FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
Laboratorio (Electricidad y Magnetismo) 2018 Universidad Pedagogica y Tecnologica de Colombia Daniel Mendivelso Perdomo 201820017 Daniel Alejandro Hillon Macias 201821326 Jhon Edison Cuy Patarroyo 201820668 Camilo Alexander Largo 201821876
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NORMAS DE SEGURIDAD Daniel Mauricio Mendivelso Cod. 201820017 Daniel Alejandro Hillón
Cod. 201821326
Jhon Edison Cuy Patarroyo Cod. 201820668 Camilo Alexander Largo
Cod. 201821876
Ingeniería de minas Seccional Sogamoso Universidad Pedagógica Y Tecnológica De Colombia
Correo De Contacto. daniel.hillon@uptc.edu.co
RESUMEN En este laboratorio se realizó una investigación para dar a conocer las diversas normatividad y simbología referente al uso respectivo del laboratorio de física (electricidad y magnetismo), por lo cual se desarrolló a partir de una adecuada búsqueda de los temas para una seguridad en el laboratorio y tener un desarrollo, crecimiento ante una oportuna de especificación de • elementos propuestos en el laboratorio, • para consiguiente reaccionar ante un • evento inoportuno. • INTRODUCCIÓN • La seguridad en el laboratorio requiere de • atención continua y esfuerzo común entre todos aquellos que realizan actividades en • este lugar, y depende de los hábitos de trabajo de los usuarios y su sentido de responsabilidad hacia la protección de
ellos mismos, sus compañeros, la comunidad y el medio ambiente que los rodea. La disciplina y una actitud de cooperación y de sentido común, no debe tomarse como una regla, sino más bien como una necesidad en el trabajo, así la seguridad e higiene deberán ser tomadas como una actividad inseparable a toda aquella actividad realizada en el laboratorio. MÉTODO EXPERIMENTAL Se desarrolló la investigación oportuna para poder dar la normativa para el uso laboratorio de física, específicamente en procesos o laboratorio de electricidad y magnetismo. Se consultó la simbología utilizada por norma de seguridad en el laboratorio y la simbología encontrada de equipos utilizados en dicho laboratorio. RESULTADO Y ANÁLISIS Normativas para el uso del laboratorio (Electricidad y Magnetismo) Los laboratorios deberán estar acondicionados, como mínimo, con lo siguiente: Un control maestro para energía eléctrica. Un botiquín de primeros auxilios. Extintores. Un sistema adecuado.
de
Agua corriente. • Drenaje Señalamientos de civil.
ventilación
protección
Equipo de seguridad personal (guantes (látex, neopreno y resistentes a altas
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temperaturas, lentes de seguridad, entre otros). Al realizar actividades experimentales, nunca deberá estar una persona sola en los laboratorios. El mínimo de personas deberá ser, invariablemente de dos. En el caso de que uno de ellos sea alumno, deberá haber siempre un profesor como segunda persona. (personal a cargo del laboratorio) •
a) Profesor - Profesor
• • •
b) Profesor - Alumno c) Profesor – Técnico Académico d) Técnico Académico - Alumno Todas las actividades que se realicen en los laboratorios deberán estar supervisadas por un responsable. Responsable por grupo: Profesor encargado de impartir la materia de la cual se encuentre realizando trabajo experimental en el que participen alumnos. Corresponsable: Técnico Académico encargado del laboratorio. Nunca se debe trabajar solo. Use sólo instrumentos y herramientas eléctricas que tengan cables de corriente con tres conductores. Antes de manipular conductores desconéctese siempre la corriente. Revise los cables de corriente para ver si muestran deterioro. Cambie o repare los conductores o las puntas de prueba dañadas.
Use siempre zapatos y mantenerlos secos. Evítese estar parado sobre metales o concreto mojado. No utilice anillos u objetos metálicos, No operar instrumentos eléctricos con la piel mojada, No dejar desatendidos cautines calientes, No usar ropa suelta cuando este cerca de maquinaria, Usar gafas de seguridad al utilizar sustancias químicas o herramientas motorizadas. Conecte siempre al último, el cable o la punta de prueba al punto de potencial alto (NO conectar primero el conductor del lado vivo) Para las mediciones de alto voltaje, se recomienda que una segunda persona se ubique cerca del interruptor principal. Asegúrese de tener iluminación para realizar bien su trabajo. Sustancias liquidas no deben estar cerca de circuitos o equipos eléctricos. Antes de manipular cualquier aparato eléctrico o electrónico hay que asegurarse de que está desconectado y ha pasado un tiempo prudencial. Presentarse higiénicamente al taller y mantener la higiene durante toda la estancia en él. No correr dentro del taller.
