((

mF Los Capacitores de bajo valor de capacitancia (picofaradios) tienen aislamiento pasivo, tal como papel impregnado en aceite y varios materiales plsticos y sintticos. Los capacitores de valores elevados de capacitancia (microfaradios) tienen generalmente aisladores activos, basadosenprocesosqumicos.Estasubstanciasellama"electrolito"porloquetales capacitoressedenominanelectrolticos.Existeunadiferenciafundamentalentreun capacitorcomnyuncapacitorelectroltico,desdeelpuntodevistadesuconexinal circuitoelctrico.Enuncapacitorcomn,lapolaridadnotieneimportancia.Uncapacitor electrolticotienepolaridad,positivaynegativa,marcadoscon+y-respectivamente.Se debeconectarlaterminalpositivadelcapacitoralaterminaldemayorpotencialenel circuitoelctricoeinversamenteenloquerespectaalaterminalnegativa.Cuandose conectauncapacitorconlapolaridadinvertida,nosolamenteelelectrolitonoesactivado sinoqueexistelaposibilidaddequeelcapacitorsedeterioreporloquepuedequedar permanentemente daado (explote). Otrotipodecapacitordemuchousoeselquetieneairecomodielctrico.Lamayorade estossondecapacitanciavariableporloqueselesllama"capacitoresvariables".La capacitanciavaracambiandolasuperficiesuperpuestadelasplacas.Loscapacitores variablessonutilizadosencircuitosenloscualeselvalordelacapacitanciadebeser cambiadaexactamenteafindeadaptarsealosparmetrosdelcircuitorequerido,anteso duranteel funcionamiento del circuito (ejemplo: para sintonizarfrecuencias enel receptor de radio). Voltaje del capacitor en funcin de la carga y la capacitancia. Lacargaqueseacumulaenelcapacitorprovocaunadiferenciadepotencialentresus placas. Cuanto mayor es la carga, mayor ser el voltaje sobre el capacitor, es decir, la carga Qy el voltaje V son directamente proporcionalesentre s. Por otra parte la capacitancia C tieneinfluenciainversasobreelvoltaje;unaciertacargaelctricaenuncapacitordebaja capacidadproducirunvoltajemayorsilamismacargaseencontraseenuncapacitorde capacitancia elevada. La relacin entre la carga y el voltaje en un capacitor est dada por la siguiente ecuacin: CQV = Donde: V es el voltaje entre placas del capacitor [V] Q es la carga [C] C es la capacitancia Conexin de capacitores. Loscapacitorespuedenserconectadosenserie,enparaleloyencombinaciones serie-paralelo.Elclculodelacapacitanciaestbasadoenlaecuacinanteriorquedael voltaje en funcin de la carga y de la capacitancia del capacitor. La figura 2.2 muestra un circuito de dos capacitores conectados en paralelo. Figura 2.2 Conexin de capacitores en paralelo. La ecuacin que da la carga total QT que es transferida de la fuente Vf a los "n" capacitores conectados en paralelo es la siguiente: n tQ Q Q Q + + + = ....2 1

En el caso particular de dos capacitores en paralelo obtendremos: 2 1Q Q Qt+ = Si sustituimos la ecuacin anterior en la relacin entre la carga y el voltaje en un capacitor (en este caso Vf =V) obtenemos. ) (2 1 2 1 2 1C C V VC VC Q Q Qt+ = + = + = Delaanteriorecuacinsepuedellegaralaconclusindequecuandoseconectan"n" capacitores en paralelo se obtiene la siguiente relacin. n tC C C C + + + = ....2 1

Esdecir,lacapacitanciatotaldelaconexinenparaleloesigualalasumadelas capacitancias de los capacitores conectados. Analicemosahorauncircuitoelctricoconcapacitoresconectadosenseriesegnse muestra en la figura 2.3. Figura 2.3 Conexin de capacitores en serie. Enlaconexinparalelodecapacitores,elvoltajeeselmismoentreterminalesdecada capacitor. En la conexin serie de capacitores, la carga es la misma en cada placa de cada capacitor. DeacuerdoconlaleydevoltajesdeKirchhoff,lasumadelascadasdevoltajeenun circuito serie es igual al voltaje de la fuente: Cn C C fV V V V + + + = ....2 1

Sustituyendo la relacin entre la carga y el voltaje en un capacitor en la ecuacin anterior obtenemos: Q Q Q QCQCQCQVnnnf= = = =+ + + =2 12211....

De donde se obtiene: nfC C C QV1....1 12 1+ + + =Adems TfC QV1=Por tanto n T C C C C1....1 1 12 1+ + + = En el caso particular de dos capacitores en serie obtenemos 2 12 1C CC CCT+= Almacenamiento de energa en un capacitor. La diferencia de potencial entre las placas es V= q / C,pero al transferir un elemento diferencial de carga dq, el cambio dUresultante en la energa potencial elctrica es de acuerdo a la ecuacin: dU = Vdq y que al sustituir CqV =tenemos: dqCqdU =Integrando } }= =Q UdqCqdU U0 0 Se obtiene CQU22= | | JDe la relacin Q =CV obtenemos U 221CV = | | J El capacitor real. Hasta ahora hemos considerado al capacitor como elemento ideal, no obstante sabemos que los capacitores reales no son ideales: la resistencia del material dielctrico entre las placas no es infinita, por esta razn existe una resistencia entre las placas del capacitor por la que fluye corriente. Esta resistencia es llamada "resistencia de prdidas" y su smbolo es RLK. El capacitor puede ser representado elctricamente por un circuito equivalente que contiene un elemento capacitivo en paralelo con una resistencia de prdidas (Figura 2.4).

Figura 2.4 Capacitor real. RLK CONCEPTOS NECESARIOS 1. Capacitor y capacitancia. 2. Clasificacin de capacitores. 3. Arreglo de capacitores en serie y paralelo. 4. Energa almacenada en los capacitores. MATERIAL Y EQUIPO Una Bocina. Un generador digital de seales. Un tablero con muestras de capacitores. Una fuente de poder de CD. Un multmetro.Capacitores de 2200 F a 16V, 500F a 50V, 100 F a 16V, 47 F a 16Vy 22 F a 16V. Un Capacitor de 22 F a 16V para prueba destructiva. Una caja de acrlico.Diez cables de conexin tipo bula. Cables de conexin. Un LED a 3 V. DESARROLLO Tipos de Capacitores y sus caractersticas. a)Explicacin por parte del profesor, con ayuda del tablero de muestra de capacitores, de los diferentes tipos y sus caractersticas (figura 2.5). Figura 2.5 Tablero de capacitores 1.- Con base a la explicacin y a lo observado Qu parmetros debe especificar el fabricante de un capacitor? Prueba destructiva de capacitores. b)Armeelcircuitodelafigura2.6,observequeenlaconexindelapolaridaddel capacitor esta invertida y adems tiene un voltaje mayor al voltaje de trabajo. Antes de energizar el circuito debe estar puesta la caja de acrlico c)Energice el circuito, djelo conectado por un lapso de tiempo y observe lo que sucede.

22 F16 V 20 VC Figura 2.6 Prueba destructiva de capacitor. 2.-Porqudebemosrespetarelvalordelvoltajeylapolaridadespecificadosenlos capacitores? Capacitor como filtro de seal de audio d)Explicacinporpartedelprofesordelfuncionamientodeuncapacitorcomofiltrode seal de audio. e) Arme el circuitode la figura 2.7.

Figura 2.7 Circuito de audio. Generadorde funcionesBocina f)Varelafrecuenciaenelgenerador,hastaescucharunsonidoysigaincrementndola hasta que se deje de or. 3.-De acuerdo a lo escuchado Cul es el rango de la frecuencia audible?

g) Mantenga una frecuencia audible y a continuacin agregue un capacitor que sirva como filtro, segn se muestra en la figura 2.8 y escuche el cambio de sonido. GeneradorBocina de funciones50 VCD