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CONDICIONES Y EQUIPO DE SEGURIDAD •
El equipo de protección personal que será usado en los laboratorios y anexos de laboratorio donde se lleven a cabo trabajos de experimentación será:
•
Bata de algodón. Uso obligatorio, se recomienda que ésta sea de tela de algodón 100%, manga larga, de un largo hasta la rodilla, usarla preferentemente cerrada y evitar su uso en áreas fuera del laboratorio. Lentes de seguridad (durante el tiempo que dure el experimento, siempre y cuando se requiera). En caso de lentes graduados, solicitar a los alumnos que sean de vidrio endurecido e inastillable, y uso de protectores laterales.
•
Zapato cerrado y cómodo. Preferentemente de piel. debe evitarse el uso de zapatos perforados, sandalias y de tela, ya que no ofrecen protección. Guantes. En caso de que el experimento lo exija y a criterio del profesor. Se deben seleccionar lo adecuados para la actividad que se realizará. Toalla o lienzo de algodón. En los laboratorios y áreas en donde se realicen experimentos, queda prohibido fumar, consumir alimentos o bebidas. Por motivo de seguridad personal, se recomienda evitar el uso de lentes de contacto y artículos personales como anillos, brazaletes, relojes o cualquier otro que pudieran entorpecer el trabajo y contaminarse con sustancias de laboratorio. Usar cabello recogido, y queda prohibido el uso de maquillaje, esmalte para uñas o
cualquier otro producto cosmético durante las actividades de laboratorio. Todas las sustancias, equipos y/o materiales deberán ser manejados con el máximo cuidado, atendiendo a las indicaciones de los manuales de uso o de los manuales de seguridad; evitando realizar maniobras que puedan dañarlo y reportando cualquier anomalía que se presente, en cuanto a su uso. Las sustancias químicas, equipo y/o material no podrán sacarse fuera del laboratorio sin la autorización del Técnico Académico y/o Maestro encargado de las actividades en el laboratorio. Las puertas de acceso y salidas de emergencia deberán estar siempre libres de obstáculos, accesibles y en posibilidad de ser utilizadas ante cualquier eventualidad. Las regaderas y lavaojos deberán contar con el drenaje correspondiente, funcionar correctamente, estar lo más alejadas que sea posible de instalaciones o controles eléctricos y libres de todo obstáculo que impida su correcto uso. Los controles maestros de energía eléctrica y suministros de gas y agua, para cada laboratorio, deberán estar señalados adecuadamente, de manera tal que sean identificados fácilmente. En cada laboratorio, deberá existir al alcance de todas las personas que en él trabajen, un botiquín de primeros auxilios. Los extintores de incendio deberán ser de C02, o de polvo químico seco; deberán revisarse como mínimo una vez al semestre, y deberán recargarse cuando sea necesario, de conformidad con los resultados de la revisión o por haber sido utilizados.
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Los sistemas de extracción de gases y campana deberán mantenerse siempre sin obstáculos que impidan cumplir con su función. Asimismo, deberán ser accionados al inicio del trabajo experimental, para verificar su buen funcionamiento; en caso contrario, se deberá avisar a la coordinación de mantenimiento, para que efectúen el mantenimiento preventivo o correctivo que se requiera. Los sistemas de suministro de agua corriente y drenaje deberán verificarse a fin de que estén en buen estado; en caso contrario, dar aviso al área de Mantenimiento para recibir el mantenimiento preventivo o correctivo que se requiera. Los lugares en que se almacenen reactivos, disolventes, equipos, materiales, medios de cultivo y todo aquello relacionado o necesario para que el trabajo en los laboratorios se lleve a cabo, estarán sujetos a este Reglamento en su totalidad. Queda prohibido arrojar desechos de sustancias al drenaje o por cualquier otro medio sin autorización. Los manuales de prácticas correspondientes deberán incluir la forma correcta de desechar los residuos. Para transferir líquidos con pipetas, deberá utilizarse la llenadora correspondiente. Queda prohibido pipetear con la boca. Al finalizar las actividades en el laboratorio, deberán verificar que queden • cerradas las llaves de gas y agua. En caso de requerir que algún equipo trabaje de manera continua, deberá dejarse en el • interior y en el exterior del laboratorio correspondiente en forma claramente
visible y legible, la información acerca del tipo de reacción o proceso en desarrollo, las posibles fuentes de problema, la manera de controlar los eventuales accidentes y la forma de localizar al responsable del equipo. Cuando se trabaje con sustancias tóxicas, nunca deberán tomarse frascos por la tapa o el asa lateral, siempre deberán tomarse con ambas manos, una en la base y la otra en la parte media. Además, se deberá trabajar en el área con sistema de extracción y equipo de protección personal. En cada laboratorio deberá existir, de manera clara, visible y legible, la información acerca de los teléfonos de emergencia a los cuales llamar en caso de requerido.
NORMAS HIGIENE
DE
SEGURIDAD
E
El equipo eléctrico es todo aquello que se utiliza para realizar operaciones que requieren de agitación, calentamiento, enfriamiento, bombeo, entre otros, y algunos otros instrumentos que se utilicen para realizar mediciones químicas o físicas, y que necesiten la corriente eléctrica para su funcionamiento. Al manejar equipo eléctrico tome en cuenta lo siguiente: Solo use equipo que se encuentre en buenas condiciones y diseñado adecuadamente. Si observa que el equipo tiene una pieza suelta, solicite inmediatamente una revisión.
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•
Inspeccione el equipo para detectar posibles daños. 4. Desconecte el equipo antes de someterlo a una revisión.
•
No juegue con los enchufes o conexiones. 6. Use cordones de extensiones cortos y solo cuando sea necesario. Asegúrese de que la mesa donde se encuentre el equipo esté seca y que el área se encuentre libre de sustancias • inflamables.
•
•
•
•
•
•
•
No maneje equipo eléctrico con manos mojadas o sudorosas. Tampoco lo maneje cuando se encuentre parado sobre el piso • mojado. La conexión de los sistemas eléctricos a tierra es esencial para su operación • segura. Asegúrese que tanto el equipo como los enchufes a usar estén conectados a tierra. En las campanas de extracción los • enchufes deben colocarse por fuera para prevenir la producción de chispas eléctricas dentro de la misma. Asegúrese de que las adiciones de un equipo eléctrico a los sistemas eléctricos ya existentes no sobrecarguen el sistema. Antes de desconectar un equipo, asegúrese de que los interruptores se encuentren en posición de apagado, esto • con el fin de que al momento de desconectarlo no origine la formación de • chispa. No almacene explosivos o líquidos inflamables en los refrigeradores o cerca • de motores eléctricos. El equipo eléctrico debe colocarse de tal manera que el agua o cualquier químico no tenga contacto con él. En caso de que el • contacto suceda accidentalmente, desconecte inmediatamente el equipo y no
utilice hasta que se haya limpiado e inspeccionado. REGADERAS Y LAVAOJOS Las regaderas y lavaojos al igual que el botiquín de primeros auxilios y los extinguidores forman parte del equipo para emergencias. Se utilizan para primeros auxilios en caso de salpicaduras de productos químicos y para extinguir ropas incendiadas. Cada usuario de productos químicos deberá conocer su funcionamiento y localización en el área de trabajo. Se recomienda que se encuentren cerca el lavaojos de la regadera, para en caso de necesitarse se puedan usar los dos al mismo tiempo. El agua o solución salina del lavaojos deberá cambiarse cada que su fecha de caducidad así lo requiera.
EXTINGUIDORES Todos los laboratorios deberán contar con extinguidores, estos equipos se usan para combatir el fuego o incendio. Se deben colocar en un lugar de fácil acceso y visible. Deberán inspeccionarse mensualmente para detectar sellos rotos y su funcionalidad. Cada extinguidor deberá llevar una etiqueta indicando con que clase o clases de fuego es efectivo, así como la fecha de su última inspección. Después de usar un extintor, deberá ser recargado o reemplazado inmediatamente.