Figura 2.8 Circuito de audio con capacitor (filtro). 4.- Cmo funciona un capacitor como filtro para seales de audio y qu concluye respecto a lo sucedido? Almacenamiento de energa en un capacitor. h)Verifiquequeelcapacitorde2200Fseencuentredescargadoyposteriormente conctelo a la fuente de poder,como se indica en la figura 2.9. Figura 2.9 Energizacin de un capacitor. i) Desconecte el capacitor, teniendo cuidado de no tocar sus terminales y conctelo a las terminales del voltmetro segn se muestra en la figura. 2.10. Figura 2.10 Desenergizacin de un capacitor. 5.-De a cuerdo a lo sucedido, explique por qu el voltmetro marca un voltaje al conectarse al capacitor. j) Repita el inciso h), pero ahora conecte un LED (diodo emisor de luz) a las terminales del capacitor, cuidando su polaridad, como se indica en la figura 2.11 y observe lo que sucede. Figura 2.11 Desenergizacin de un capacitor con LED. 6.- Qu concluye de acuerdo a lo observado en el inciso anterior? Circuitos con capacitores. k) Arme el circuito de la figura 2.12, cuidando la polaridad de los capacitores. Figura 2.12. Capacitores en serie. l) Mida el voltaje en los capacitores C1 y C2, anotando los valores obtenidos en la tabla 2.1. m) Arme el circuito de la figura 2.13. Figura 2.13 Capacitores en paralelo. n) Mida el voltaje en cada capacitor C1 y C2 y concentre sus resultados en la tabla 2.1. ) Arme el circuito de la figura 2.14. Figura 2.14 Capacitores serie-paralelo. o) Mida el voltaje en cada capacitor C1, C2 y C3 concentrando sus resultados en la tabla 2.1. CIRCUITOVC1 [V]VC2 [V]VC3 [V] Figura 2.12 Figura 2.13 Figura 2.14 Tabla 2.1 Concentrado de voltajes en capacitores. 7.- A partir de la tabla 2.1, diga si, se cumple o no la relacin de carga igual en capacitores en serie y justifique su respuesta con clculos. 8.-Paracapacitoresconectadosenparaleloelvoltajeesigualentresusterminales.De acuerdoalosvaloresdelatabla2.1Secumpleparaloscircuitosdelasfiguras,2.13y 2.14? Clculos: 9.- De acuerdo a las mediciones de la figura 2.12 y 2.13 En qu circuito se almacena una mayor energa?, justifique su respuesta con clculos. ESCRIBA SUS CONCLUSIONES Y COMENTARIOS A LA PRCTICA. Clculos: LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO PRCTICA No. 3 CONSTANTES DIELCTRICAS Y RIGIDEZ DIELCTRICA CONTENIDO PROGRAMTICO RELACIONADO: TEMA II.CAPACITANCIAYDIELCTRICOS SUBTEMAS: II.4, II.5, II.6 y II.7

SEMESTRE LECTIVO:________________________ ALUMNONMERO DE CUENTAGRUPO PROFESOR FIRMA CONCEPTOCALIFICACIN Cuestionario Previo (30%) Desarrollo (35%) Cuestionario Final (35%) Calificacin Prctica 3 LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO DEPARTAMENTO DE FSICA PRCTICA No. 3 CONSTANTES DIELCTRICAS Y RIGIDEZ DIELCTRICA CUESTIONARIO PREVIO: 1.Describir el fenmeno de polarizacin para un material conductor al introducirlo dentro de un campo elctrico uniforme; auxliese por medio de figuras. 2.Describa el fenmeno de polarizacin para un material dielctrico al introducirlo dentro de un campo elctrico uniforme; auxliese por medio de figuras. 3.Deducirlaexpresinmatemticaparalacapacitanciadeuncapacitordeplacasplanas paralelas.4.Qusucedealintroducirundielctricoentrelasplacasdeuncapacitor,aumentao disminuye su capacitancia? Por qu sucede este fenmeno? 5.Para una diferencia de potencial dada, Cmo es la carga que almacena un capacitor con dielctricoconrespectoalaquealmacenasindielctrico(envaco),mayoromenor?, justifique su respuesta. 6.Defina la constante dielctrica de un material e indique su expresin matemtica.7.Qu se entiende por rigidez dielctrica? 8.Alaplicarunadiferenciadepotencialadosplacascircularesparalelas,separadasuna distanciad,sedaorigenauncampoelctricoentreplacas.Cmosecalculala intensidad de tal campo elctrico? Indique sus unidades. 9.Elabore una tabla con diez materiales dielctricos con su respectiva constante dielctrica yvalormximodecampoelctricoderuptura(valordecampoelctricoantesdela ruptura de rigidez dielctrica). 10. Definaquesuntransformadorelctricoyquseentiendecomorelacinde transformacin.Indiquesuexpresinmatemtica.(auxliesedelosfundamentos tericos de la Prctica nmero 9). OBJETIVOS I.Determinar experimentalmente la constante de la permitividad del aire. II.Determinar experimentalmente las constantes dielctricas de algunos materiales. III.Obtener experimentalmente la rigidez dielctrica del aire, de algunos materiales slidos y lquidos. FUNDAMENTOS TERICOS CONSTANTES DIELCTRICAS Y RIGIDEZ DIELCTRICA Cuandounmaterialconductoronoconductor,secolocadentrodeuncampoelctrico,se producesiempreunaredistribucindelascargasdelmaterial(estedesplazamientode cargasresultantedelcampoexterioraplicado,sellamapolarizacindelmaterial).Siel material es conductor, los electrones libres situados dentro de l se mueven de modo que en el interior del conductor el campo elctrico se anule y constituya un volumen equipotencial. Sielmaterialesdielctrico,loselectronesylosncleosdecadamolcula(tomo)se desplazanporlaaccindelcampoelctrico,peropuestoquenohaycargaslibresque puedanmoverseindefinidamente,elinteriordelmaterialnoseconvierteenunvolumen equipotencial. Losdielctricosseclasificanenpolaresynopolares.Molculapolar(dipoloelctrico permanente), es aquellaen la cual los centros de gravedad de los protonesyelectrones no coinciden,ademsalintroducirseenuncampoelctricoestasseorientanenladireccin del campo elctrico (figura 3.1). Figura 3.1 Molcula polar. Molcula no polar (dipolo elctrico inducido). Es aquella en la cual los centros de gravedad delosprotonesyelectronescoinciden,ademsalintroducirseenuncampoelctricolos protonesyelectronessufrenundesplazamientoorientndoseenladireccindelcampo elctrico (figura 3.2).

Figura 3.2 Molcula no polar Se define momento dipolar elctrico como el producto de una de las cargas por la distancia de separacin entre ellas, denotada por| | m C q p - = cuya direccin se indica en la figura 3.3. Figura 3.3 Momento dipolar. Considerando un bloque de material dielctrico polarizado segn se muestra en la figura 3.4 y aplicando el teorema de Gauss, se obtiene el campo elctrico en el material dielctrico. Figura 3.4 Polarizacin de un material dielctrico.

o bieni DE E E = Donde:DECampo elctrico resultante en el material dielctrico ECampo elctrico debido a la carga libre) (q iE Campo elctrico debido a la carga inducida) (iq Ahora si consideramos la carga en funcin de la densidad superficial de cargaS q o =por tanto 0c o oiDE=

Tambinsedefinelarazndelmomentodipolaralaunidaddevolumencomoelvector polarizacin dado por vp=Al sustituir( )S q p o = =Se tiene2Cpmo(= ( En particular para materiales dielctricosse tiene la relacin lineal D eE X p0c = EndondeXesusceptibilidadelctricadelmaterialesunamedidadelosusceptible(o sensible)queesundielctricodeterminadoaloscamposelctricos.Portantoenla ecuacin del campo elctrico en funcin de la densidad superficial de carga se tiene: 00c c oD e lDE XE= Donde ( )elDXE+=10co Denotandoe RX + =1 KRcLa permitividad relativa o constante dielctrica, se tiene: coc colRlDE = =0 Donde Rc c c0= es la permitividadelctrica absoluta del materialdielctrico. Adems de 0ccc =RSe tiene:0RK CCDR= c Para mismas dimensiones geomtricas (Superficie y separacin entre placas) de capacitores con dielctrico (CD) y sin dielctrico (C0). CONCEPTOS NECESARIOS 1.Materiales conductores y dielctricos 2.Polarizacin de la materia 3.Capacitancia de dos placas planas paralelas 4.Constantes dielctricas 5.Rigidez dielctrica MATERIAL Y EQUIPO Un medidor de capacitancia. Un capacitor de placas circulares. Muestras circulares de: madera, papel cascaron, hule y fibra de vidrio. Un transformador elctrico. Una caja para ruptura de rigidez dielctrica. Un autotransformador variable (variac). Un multmetro. Muestras cuadradas de: madera, papel cascarn, plstico, vidrio y hule. Caja de acrlico con aceite comestible nuevo. Caja de acrlico con aceite del nmero 40. Cables de conexin. Una regla graduada de 30 cm. Un Vernier. DESARROLLO Determinacin de la permitividad del aire. a)Con ayuda del profesor mida la capacitancia del capacitor de placas paralelas, separadas 1mm, como se indica en la figura 3.5. Figura 3.5 Medicin de capacitancia. b)Obtengalos valores de capacitancia requeridos en la tabla 3.1. d [mm]C [F]co (aire) 1 2 3 4 5 Tabla 3.1 Constante de permitividad elctrica. Nota: Para calcular la constante de permitividad elctrica del aire, considere que el dimetro de las placas circulares es de 25.4cm. 1.Con los valores obtenidos en la tabla 3.1, determine el valor de la permitividad del aire y comprelo con la permitividad del vaco. Determinacin de las constantes dielctricas. c)Haciendoreferenciaalafigura3.5,coloqueentrelasplacasdelcapacitor:madera, papelcascaron,huleyfibradevidrio(unaalavez);midiendolacapacitanciaencada caso,primerocondielctricoyluegosinl,conservandoladistanciaalsacarel dielctrico, concentre sus mediciones en la tabla 3.2. MATERIALC (CON DIELCTRICO) C (CON AIRE)Kr Madera Papel cascaron Hule Fibra de Vidrio Tabla 3.2 Constantes dielctricas. 2.Atendiendoalasmedicionesdelatabla3.2,calculelaconstantedielctricadecada muestra. Anotando sus resultados en la misma. Rigidez dielctrica. d)Arme el dispositivo de la figura. 3.6. Figura 3.6 Dispositivo para determinar la relacin de transformacin. e)Encontrar el voltaje del secundario (Vs) del transformador para los diferentes valores de voltaje del primario (Vp) segn muestra la tabla 3.3. Vp [V] Vs [V] RELACIN DE TRANSFORMACIN a = sPVV 1 Tabla 3.3 Relacin de transformacin. f)Con ayuda del profesor arme el dispositivo de la figura 3.7. Figura 3.7 Dispositivo de ruptura de rigidez dielctrica. Precaucin: La caja del probador de ruptura debe estar cerrada al aplicar el voltaje. g)Fije una separacin de 10 mm entre electrodos e incremente lentamente la diferencia de potencial con ayuda del variac como se muestra en la figura 3.8, hasta que se produzca la ruptura de rigidez dielctrica. Figura 3.8 Ruptura de rigidez dielctrica del aire. h)Realice varias pruebas de acuerdo a la tabla 3.4 y concentre sus lecturas en la misma. DISTANCIA [mm] VOLTAJE DEL PRIMARIO (Vp) [V]VOLTAJE DE RUPTURA Vs= VR= aVp

[V] CAMPO ELECTRICO dVERR = [V/m] 10 8 6 4 ER (PROM)= Tabla 3.4 Rigidez dielctrica del aire. 3.Calcule el campo elctrico de ruptura para cada distancia, anotando sus resultados en la tabla 3.4 y calcule el valor promedio de ER (campo elctrico mnimo de ruptura). Clculos: i)Conayudadeldispositivodelafigura3.9ydeacuerdoalatabla3.5introduzcalas muestras de dielctrico (una a la vez) juntando los electrodos de tal manera que la muestra quedefijaentreellos;incrementelentamenteladiferenciadepotencialydetermineel voltaje de ruptura correspondiente, concentre sus mediciones en la misma. DIELCTRICO DISTANCIA (ESPESOR) [m] OCURRI RUPTURA? VOLTAJE DE RUPTURA [V] CAMPO ELCTRICO DE RUPTURA [V/m] Madera Papel cascarn Plstico Hule Vidrio Aceite comestible Aceite #40 Tabla 3.5 Rigidez dielctrica de varios materiales. Figura 3.9 Ruptura de rigidez dielctrica de diferentes materiales. j)Ahorarespectoalatabla3.5considerandolosaceitessumerjacompletamentelos electrodosencadacaso(figura3.10);manteniendounaseparacinentreellosde2mmincrementelentamenteladiferenciadepotencialhastalograrlarupturaderigidez dielctrica y concentre sus resultados en la misma tabla. Figura 3.10 Ruptura de rigidez dielctrica de diferentes aceites. 4.Atendiendo a la tabla 3.5 Por qu algunos materiales no rompen su rigidez dielctrica? 5.Apartirdelosresultadosanotadosenlatabla3.5Qudielctricoslido,yque dielctricolquidoeselmejor,considerandoelvoltajederupturaylarigidez dielctrica? 6.De ejemplos en donde se apliquen pruebas de ruptura de rigidez dielctrica. ESCRIBA SUS COMENTARIOS Y CONCLUSIONES DE LA PRCTICA. LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO PRCTICA No. 4 RESISTENCIA HMICA, RESISTIVIDAD Y LEY DE OHM CONTENIDO PROGRAMTICO RELACIONADO: TEMA III.CIRCUITOS ELECTRICOS SUBTEMAS: III.1, III.2 y III.3 SEMESTRE LECTIVO:________________________ ALUMNONMERO DE CUENTAGRUPO PROFESOR FIRMA CONCEPTOCALIFICACIN Cuestionario Previo (30%) Desarrollo (35%) Cuestionario Final (35%) Calificacin Prctica 4 LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO DEPARTAMENTO DE FSICA PRCTICA No. 4 RESISTENCIA HMICA, RESISTIVIDAD Y LEY DE OHM CUESTIONARIO PREVIO 1.EnuncielaLeydeOhmensuformaescalar,describiendosusvariablesyunidades correspondientes. 2.Losvaloresderesistenciahmicasepuedenobteneratravsdeuncdigodecolores. Investigue y muestre en una tabla el mismo. 3.Atendiendo al punto 2 indique el valor de las siguientes resistencias: Resistencias Primera Bandas Segunda Tercera Cuarta 1CafNegroRojoOro 2RojoVioletaRojoOro 3CafNegroNaranjaPlata 4AmarilloVioletaNaranjaPlata 5RojoRojoVerdeRojo 6CafNegroNegroOro 4.Qu caractersticas nominales proporciona el fabricante de una resistencia hmica? 5.Considerandolosvaloresnominalesderesistenciahmica,apartirdelaexpresinde potenciaelctrica, deduzcala frmula que cuantifique el voltaje mximoque se puede aplicar a la misma. 6.Defina los conceptos: conductividad elctrica y resistividad elctrica. 7.De qu parmetros geomtricos y fsicos depende la resistencia hmica de un alambre conductor? Indique la ecuacin de resistencia hmica en funcin de estos parmetros. 8.Definaelconceptodensidaddecorrienteelctricayescribasuexpresin correspondiente. 9.EnuncielaLeydeOhmensuformavectorial,describiendosusvariablesyunidades correspondientes 10. Escribalaexpresinmatemticadevariacindelaresistenciaconrespectoala temperatura y defina cada trmino. OBJETIVOS I.Aplicar el mtodo del Puente de Wheatstone para medicin de resistencia hmica. II.Mtodo de cada de potencial (Ley de Ohm), para medicin de resistencia hmica. III.Determinar la conductividad y resistividad de un material a partir de la Ley de Ohm en su forma vectorial. IV.Verificarladependenciadelaresistenciarespectoa:lalongitud,elreadeseccin transversal y la resistividad. V.Observar la variacin de la resistencia hmica en funcin de la temperatura. FUNDAMENTOS TERICOS Resistencia hmica, resistividad y ley de ohm. Se recordara que un conductor es un material en cuyo interior hay electrones libres que se muevenporlafuerzaejercidasobreellasporuncampoelctrico.Elmovimientodelas cargasconstituyeunacorriente.Sideseamosquecirculeunacorrientepermanenteenun conductor, se debe mantener continuamente un campo, o un gradiente de potencial elctrico dentrodel.Consideremoslafigura4.1sihaynelectroneslibresporunidadde volumen, la carga total (dq) que atraviesa el rea (s) en el tiempo (dt) y con una velocidad (v) es: dt nes dq v = Figura 4.1 Hilo conductor. La cantidad de carga que atraviesa una seccin de hilo conductor por unidad de tiempo, o sea, (dq/ dt), se denomina intensidad de corriente (i), dada por: dtdqi =|scoulomb; Ampere; A | Ahorabiendelasecuacionesanterioresdelacargatotal(dq)ydeintensidaddecorriente (i) se tiene: i =nevs Se define densidad de corriente elctrica (J) como la razn de la intensidad de la corriente a la seccin transversal, as siJ =|2metroampere; 2mA| CabemencionarqueparamaterialesconductoressetienelarelacinlinealE J o =(expresinvectorialdelaleyOhm)dondeoeslaconductividadpropiadelmaterial. Recordando }- = l d E V Se tiene }- = l d J V o1 donde para el hilo conductor de la figura 4.1, lJVo=y de la ecuacin de densidad de corriente elctrica (J) tenemosislVo= , o bienislV= , y definiendoslR =resistencia elctrica (hmica) del conductor, V =Riley de Ohm,Donde: V = Voltaje aplicado [Volt, V] i= Intensidad de corriente [Ampere, A] R = Resistencia elctrica [Ohm,O] o = Conductividad propia del materialm1 ,1((