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Todos los laboratorios deben tener un extinguidor que sea de un tamaño adecuado y que sea del tipo apropiado. Extinguidores de Agua: estos son muy efectivos contra la quema de papeles y basura (Incendio de clase A) No deben ser usados en aparatos eléctricos, fuegos líquidos o de metal. Extinguidores de Dióxido de Carbono: Son efectivos contra los incendios de líquidos tales como los Hidrocarburos e incendios eléctricos ( Incendio de Clase B y C). Estos son recomendados contra incendios que están involucrados con instrumentos delicados y sistemas ópticos ya que estos no dañan este tipo de equipo. Estos extinguidores son menos efectivos contra papel, basura o incendios de metales y no deben ser usados contra fuegos de Litio, aluminio, y componentes con nitrógeno. Extinguidores de Polvo Seco: Son efectivos contra los incendios de líquidos e incendios eléctricos (Incendios de Clase
B y C). Estos son menos efectivos contra incendios de papel, basura o incendios de metal. Son usados generalmente cuando hay una gran cantidad de solventes presentes. Extinguidores “Met-L-X”: Tienen una formula granular son efectivos contra incendios de metal (Incendios de Clase D). En esta categoría están incluidos los incendios involucrados con magnesio, Litio, Sodio y Potasio y mezcla de metales reactivos. Estos extinguidores son menos efectivos contra el papel, basura, líquidos o incendios eléctricos. Simbología utilizada por norma de seguridad en el laboratorio. El etiquetado de un producto implica la asignación de unas categorías de peligro definidas y preestablecidas, identificadas mediante los pictogramas y/o las frases de riesgo (frases R). Las funciones y las distintas categorías, su descripción y su identificación.
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Simbología encontrada de equipos utilizados en laboratorio.
Los pictogramas de peligro tendrán forma de cuadrado apoyado en un vértice. Llevarán un símbolo negro sobre un fondo blanco, con un marco rojo lo suficientemente ancho para ser
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO claramente visible. acatar cada una de ellas; por esto tener presente que el laboratorio es un sitio donde se puede experimentar y hacer buenos ejercicios de conocimiento pero siempre con una buena disposición de normatividad del sitio a trabajar. Es necesario tomar en cuenta que al trabajar en el laboratorio se corren ciertos peligros potenciales, cabe mencionar que, de estos peligros, el más difícil de controlar es la actitud personal, la irresponsabilidad y el descuido, una persona descuidada puede exponer a muchas otras a situaciones de riesgo. El presente reglamento y normatividad con respecto al trabajo en el laboratorio, se ha elaborado con el objetivo de que sirva como una guía en las actividades realizadas en el mismo. BIBLIOGRAFIA
CONCLUSION La investigación es crucial para poder entender mejor como son las normas de laboratorio, ya que estas nos dejan ver que así sea un sitio controlado puede presentarse algún tipo de accidente, por eso debemos utilizar una vestimenta adecuada para evitar ciertos riesgos, tener en cuenta las normas básicas de seguridad ya que sería peligroso no
Zarco R. E. 1998. Seguridad en Laboratorios, Prevención de Accidentes y Primeros Auxilios en Laboratorios Químicos. 2ª edición. Ed. Trillas. México. D.F. Gaviño T. G., Juárez L. J.C. y Figueroa T. H. H. 2001. Técnicas Biológicas Selectas de Laboratorio y de Campo. 2ª edición. Editorial LIMUSA Noriega Editores. México. D.F. Álvarez C. C. R., Arce C. M. E., Tapia L. M. I., Castillón C. L., Moreno I. G. y Sánchez M. R. I. 2003. Manual de Seguridad para Laboratorios de la Universidad de Sonora. PISSA-
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO UNISON. Hermosillo, Sonora, México. Norma Oficial Mexicana: NOM005STPS-1998. Relativa a las condiciones de seguridad e higiene en los centros de trabajo para el manejo, transporte y almacenamiento de sustancias químicas peligrosas. Norma Oficial Mexicana: NOM010STPS-1999. Relativa a las condiciones de seguridad e higiene en los centros de trabajo donde se manejen, transporten, procesen o almacenen sustancias químicas capaces de generar contaminación en el medio ambiente laboral.Departamento de química orgánica, seguridad laboratorio químico.
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FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO LABORATORIO 2 ELECTROESTATICA. Daniel Mauricio Mendivelso Cod. 201820017 Daniel Alejandro Hillon
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Jhon Edison Cuy Patarroyo Cod. 201820668 Camilo Alexander Largo
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RESUMEN Para este informe se realizaron los respectivos experimentos cumpliéndose el objetivo de observar, comprobar la electrización en objetos, analizar las formas de generar cargas eléctricas y estudiar los diferentes comportamientos que pueden presentar algunos cuerpos cargados, las reacciones de estos con el medio o con otros objetos según su carga, independiente de los objetos propuestos para esta práctica.