O - metro ohm = Resistividad propia del material [Ohm metro, O m], donde o1=l= Longitud del hilo conductor [m] s= rea de seccin transversal del hilo conductor [m2] Tambin la resistencia elctrica de los materiales conductores vara con la temperatura y se da por la expresin: ( ) | |0 01 T T R R = oDonde: R =resistencia a la temperatura T R0 = resistencia a la temperatura T0 o = coeficiente de variacin de la resistencia con la temperatura. Se define potenciaelctrica (P) como la razn de energa (U) a la unidad de tiempo dada por dtdUP =y si recordamos (U =W) para campos conservativos, se tiene | | W watts,VidtVdqP = = . Paraunaresistenciaenparticular: RVP o Ri PRR R R22 = = dondepodemosescribir: | | W2R RRidtdHP = = indicandoquelacantidaddecalorproducidoporsegundoes directamente proporcional al cuadrado de la corriente, por tanto: | |}= J joules,2dt i R HR Ley de Joule. CONCEPTOS NECESARIOS 1.Resistencia hmica 2.Ley de Ohm en su forma vectorial y escalar 3.Cada de potencial 4.Puente de Wheatstone 5.Resistividad y conductividad 6.Variacin de la resistividad con la temperatura MATERIAL Y EQUIPO Dos Multmetros. Un puente de Wheatstone.Una fuente de poder.Tres resistencias (100 O, 2.7 KO, 47 KO, todas a 1/2 W).Cables de conexin. Un hilo conductor de alambre con su base. Un tablero con conductores de alambre magneto de diferentes calibres. Tres minas de carbn de diferente dureza (HB, 2H y 4H) y longitud igual. Un termistor. Una parrilla. Un soporte universal y sus accesorios. Un vaso Prex. Un termmetro digital y/o de bulbo de mercurio.Un vernier. DESARROLLO MEDICIN DE RESISTENCIA HMICA POR DIFERENTES MTODOS: Cdigo de colores. a)Usando el cdigo de colores (Figura 4.2) identifique los valores de tres resistencias y concentre los resultados en la tabla 4.1. Figura 4.2 Cdigo de colores para resistencias de carbn. Equipo puente de Wheatstone. b)ElprofesordescribirelusoymanejodelequipoPuentedeWheatstone(figura 4.3). Figura 4.3 Equipo Puente de Wheatstone c)RealiceconelpuentedeWheatstonelamedicindelastresresistenciasindicadas en la tabla 4.1 y concentre sus resultados en la misma. hmetro. d)Utilice el multmetro en su funcin de hmetro (figura 4.4), para medir las mismas resistenciasanteriores y concentre sus valores en la tabla 4.1. Figura 4.4 Medicin de resistencia con multmetro. RESISTENCIA CODIGO DE COLORES [O] PUENTE DE WHEATSTONE [O] OHMETRO [O] R1=100 O R2=2.7 KO R3=47 KO Tabla 4.1 Medicin de resistencia hmica. 1.Qucondicionessedebencumplirparamedirelvalordelaresistenciadesconocida por medio del puente de Wheatstone. Potencial inducido. e)Considerando los valores de resistencia dadospor el cdigo de colores, calcular el voltajemximo( R MAXRP V = )quesepuedeaplicaracadaunadeellasy concentre sus resultados en la tabla 4.2. RVmx [V] R1=100 O R2=2.7 KO R3=47 KO Tabla 4.2 Voltaje mximo aplicable a cada resistencia. f)Armeelcircuitodelafigura4.5,considerandolasresistenciasempleadasenel inciso a) una a la vez. Figura 4.5 Medicin de resistencia por potencial inducido. g)Alimente el circuito de la figura 4.5 con un voltaje menor o igual al calculado en la tabla4.2paracadaresistenciayrealicemedicionesdevoltajeeintensidadde corriente y concentre sus resultados en la tabla 4.3. RESISTENCIAVOLTAJE [V] CORRIENTE [A] RESISTENCIA [ O] R1=100 O R2=2.7 KO R3=47 KO Tabla 4.3. Clculo de resistencia por potencial inducido. 2. Aplicando la Ley de Ohm, encuentre el valor para cada una de las resistencias de la tabla 4.3, y concentre sus resultados en la misma. 3.Conqu mtodoobtuvomayorexactitudenlamedicinderesistenciahmica?(tome como referencia el valor obtenido por cdigo de colores, sin considerar la tolerancia) Potencia elctrica en una resistencia. h)Arme el circuito mostrado en la figura 4.6. Figura 4.6. Potencia elctrica en una resistencia. i)Paracadacasodevoltajeindicadoenlatabla4.4midalacorrienteelctricay concentre sus mediciones en la misma. VOLTAJE [V] CORRIENTE [A] POTENCIA [W] 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Tabla 4.4 Potencia elctrica. 4. Tomando los valores de corriente y voltaje de la tabla 4.4, calcule la potencia y concentre susresultadosenlamisma.Coincidelapotenciacalculadaconlaespecificadaporel fabricante? Explique. 5. Realiceunagrficadevoltajecontracorriente,tomandocomoreferencialosvalores obtenidos en la tabla 4.4 Medicin de la resistencia hmica en funcin de la longitud del conductor j)Conecte los elementos como se muestra en la figura 4.7. Figura 4.7. Medicin de la resistencia hmica en funcin de la longitud. k)Deacuerdoalatabla4.7midalaresistenciahmicaencadacasoyconcentrelos resultados en la misma. LONGITUD |cm| RESISTENCIA | O| 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Tabla 4.5 Resistencia hmica en funcin de la longitud. Dibuje. 6. Realice una grfica de resistencia contra longitud, a partir de los valores obtenidos en la tabla 4.5. 7. Qu relacin nos muestra la grfica y la tabla 4.5respecto a resistencia contra longitud? _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ Determinacin de la resistencia hmica en funcin del rea deseccin transversal del alambre conductor. l)Midaeldimetrodeseccintransversaldelosconductores,llenelascolumnas correspondientes al dimetro y al rea en la tabla 4.6 m)Mida la resistencia hmica de cada uno de los conductorescontenidos en el tablero (figura 4.8) y concentre sus valores obtenidos en la tabla 4.6. Nota: Los dimetros considerados son sin aislante. Figura 4.8 Medicin de la resistencia hmica de conductores de diferentes calibres. CALIBRE # DIMETRO |mm| REA |mm2| RESISTENCIA| O| 15 22 30 Tabla 4.6Resistencia hmica en funcin del rea de seccin transversal. Dibuje: 8.-Coincidenlosdatosobtenidosdedimetroyreadelosconductoresconlatablade datos del fabricante de conductores de cobre? _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ 9.- Con los valores de la tabla 4.6, realice una grfica de resistencia contra rea. 10.-Qurelacindeproporcionalidadobservaapartirdelagraficaelaboradaenla pregunta 9? Determinacin de la resistencia respecto a la conductividad de los conductores n)Conecte las minas, una a la vez como se muestra en la figura 4.9. Figura 4.8 Medicin de conductividad y resistividad elctrica. o)Apliqueunadiferenciadepotencialde1[V]acadaunadelasminasdecarbn, mida la intensidad de corriente elctrica y concentre sus mediciones en la tabla 4.7; calculando lo que se indica. Minas de Carbn Longitud |m| Dimetro | m |rea | m2 | Corriente |A| Densidad de Corriente [A/m2] Campo Elctrico. [V/m] Resistividad [ O-m] Conductividad [1/ O-m] HB 2H 4H Tabla 4.7 Conductividad y resistividad elctrica. Dibuje: Determinacin de la resistencia debido a la variacin de la temperatura p)Arme el dispositivo que se muestra en la figura 4.9; cuidando de ubicar el sensor de temperatura junto al termistor. Figura 4.9 Resistencia en funcin de la temperatura. q)Conelmultmetrousadocomohmetro,tomeelvalordelaresistenciadel termistordeacuerdoalosvaloresdetemperaturadelatabla4.8yconcentresus resultados en la misma. T [C]R [] Temperatura inicial 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Tabla 4.8 Resistencia en funcin de la temperatura. 11.- Elabore una grfica resistencia contra temperatura con los datos de la tabla 4.8. Dibuje: 12.- En el caso de un conductor Cmo vara la resistencia en funcin de la temperaturay por qu? ESCRIBA SUS COMENTARIOS Y CONCLUSIONES A LA PRCTICA. LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO PRCTICA No. 5 FUENTES DE FUERZA ELECTROMOTRIZ (PARTE 1) (USO Y MANEJO DEL OSCILOSCOPIO) CONTENIDO PROGRAMTICO RELACIONADO: TEMA III.CIRCUITOS ELECTRICOS SUBTEMA: III.7 SEMESTRE LECTIVO:________________________ ALUMNONMERO DE CUENTAGRUPO PROFESOR FIRMA CONCEPTOCALIFICACIN Cuestionario Previo (30%) Desarrollo (35%) Cuestionario Final (35%) Calificacin Prctica 5 LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO DEPARTAMENTO DE FSICA PRCTICA No. 5 FUENTES DE FUERZA ELECTROMOTRIZ (PARTE 1) (USO Y MANEJO DEL OSCILOSCOPIO) CUESTIONARIO PREVIO. 1.Describa brevemente el principio bsico del osciloscopio. 2.Qu diferencias existen entre los osciloscopios analgicos y digitales?3.Qu tipo de mediciones se pueden realizar con el Osciloscopio? 4.Mencione algunas aplicaciones en donde se requiere el uso del osciloscopio. 5.Mencione las caractersticas de voltaje de corriente alterna, continua y directa.6.Para una seal peridica defina los conceptos de amplitud, periodo y frecuencia. 7.Dibuje algunas formas de onda peridicas. OBJETIVOS. I.Se capacitar en el uso y manejo del osciloscopio. II.Realizarmedicionesdelosparmetrosdelosdiferentestiposdeonda,usandoel osciloscopio. FUNDAMENTOS TERICOS Para los propsitos de esta prctica, en el cual se tratan parmetros de C.A. (cuyos valores varan con el tiempo) y C.C. (cuyos valores son constantes en el tiempo), el osciloscopio es el instrumento de medida ms apropiado. Posibilita mediciones de precisin de magnitudes elctricas. El osciloscopio permite representar grficamente la magnitud medida, as como tambin, su variacin en el tiempo. FORMAS DE ONDA. Si se conecta un generador de funciones al osciloscopio y se calibra correspondientemente la base de tiempo, se visualizar en la pantalla del osciloscopio una representacin grfica de la seal. En la figura 5.1se muestran varias formas de ondas comunes. Figura 5.1 Formas de onda. a - Senoidalb - Cuadrada c - Diente de sierrad - Triangular e - Rectangular f - Voltaje continuo Deacuerdoalafigura5.1,sepuededistinguirentreC.C,C.D.yC.A.ascomotambin definirlas: Sealcontinua(C.C.):Esunasealdeamplitudfija.Estrepresentadagrficamentealo largo del eje de tiempo (f). Seal directa (C.D.): Es una seal que vara en amplitud pero no cambia de polaridad con respecto al eje del tiempo (c). Seal alterna (C.A.): Es una seal de amplitud variable y que cambia de polaridad a lo largo del eje de tiempo y est representada grficamente en el mismo eje (a), (b), (d) y (e). MEDICIN DEL PERIODO DE UNA ONDA. Definicin de parmetros Ciclo.- Perfil de una onda peridica sin repetirse. Periodo (T).- Es el tiempo en segundos que tarda una onda en completar un ciclo. Lafigura5.2muestradiversasposibilidadesparalamedicindelperiododeunaonda senoidal. Figura 5.2Onda senoidal. Elnmerodeciclosenunsegundosedenominafrecuencia(f)ylaunidadeselHertz [Hz].Larelacinmatemticaentreelperiodoylafrecuenciaestdadaporlasiguiente ecuacin.

Donde: f es la frecuencia [

| Hertz |Hz] T es el periodo, en segundos |s| UTILIZACINDELOSCILOSCOPIOPARAMEDIRELPERIODODEUNA ONDA. Paramedirelperiododeunaformadeondaparticular,sedebecalibrarelejehorizontal (eje X) del osciloscopio en unidades de tiempo, (Tiempo/divisin). El control de la base de tiempo posibilita la eleccin de milisegundos [ms], microsegundos [s], etc. Parasimplificarlamedicin,lapantalladelosciloscopioestreticulada.Lafigura5.3muestracomoapareceunaondasenoidalenlapantalladeunosciloscopio,conbasede tiempo fijada en 1 s, es decir que cada divisin representa un microsegundo. Figura 5.3 Pantalla del osciloscopio mostrando onda senoidal. Elperiodosecalculabasndoseenlarepresentacinenlapantalladelosciloscopio,dela siguiente manera: Periodo = Nmero de divisiones (en un ciclo) x posicin del selector de la base de tiempo. Para la forma de onda que se muestra en la figura 5.3 se obtiene: T= 4 x 1|s| = 4|s| La frecuencia se obtiene de la ecuacin (1):

=

= 250 |KHz| MEDICIN DE LOS PARMETROS DE CORRIENTE ALTERNA La amplitud. Es la altura mxima de una onda (cresta), o la profundidad mxima (valle) respecto al nivel de referencia.La seal alterna est definida por tres parmetros: a)Voltaje pico a pico (VPP). Se mide con el osciloscopio, desde el pico positivo hasta el pico negativo de la onda, ya que es la distancia vertical (sobre el eje Y). b)Voltaje pico (VP). Estevalorsemidedesdeelejedesimetradelaondahastaunodelospicos. Numricamente es igual a la mitad del valor pico a pico. c)Voltaje eficaz (VRMS VEF).Es la parte de la seal que realmente se aprovecha. Ejemplo: Para un voltaje senoidal, existe la siguiente relacin matemtica: VpVpV VEF RMS707 . 02 = = =| V |(2) Donde: VP = es el valor de pico en volt EFV = es el valor eficaz en volt ElvaloreficazesdenominadotambinValorcuadrticomedioRMS(RootMean Square).Elvalordeunvoltajesenoidalsemideconelosciloscopiosegnloindicadoenlafigura 5.4 Figura 5.4 Onda senoidal con parmetros. Antesdelamedicinsedebecalibrarelejevertical(Y)enunidadesdevoltpordivisin (Volt/divisin).Enlafigura(5.4)cadadivisinrepresentaunvolt,porlotantoelvoltaje pico (VP) de la onda en la figura (5.4) es igual a 2 volt. El voltaje pico a pico (VPP) es de 4 volt. Substituyendo los valores en la ecuacin (2) se obtiene el valor eficaz. ] [ 414 . 1 2 707 . 0 707 . 0 V x Vp VRMS= = = NOTA: La ecuacin de voltaje eficaz se cumplenicamente para una seal senoidal pura. Para otras formas de onda se necesitan mtodos ms complicados para los clculos, lo cual est fuera del alcance de conocimientos requeridos en esta prctica. CONCEPTOS NECESARIOS 1.Seales de C.A., C.D. yC.C. 2.Voltaje eficaz y voltaje pico a pico. 3.Frecuencia y periodo. MATERIAL Y EQUIPO Dos osciloscopios y accesorios (Un digital y un analgico). Un MultmetroUn generador de seales. Una fuente escalonada.Cables de conexin DESARROLLO Osciloscopio analgico a)El profesor explicara el funcionamiento y uso del Osciloscopio analgico. Figura 5.5 Osciloscopio analgico. Determinacin de la frecuencia mediante la medicin del periodo. b)Conecte la seal de salida (50O) del generador de seales a la entrada del osciloscopio, como se muestra en la figura 5.6.

Figura 5.6 Conexin del generador de seales al osciloscopio. c)Obtenga una seal senoidal con un voltaje de salida de 2.5 [Vp], para cada una de las frecuencias indicadas en la tabla 5.1, midiendo el periodo y concntrelo en la misma.

Frecuencia de entrada [Hz]Periodo[s]Frecuencia calculada [Hz] 1000 2000 3000 Tabla 5.1 Medicin de periodo y frecuencia. 1. Atendiendo a los valores del periodo registrados en la tabla 5.1 determine la frecuencia. Medicin de ondas de C.A. d)Conecte la seal de salida de C.A de la fuente escalonada a la entrada del osciloscopio como se muestra en la figura 5.7. Figura 5.7 Medicin de onda de C.A e)Deacuerdoalosvaloresdadosenlatabla5.2midalaamplituddelosvoltajes:Vpy Vpp y regstrelos en la misma. f)Midaelvaloreficaz,conelmultmetroparacadaunodelosvaloresdadosenlatabla 5.2 y regstrelo en la columna correspondiente Seal senoidal de corriente alterna [V] Voltaje pico (Vp) [V] Voltaje pico a pico (Vpp) [V] Valor eficaz medido [V] Valor eficaz calculado [V] 2 4 6 8 10 Tabla 5.2 Medicin de voltaje de corriente alterna. 2. Calcule el valor eficaz pedido en la tabla 5.2. 3. Difieren los valores de voltaje eficaz medido y calculado en la tabla 5.2?

Explique. Osciloscopio digital g)El profesor explicar el funcionamiento y uso del Osciloscopio digital. Figura 5.8 Osciloscopio digital MedicindelosparmetrosdeunasealdevoltajesenoidaldeC.Autilizandoel Osciloscopio digital. h)Conecte la seal de salida de C.A de la fuente escalonada a la entrada del osciloscopio como se muestra en la figura 5.9. Figura 5.9 Osciloscopio digital, midiendo seal de C.A. i)Deacuerdoalosvaloresdadosenlatabla5.3midalosparmetrosindicadosy regstrelos en la misma. Seal senoidal de corriente alterna [V] Periodo [s] Frecuencia [Hz] Voltaje pico a pico (VPP) [V] Voltaje pico (VP) [V] Voltaje Eficaz (VRMS) [V] 2 4 6 8 10 Tabla 5.3 Medicin de voltaje y frecuencia de CA. ESCRIBA SUS COMENTARIOS Y CONCLUSIONES A LA PRCTICA LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO PRCTICA No. 6 FUENTES DE FUERZA ELECTROMOTRIZ (PARTE 2) CONTENIDO PROGRAMTICO RELACIONADO: TEMA III.CIRCUITOS ELECTRICOS SUBTEMAS III.5 y III.7 SEMESTRE LECTIVO:________________________ ALUMNONMERO DE CUENTAGRUPO PROFESOR FIRMA CONCEPTOCALIFICACIN Cuestionario Previo (30%) Desarrollo (35%) Cuestionario Final (35%) Calificacin Prctica 6 LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO DEPARTAMENTO DE FSICA PRCTICA No. 6 FUENTES DE FUERZA ELECTROMOTRIZ (PARTE 2) CUESTIONARIO PREVIO 1.Explique qu es una fuente de fuerza electromotriz. 2.Enunciecuatrotiposdiferentesdefuentesdefuerzaelectromotrizeindiquesu conversin de energa. 3.Qu es un electrolito? Mencione ejemplos de soluciones usadas como electrolito. 4.Por qu para una misma densidad de electrolito, la diferencia de potencial de cada electrodo es diferente? 5.Explique el fenmeno de electrlisis en una batera. 6.En que afecta la resistencia interna a una fuente de fuerza electromotriz. OBJETIVOS I.Distinguir las diferentes fuentes de fuerza electromotriz de corriente continua y alterna. II.Obtendrladiferenciadepotencialdelacombinacindeelectrodosdediferentes materiales en solucin electroltica. III.Determinar la resistencia interna de una fuente de fuerza electromotriz. IV.Realizar diferentes conexiones de pilas. FUNDAMENTOS TERICOS FUENTES DE FUERZA ELECTROMOTRIZ (FEM) Y SU RESISTENCIA INTERNA. Fuentedefuerzaelectromotriz(fem, c)estododispositivocapazdetransformaralgn tipodeenergaaenergaelctrica.Comoejemploselgeneradorelctricoquetransforma energamecnicaenenergaelctrica,lapila(batera)quetransformaenergaqumicaen energa elctrica. Unafuentedevoltajeidealmantieneconstantesuvoltajeindependientementedela corriente que fluye en ella. Sin embargo las fuentes de voltaje ideales no existen, pues todas lasfuentesposeenunaresistenciainterna.Consideramoselcircuitodelafigura6.1apara tal circunstancia la lectura del voltmetro es la fuerza electromotriz (c) de la pila. Ahorabienparalafigura(6.1b)lalecturadelvoltmetroesladiferenciadepotencialen terminales de la resistencia (VR) Figura 6.1 Resistencia interna de una fuente de FEM. Si aplicamos el principio de conservacin de la energa al circuito de la figura6.1 es decir la suma de potencias debido a elementos activos (fuentes) igual a la suma de potencias en elementos pasivos (resistencias). Se tiene R rP P Pi+ =c y en trminos de voltaje y corriente 2 2RI I r Ii+ = c Por tanto al despejar || O== IVIRIrRic c Tenemos: R|.|