INTRODUCCIÓN La electrización es uno de los fenómenos que estudia la electrostática, la cual trata sobre los fenómenos relacionados con cargas eléctricas en reposo. Un átomo en condiciones normales es eléctricamente neutro, ya que posee la misma cantidad de cargas positivas y negativas. Cuando se provoca un desequilibrio en las cargas de un átomo se produce un ion, si
el átomo pierde una o algunas de sus cargas positivas adquiere carga negativa, si contrariamente el átomo pierde electrones quedar con un número mayor de cargas positivas, por lo que formar un ion positivo Existen varios tipos de electrización, uno de ellos es la electricidad por contacto, Consiste en cargar los cuerpos poniéndolo en contacto con otro previamente electrizado. En este caso, ambos quedarán cargados con carga del mismo signo (+ o -). La electrización por fricción se caracteriza por producir cuerpos electrizados con cargas opuestas. Esto ocurre debido a que los materiales frotados tienen diferente capacidad para *retener y entregar* electrones y cada vez que se tocan algunos electrones saltan de una superficie a otra, por último tenemos la electrización por fricción que se caracteriza por ser un proceso de carga de un objeto sin contacto directo.
METODO EXPERIMENTAL Se extendió sobre una mesa un puñado de confeti, frote la regla o un peine de plástico sobre el pelo limpio y seco y acérquelo a los trozos de papel. Luego se retiraron los trozos de papel con su mano y colócalos sobre la mesa. Se acercó nuevamente el peine y se puede ver como los papelitos fueron atraídos por el peine con carga negativa. Como se demuestra en la figura 1 y 2.
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Se construyó un electroscopio.
FIGURA 1 (Procedimiento experimento N⁰1)
FIGURA 2. (Procedimiento experimento N⁰1) Fuente: Grupo de física electricidad y magnetismo ingeniería de minas Uptc.
Se inflaron dos globos y se amarraron al techo, de manera que quedaron a la misma altura, se frotaron los globos con un trozo de tela y se dejaron suspendidos. Una vez los globos quedaron separados como se puede ver en la gráfica se pudo pasar la mitad y demás objetos entre estos dos. Como se demuestra en la figura 3.
FIGURA 3 (Procedimiento experimento N⁰2) Fuente: Grupo de física electricidad y magnetismo ingeniería de minas Uptc.
FIGURA 4(Procedimiento experimento N⁰3) Fuente: Grupo de física electricidad y magnetismo ingeniería de minas Uptc.
Con un pedazo de tela se froto la barra de PVC y se acercó la barra a la parte superior del electroscopio, poco a poco, sin tocarla, se observó lo ocurrido con las tiritas de aluminio conforme lo va acercando a la parte superior hasta que logra tocarlo. Descargue la barra tocándola con la mano. Repita varias veces.
FIGURA 5(Procedimiento experimento N⁰4)
Se elaboró un péndulo con ayuda de una esfera de icopor forrada con papel aluminio. Se frotaron las barras de diferentes materiales con acetato y
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO acerque la barra lentamente hasta tocar el péndulo.