\| =|.|

\| =IRVRRIVrR Ric c Finalmente|| O||.|

\| = RVVrRRic El valor de la resistencia interna de la pila se obtiene conociendo la fem ( c ), resistencia de carga (R) y el voltaje (VR). (a)(b) CONCEPTOS NECESARIOS 1.Fuentes de fuerzas electromotriz 2.Resistencia interna de una fuente de fuerza electromotriz 3.Conexiones de pilas. MATERIAL Y EQUIPO Un osciloscopio con accesorios. Un generador elctrico Una celda fotovoltaica. Una fuente escalonada. Un multmetro Cuatro electrodos de cobre, plomo, carbn y aluminio. Un recipiente con electrolito. Cuatro pilas de 1.5 [V] (una nueva). Una resistencia de 10 [O] a 1/2 [W]. Cables para conexin. Un termopar. Un encendedor o mechero de alcohol. Dos guantes de ltex. Papel secante. Un Switch un polo un tiro. Porta pilas. DESARROLLO Fuentes de Fuerza Electromotriz a)Utilizandoelosciloscopioobservelasformasdeondadelassiguientesfuentesde fuerzaelectromotriz(FEMs):celdafotovoltaica,termopar,pilaygeneradorelctrico. Nota: el generador se conecta a c.d. 1.Clasifiqueenbasealoobservadoenelincisoa)eltipodevoltajequegeneracada fuente de FEM y realice la grfica correspondiente. Diferencia de potencial entre electrodos b)Arme el dispositivo de la figura 6.2 Figura 6.2 Diferencia de potencial entre electrodos. Nota: Use los guantes de ltex para la manipulacin de los electrodos. c)Coloquedoselectrodosdediferentematerialsegnseindicaenlatabla6.1,midala diferencia de potencial y observe la polaridad en cada uno, concentrando los resultados en la misma. ELECTRODOSPOLARIDAD (+ -) VOLTAJE | | Vcobre - plomoCu Pbcobre - carbnCu Ccobre - aluminioCu Al plomo - carbnPb C plomo aluminioPb Alcarbn aluminioC Al Tabla 6.1 Diferencia de potencial entre electrodos. 2. Tomando como referencia los resultados de la tabla 6.1, Qu combinacin de electrodos dio la mxima diferencia de potencial? Resistencia Interna de una fuente d)Arme el circuito de la figura 6.3. Figura 6.3 Circuito para obtener la resistencia interna. e)Mida el voltaje c, de la pila nueva en vaco (sin carga), con el interruptor S abierto, concentre su medicin en la tabla 6.2. f)AhoracierreelinterruptorSyacontinuacinmidaelvoltaje(VR)yregstreloenla tabla 6.2. g)Cambie la pila nueva por la pila usada en el circuito de la figura 6.3y repita los pasos indicados en los incisos e) y f). PILAR | O | c | V | VR | V |ri | O | NUEVA10 USADA10 Tabla 6.2 Resistencia interna. 3.Considerandolosvaloresobtenidosenlatabla6.2,calculelaresistenciainternadelas pilas nueva y usada, empleando la siguiente frmula: || O||.|

\| = RVVrRRic

Conexin de pilas h)Mida el voltaje de cada pila y anote sus lecturas en la tabla 6.3 (identifique cada pila) . PilaABCD Voltaje | V | Tabla 6.3 Medicin de voltaje de cada pila. i)Conectedospilas(serieaditiva)segnsemuestraenlafigura6.4,midayanoteenla tabla 6.4 el voltaje total entre terminales, a continuacin repita el mismo procedimiento con 3 y 4 pilas. Figura 6.4 Pilas conectadas en serie aditiva. Nmero deVoltaje [ V ] pilasSerieParalelo 2 3 4 Tabla 6.4 Conexiones de pilas en serie y paralelo. j)Conecte dos pilas en paralelo segn se muestra en la figura 6.5, mida y anote en la tabla 6.4el voltaje total entre terminales y a continuacin repita lo mismo con 3 y 4 pilas. Figura 6.5 Conexinde pilas en en paralelo de pilas.

k)Conectelaspilascomoseindicaenlafigura6.6(conexinseriesustractiva),miday anote en la tabla 6.5el voltaje total entre terminales.

Figura 6.6a Conexin de pilas en serie sustractiva.

Figura 6.6b Conexin serie sustractiva. Nmero de pilas Voltaje [V] Lectura 1Lectura 2 2 Tabla 6.5Conexin de pilas en serie sustractivo. 4.Explique por qu son iguales los valores obtenidos en la tabla 6.5. ESCRIBA SUS COMENTARIOS Y CONCLUSIONES A LA PRCTICA. LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO PRCTICA No. 7 LEYES DE KIRCHHOFF Y CIRCUITO R.C. CONTENIDO PROGRAMTICO RELACIONADO: TEMA III.CIRCUITOS ELECTRICOS SUBTEMA: III.6 SEMESTRE LECTIVO:________________________ ALUMNONMERO DE CUENTAGRUPO PROFESOR FIRMA CONCEPTOCALIFICACIN Cuestionario Previo (30%) Desarrollo (35%) Cuestionario Final (35%) Calificacin Prctica 7 LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO DEPARTAMENTO DE FSICA PRCTICA No. 7 LEYES DE KIRCHHOFF Y CIRCUITO R.C. CUESTIONARIO PREVIO 1.Enuncie la ley de corrientes de Kirchhoff, as como su expresin matemtica. 2.Enuncie la ley de voltajes de Kirchhoff, as como su expresin matemtica. 3.Expliquesisecumpleelprincipiodeconservacindeenergaparalasdosleyes anteriores. 4.Para el circuito de la figura 7.2 de los fundamentos tericos deduzca la ecuacin VR (t) enelprocesodecargaydescargadelcapacitor(posicinaybrespectivamente)y realice las grficas correspondientes para cada caso. 5.RepresenteelsignificadodelaconstantedetiempoparauncircuitoRCauxilindose por medio de la grfica de voltaje de carga en un capacitor. OBJETIVOS I.VerificarexperimentalmentelasleyesdeKirchhoffaplicadasacircuitosdecorriente directa. II.Efectuarmedicionesdevoltajeenelcapacitorylaresistenciadurantelacargay descarga en el desarrollo experimental del circuito RC. III.Medir la constante de tiempo de un circuito RC. FUNDAMENTOS TERICOS CIRCUITOS BSICOS DE CORRIENTE DIRECTA. Loscircuitosenloscualeslasresistenciasnoestnenconexionessencillas(enserieoen paralelo) y hay fuentes de fuerza electromotriz en diferentes ramas, no pueden resolverse en generalporelmtododelaresistenciaequivalenteylaLeydeOhm.GustavRobert Kirchhoff(1824-1887)enuncidosreglasllamadasleyesdeKirchhoffquepermiten resolver tales circuitos sistemticamente. Algunos trminos tiles en anlisis de circuitos son:Malla.- Es cualquier trayectoria cerrada en un circuito. Nodo.- Es un punto del circuito en el cual se unen dos o ms trayectorias para la corriente. Rama.- Es una parte de una malla que se encuentra entre dos nodos y que no posee dentro de ella otros nodos. LEYES DE KIRCHHOFF LasLeyesdeKirchhoffsefundamentanenelprincipiodelaconservacindelaenerga, stas son: Leyde los nodos (ley de corrientes).-La suma algebraica de lascorrientes que inciden en un nodo es cero. 01==Njji Para propsitos de esta ley se denomina positivo el sentido de una corriente que fluye desde un nodo y negativo si fluye hacia el nodo. Leydevoltajes.-Lasumaalgebraicadelosvoltajesdetodosloselementos(activosy pasivos) alrededor de cualquier trayectoria cerrada (malla) es cero. 0 = + Ri fems Parapropsitosdeestaleyseeligecomopositivounsentidoderecorridodelamalla (usualmenteelsentidodelasagujasdeunreloj).TodaslascorrientesylasFEMsque tengan este sentido son positivas y las que tengan sentido contrario sern negativas. ElprimerpasoparaaplicarlasleyesdeKirchhoffesasignarunsentidoatodaslas corrientes desconocidas en cada rama del circuito. La solucin se efecta basndose en los sentidos supuestos. Si una o ms soluciones de las ecuaciones atribuye valor negativo a una corriente, su verdadero sentido es opuesto al que habamos asignado. A continuacin aplicamos dichas leyes al circuito de la figura 7.1. Figura 7.1 Circuito resistivo serie-paralelo. Paralasolucinconsiderandolascorrientessupuestas.Aplicandoleydecorrientesde Kirchhoff (LCK) al nodo b obtenemos la siguiente ecuacin: 03 2 1= + I I I (1) Ahora aplicando ley de voltajes de Kirchhoff (LVK) a malla I. 03 3 1 1 1= + + I R I R c (2) Igualmente a la malla II 02 2 2 3 3= + c I R I R(3) Ordenando el sistema de ecuaciones 2 3 3 2 21 3 3 1 13 2 1 I R I RI R I R0 I I I = = += + c(1) (2) (3) El sistema de ecuaciones lineales se puede resolver por algn mtodo conocido. CIRCUITO RESISTIVO CAPACITIVO (RC) Otro ejemplo de aplicacin de las leyes de Kirchhoff, es en un circuito resistivo-capacitivo (RC) excitado por una fuente de corriente directa, figura 7.2. Figura 7.2 Circuito resistivo-capacitivo (RC) Carga del capacitor Analizando el comportamiento de este circuito con el interruptor en la posicin a se tiene el proceso de energizacin, considerando el capacitor totalmente desenergizado, figura 7.3.

Figura 7.3 Carga del capacitor. Aplicando LVK se tiene 0 ) (1) ( = + + }dt t iCt RiC Rc Donde }= = dt t iCV t Ri VC C R R) (1, ) (Multiplicando por(d/dt) ) ( ) ( ) (,0 ) (1) ( t i t i t i dt t iCt RidtdC R C C= = =((

+ + }c0 ) (1 ) (= + t iRC dtt diCC Ecuacindiferencialhomognea,lineal,primerorden,coeficientesconstantescuya solucin homognea es del tipo DtCKe t i = ) ( Haciendo (d/dt)=D RC1- D,01, 0 ) ( )1(, 0 ) (1) (= = += + = +CDt iRCD t iRCt DiC C C Raz caracterstica Sustituyendo se tienetCRCKe t i) (1) (= DondeKseobtienedecondicionesiniciales.Teniendopresentequeelcapacitor desenergizado se comporta como un corto circuito en un tiempo inicialt=0, se tiene R RVt i t i t iRR Cc= = = = = = = ) 0 ( ) 0 ( ) 0 (Sustituyendo en ecuacin anterior RK KeRRCc c= = ,) 0 )( (1 Por lo tanto tCRCeRt i) (1) (= c [V];Para todo t>0 Ahora } } ((

= =ttC Cdt eR Cdt t iCt VRC0) (11) (1) (c

| | | | V1 ) () (1tCRCe t V =cPara todo t>0. Descarga del capacitor Ahora cambiando el interruptor a la posicin b se tiene el proceso de desenergizacin del capacitor.Entalsituacinelsentidodelacorrienteseinvierte,elcapacitorsecomporta como elemento activo aplicando LVK al circuito de figura 7.4.

Figura 7.4 Descarga del capacitor. }= = + ) ( ) ( ;0 ) ) (1( ) ( t i t i dt t iCt RiR C C C Multiplicando por(d/dt)tenemos (-)0 ) (1 ) (= t iRC dtt diCC Cuya solucin homognea es. tCRCKe t i) (1) (= yconsiderandocondicionesinciales Rt VR CCt i t i) 0 () 0 ( ) 0 (== = = = dondec = = ) 0 (t VC (voltaje alcanzado en el proceso de energizacin)por tanto || A ) () (1tCRCeRt i= c; Para todo t>0 Tambin } } ((

= =dt eR Cdt t iCt VtC CRC) (11) (1) (c Finalmente | | V ) () (1tCRCe t V = c ; Para todo t>0. CONCEPTOS NECESARIOS. 1.Terminologa de redes y leyes de Kirchhoff. 2.Uso y manejo del osciloscopio. 3.Proceso de energizacin y desenergizacin de un circuito RC. 4.Constante de tiempo de un circuito RC. MATERIAL Y EQUIPO Dos fuentes de poder. Un osciloscopio. Un generador de funciones. Un multmetro.Tres resistencias 1 [KO], 1.2 [KO], y 3.3 [KO], todas a 1 [W]. Un potencimetro de 0 10 [KO] a 1[W].Un capacitor de 0.047 [F]a 10 [V]. Cables para conexin. Tableta protoboard Pinzas de punta DESARROLLO Circuitos de corriente directa y leyes de Kirchhoff a)Arme el circuito mostrado en la figura 7.5 b)Realice y anote las mediciones de voltaje y corriente de acuerdo a la tabla 7.1. Figura 7.5 Circuito resistivo serie-paralelo, con dos FEMs. RESISTENCIACORRIENTE [A]VOLTAJE [V] R1 R2 R3 Tabla 7.1 Medidas de intensidad de corriente y cada de voltaje. 1.Conlosvaloresindicadosenelcircuitodelafigura7.5encuentrelaintensidadde corriente y el voltaje para cada resistencia. 2.Qu concluye respecto a los valores obtenidos experimentalmente y tericamente en el circuito de la figura 7.5? 3.Secumpleelprincipiodeconservacindelaenerga(leyesdecorrienteyvoltajede Kirchhoff) para las lecturas de la tabla 7.1? Qu consideraciones hay que hacer? Circuito RC c)Calibre el osciloscopio. d) Ajuste el generador de funciones de tal manera que obtenga una seal cuadrada de2V de amplitud y 2 KHz de frecuencia.e)Arme el circuito como es mostrado en la figura 7.6. Figura 7.6 Circuito RC. f)Vare el potencimetro hasta obtener una seal fcil de medir en el osciloscopio. g)Con ayuda del osciloscopio observe el voltaje en el capacitor y en la resistencia. h)Desconecte la resistencia del circuito y mdala con el hmetro anotando su valor,R = 4.Realice una grfica acotada del voltaje en el capacitor y en la resistencia, en el proceso de carga y descarga respectivamente del inciso f. 5.Realice la suma de las grficas de voltaje acotadas en la pregunta 4. Cmo relaciona la seal obtenida con la seal de entrada?. 6.De la grfica de voltaje de carga del capacitor, anote el voltaje y encuentre el valor de la constante de tiempo 7.Calculeelvalordelacapacitanciadelcapacitorempleadoapartirdelaconstantede tiempo y el valor de la resistencia medida en el inciso h). ESCRIBA SUS COMENTARIOS Y CONCLUSIONES A LA PRCTICA. LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO PRCTICA No. 8 CAMPOS MAGNTICOS ESTACIONARIOS CONTENIDO PROGRAMTICO RELACIONADO: TEMA IV.CAMPO MAGNETICO SUBTEMAS: IV.1, IV.2, IV.3, IV.4 yIV.5 SEMESTRE LECTIVO:________________________ ALUMNONMERO DE CUENTAGRUPO PROFESOR FIRMA CONCEPTOCALIFICACIN Cuestionario Previo (30%) Desarrollo (35%) Cuestionario Final (35%) Calificacin Prctica 8 LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO DEPARTAMENTO DE FSICA PRCTICA No. 8 CAMPOS MAGNTICOS ESTACIONARIOS CUESTIONARIO PREVIO 1.Definaelconceptodemagnetismoyenunciealgunasfuentesdecampomagntico estacionario. 2.Enuncielascaractersticasmsrelevantesdelaslneasdefuerzaquerepresentanun campomagnticoestacionario.Ademsdibujeauxilindosepormediodelneasde fuerza la configuracin de campo magntico debido a un imn recto y uno en forma de U. 3.DescribaelexperimentodeOerstedylaregladelamanoderechaparaestablecerla direccin del campo magntico. 4.Enuncie la ley de Ampere as como su expresin matemtica. 5.Exprese la relacin matemtica debido a la fuerza magntica que obra sobre una carga elctrica que se mueve en una regin en la cual existe un campo magntico uniforme. OBJETIVOS I.El alumno observar configuraciones de campo magntico debido a imanes de diferente forma geomtrica, tambin la de una corriente elctrica que circula en un hilo conductor de forma rectilnea y de un solenoide. II.Observarlarelacindelafuerzamagnticaentrelospolosdeunimnylos producidos por un electroimn. FUNDAMENTOS TERICOS CAMPOS MAGNTICOS ESTACIONARIOS Uncampomagnticoporsimismodebeatribuirseacargaelctricasenmovimiento.Sin embargoescomnconsiderarcomofuentesordinariasdecampomagnticolosimaneso magnetitasyunacorrienteelctricaquefluyeenhilosconductores(seatribuyealfsico Dans H. C. Oersted dicho descubrimiento). Especficamente,elmovimientodeloselectronesdentrodelostomosconstituyeuna corrienteelctricayestapequeacorrientepresentaunefectomagntico.Loselectrones orbitalesdentrodelostomosnosologiranalrededordelncleosinoquetambingiran alrededordesupropioeje(spin)yestemovimientoeselcausantedelosefectos magnticos. Para representar un campo magntico( B) se utilizan lneas de fuerza, las cuales cumplen las siguientes caractersticas: 1.- Son lneascerradas o continuas. Sin embargo para el caso de un imn, se considera que las lneas se inician convencionalmente en un polo magntico nortey se dirigen a un polo magntico sur (internamente al imn estas se cierran). LeydeGaussparaelmagnetismoafirmaqueelflujomagntico(uB)quepasaporuna superficie cerrada hipottica cualquiera debe valer cero Matemticamente: }= - = uSBs d B 0 (No existen polos magnticos aislados) 2.-Sonlneascontinuas,detalformaquelatangenteenunpuntodelalnea,nosdala direccin del campo magntico en ese punto. 3.- Para determinar la direccin de las lneas de fuerza debido a unacorriente elctricaen un hilo conductor, se aplica la regla de la mano derecha se toma al conductorcon la mano derecha;coneldedopulgarseapuntahaciadondefluyelacorrienteyladireccindelos dedos restantes nos indican la direccin de las lneas de fuerza. DEFINICIN DE CAMPO MAGNTICO ( B) Teniendopresentelafuerzaelectrostticaentredoscargasenreposo,comoseindicala figura (8.1) se tiene: || NrrrqqF||.|

\|=21041tcLey de Coulomb Figura 8.1 Fuerza elctrica entre dos cargas puntuales en reposo. Figura8.2 Cargas puntuales en movimiento Ahora si las cargas se mueven uniformemente con velocidades v y1vrespectivamentecomosemuestraenlafigura8.2,existirademsunafuerzamagntica BFejercida sobre q debido aq1dada por: |.|

\| =rrv vrqqFoB 1214t Donde:((

=22710 4Cs Not que es la constante de permeabilidad magntica del aire. Descomponiendo en factores |.|

\| =rrvrqv q FoB 1214t

Donde se define: |.|

\| =rrvrqBo1 214t Induccin magntica o campo magntico Por tanto se tiene: B v q FB =| | N Fuerza de origen magntico

Donde las unidades para((

=m Cs NB,

Debeobservarsequeporlaperpendicularidadde BFyvlafuerzamagnticanorealiza trabajo alguno sobre la carga en movimiento y esta nicamente sufre una desviacin lateral. Paraunflujodecorrienteenunhiloconductorlaexpresindeinduccinmagnticase puede escribir como: |.|

\| =rrl driB do 24t Ley de Biot y Savart Donde l id es un pequeo elemento de corriente. Ahora aplicando la Ley de Biot y Savart a un hilo conductor rectilneo infinito al cual fluye una corriente, ver figura (8.3) se tiene: | | TriBPt20=

Adems al evaluar la circulacin de B, para una trayectoria cerrada se tiene: } =LBl d B C Donde

Por lo tanto, }= Li l d B0 Ley circuital de Ampere Adems: |e B B = La circulacin de un campo magntico es igual a la corriente encerrada por la trayectoria cerrada seleccionada figura 8.3. i

p

Figura 8.3 Campo magntico en alambre conductor(Circulacin de un campo magntico). PBB r CONCEPTOS NECESARIOS. 1.Campo magntico 2.Caractersticas de las lneas de induccin magntica 3.Experimento de Oersted 4.Ley de Ampere 5.Fuerza magntica MATERIAL Y EQUIPO Dos imanes de barra rectosDos imanes tipo dona Un imn en forma de U (herradura) Un electroimn Un dispositivo de Oersted Limadura de hierro Una bobina con su base Un solenoide con ncleo de hierro Una fuente de poder 30 [V], 10 [A] Cuatro brjulas Cables para conexin Una balanza granataria Una regla graduada Un soporte universal y pinza sujetadora Una hoja de papel nueva Un salero DESARROLLO Configuraciones de campo magntico. a)Coloqueelimndebarrahorizontalmentesobrelamesadetrabajo,acontinuacin sobre l ponga una hoja de papel y roce limadura de hierro, finamente con el salero de manera uniforme. 1.Dibuje la forma de las lneas de campo magntico producidas en el plano de la hoja por el imn recto. Qu concluye al respecto? b)Repita el procedimiento indicado en el inciso a), utilizando el imn en forma de U. 2.Dibuje la forma de las lneas de campo magntico producidas en el plano de la hoja por el imn en U. Qu concluye al respecto? c)Coloque dos imanes de barra como se indica en la figura 8.4. Para cada caso ponga una hoja sobre ellos y roce finamente limadurade hierro. 5cm Figura 8.4a Figura 8.4b Figura 8.4c Figura 8. Imanes permanentes. 3.Dibuje las lneas de campo magntico producido en el planode la hoja por los dos imanes del inciso c), en cada posicin. Experimento de Oersted. d)UtilizandoeldispositivodeOersted,coloquecuatrobrjulasenlabasedeacrlico alrededor del hilo conductor en un radio de aproximadamente 3 cm, como se muestra en lafigura8.5(Cerciresequetodaslasbrjulassealenendireccindelnorte geogrfico). Figura 8.5 Dispositivo de Oersted. e)Ajuste la fuente de poder hasta obteneruna corriente elctrica de 5A aproximadamente y observe el sentido del campo magntico indicado por las brjulas. 4.Auxliese con las brjulas para obtener la configuracin del campo magntico del alambre conductor utilizado en el inciso e)Qu concluye al respecto? 5.Si invierte el sentido de la corriente Cules seran sus conclusiones respecto a las lneas de fuerza en el inciso e)? 6.La direccin del campo magntico indicada por las brjulas en el inciso e) Coincide con la regla de la mano derecha? Campo magntico producido por una bobina circular y un solenoide f)Coloquealrededordelabobinacircularcuatrobrjulascomosemuestraenlafigura 8.6 (cercirese que el eje axial de la bobina no coincida con el norte sur geogrfico). A continuacin mediante la fuente de poder ajuste la corriente elctrica a 3A y observe la orientacin de las brjulas Figura 8.6 Dispositivo de bobina circular. 7.Dibujelaslneasdecampomagnticoproducidoporlabobinacircular,auxliese por la orientacin de las brjulas. g)Conectelafuentedepoderalsolenoidecomosemuestraenlafigura8.7yajusteel voltajehastatenerunacorrientede1.5A.Acontinuacincoloqueunahojadepapel sobreelsolenoideconncleodehierroestandoesteenposicinhorizontalyroce limadura de hierro. Figura 8.7 Electro Imn. 8.Dibujelaconfiguracindecampomagnticoauxilindosepormediodelneasde fuerza. Observadas en el inciso g). Fuerza magntica entre polos magnticos h)Utilizandolabalanzagranataria,determinelamasadelimnenformadedona,Mimn=________ Kg. i)Armeeldispositivoquesemuestraenlafigura8.8.Sujetandoelfielmantengala balanzaenequilibrio(marcandocero)yfijeunadistanciade8cmentrelascarasde ambos imanes, entre los imanes debe existir una fuerza de repulsin. Figura 8.8 Fuerza entre imanes permanentes. j)Libereelfieldelabalanzayacontinuacinpormediodelosjinetillosrestablezcael equilibrio, para obtener Mlectura. Concentre su lectura en la tabla 8.1.k)Repitaloanteriorparalasdistanciasindicadasenlatabla8.1yconcentresuslecturas en la misma. DISTANCIA[m] Mlectura [Kg] M=

[Kg] FUERZA[N] 0.08 0.06 0.04 Tabla 8.1 Fuerza entre polos magnticos. 9.Considere los valores de la tabla 8.1. Cmo vara la magnitud del campo magntico respecto a la distancia? l)Sustituya el imn superior por el electroimn, colquelo a una distancia de 4 cm segn semuestraenlafigura8.9yconctelaalafuentedepoderdemaneraqueprovoque repulsin al fluir corriente por l. Figura 8.9 Fuerza entre un electroimn y un imn permanente. m)Ajuste en la fuente la perilla de voltaje al mximo y por medio de la perilla de corriente obtenga los valores indicados en la tabla 8.2.n)Encadacasodelincisoanterior,paraobtenerMlectura,restablezcaelequilibrioenla balanza y concentre sus lecturas en la misma tabla. CORRIENTE [A] Mlectura [Kg] M= Mimn-Mlectura [Kg] FUERZA[N] 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Tabla 8.2 Fuerza magntica utilizando un electroimn. 10. Considere los valores de la Tabla 8.2 Cmo varia la magnitud del campo magntico sobre el eje del solenoide? Escriba la ecuacin matemtica que cuantifica esta variacin. 11. Grafique la fuerza magntica contra corriente elctrica con los valores obtenidos en la tabla 8.2 Cmo vara la fuerza magntica respecto a la corriente? ESCRIBA SUS COMENTARIOS Y CONCLUSIONES A LA PRCTICA. LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO PRCTICA No. 9 LEY DE LA INDUCCIN ELECTROMAGNTICA DE FARADAYY CIRCUITO RL CONTENIDO PROGRAMTICO RELACIONADO: TEMA V. INDUCCION ELECTROMAGNETICA SUBTEMAS: V.1, V.2, V.3, V.4, V.6 y VI.5 SEMESTRE LECTIVO:________________________ ALUMNONMERO DE CUENTAGRUPO PROFESOR FIRMA CONCEPTOCALIFICACIN Cuestionario Previo (30%) Desarrollo (35%) Cuestionario Final (35%) Calificacin Prctica 9 LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO DEPARTAMENTO DE FSICA PRCTICA No. 9 LEY DE LA INDUCCIN ELEC