FIGURA 6 (Procedimiento experimento N⁰5)
RESULTADOS Y ANALISIS Por medio de La ley de la conservación de la energía, podemos decir “la energía no se crea ni se destruye solo se transforma" Está en una norma básica que debemos conocer y presumir, puesto que tiene la utilidad de ayudar a conocer mejor como son los sistemas de transferencia y de cargas nos afectan cada día. Ya que en el mundo se maneja mucho los sistemas de electricidad que poseen los materiales ya que unos son conductores y nos ayudan a hacer transferencias de cualquier tipo de energía, así como otros que son aislantes y nos ayudan a repeler ciertos tipos de energía. Por lo cual, el procedimiento (FIGURA1) se dan la evidencia del efecto de la fricción o frotamiento entre objetos. Se frota dos cuerpos eléctricamente neutros, por lo cual, el peine o peinilla con el pelo genera una carga negativa (ganancia de electrones) y como tal los papeles poseen una carga positiva, dando la idea de la electrización (efecto
de ganar o perder electrones). Otro ejemplo que pretende dar una similitud, las fibras de una alfombra en un día seco son buenos conductores. Cuando usted camina sobre ella, la fricción de los zapatos contra las fibras hace que la carguen. Se cargar cuerpos y hacer transferencias de cargas a otros cuerpos, con 3 distintos métodos, y el comportamiento de las cargas en estos cuerpos. Sin embargo, sucede el mismo fenómeno electrostático con el experimento (FIGURA 2), pero el proceso electrostático está sometido por el contacto de dos objetos, ya que al estar cargada o hay ganancia de electrones genera una atracción del otro cuerpo involucrado en el experimento. De igual manera se genera el fenómeno independiente del objeto para poder producir electricidad, dando un concepto donde las cargas similares se repelan y las cargas opuestas se atraen. Ciertos materiales permiten que las cargas eléctricas se muevan con facilidad de una región del material a la otra (figura 4), mientras que otros no lo hacen. Dentro de un sólido metálico, como el alambre o metales con acetato, uno o más de los electrones externos de cada átomo se liberan y mueven con libertad a través del material, en forma parecida a como las moléculas de un gas se desplazan por los espacios de un recipiente. el electroscopio, instrumento que permite determinar la presencia de cargas eléctricas (figura 7) La fuerza de repulsión electrostática se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO de esfera, las láminas, al perder la polarización, vuelven a su posición normal.
FIGURA 7 (Procedimiento experimento N⁰5)
En la practica se observo (figura 5) la diferencia entre unmaterial conductor y uno no conductor, se pudo evidenciar que el vidrio no es un buen conductor de electricidad por ende al acerca hacia la esfera cargada no se observa que se realice una fuerza de atraccion o repulsion sobre ella, mientras un material como el hierro ( Excelente conductor).
Conclusiones. Mediante este experimento se pudo comprobar que al ser electrizado un cuerpo por los métodos propuestos como lo es (contacto, frotación, fricción) con otro cuerpo, se generan fenómenos, los cuales nos dan un indico de cargas o energía (protones) que están en nuestro entorno, pero a la simple vista no lo vemos (Los objetos con electricidad negativa atraen a aquellos con electricidad positiva,
mientras que los que tienen el mismo tipo de electricidad, se rechazan). Al cargar el PVC y compararlo con el acero se evidencia (figura 5), que la atracción del PVC con la bola de aluminio se atrae a una gran distancia y con un tiempo más prolongado al compararlo con el acero, ya que el radio de atracción es menor, esto debido que el acero al ser un mejor conductor que el PVC tiende a descargar más rápido. Mostrándonos que el PVC, aunque conduce electricidad no es tan buen conductor como el acero, pero si mejor que el vidrio o la madera . Existen materiales, los cuales son más propuestos a ser aislantes, conductores o semiconductores al ser electrizados por cuerpos externos . La electrización es un fenómeno muy común en nuestro entorno aunque no lo creamos, ya que desde muy pequeños sabemos que está allí pero no sabemos como, desde cuando frotábamos las manos en nuestros televisores que soltaban un tipo de energía, o cuando nos quitábamos una camiseta, que en algunos casos pasa una leve carga de electricidad, son fenómenos que siempre están allí pero no sabemos que son o como funcionan, en estos tipos de laboratorio se aprende a descubrir en el como o el porque eso pasa, y es muy interesante saber que hay varias formas de electrizar un cuerpo y como reaccionan con otros cuerpos, ya que uno piensa que esta energia solo se destruye, cuando en realidad la energia se transfiere.
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BibliografÃa https://es.wikibooks.org/wiki/Elect ricidad/Electrost%C3%A1tica/Form as_de_cargar_un_cuerpo#:~:text=L a%20inducci%C3%B3n%20es%20un %20proceso,un%20objeto%20carga do%20por%20frotamiento.&text=S e%20dice%20que%20aparecen%20c argas%20el%C3%A9ctricas%20indu cidas.
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FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO LEY DE COULOMB Daniel Mauricio Mendivelso Cod. 201820017 Daniel Alejandro Hillon
Cod. 201821326
Jhon Edison Cuy Patarroyo Cod. 201820668 Camilo Alexander Largo
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RESUMEN En esta práctica de laboratorio aprendimos, cual es la relación de la fuerza eléctrica con la carga y la distancia entre las cargas. Por lo tanto, se realizó la fuerza de atracción o de repulsión mediante una aplicación propuesta para el laboratorio. Está aplicación cuenta con un medidor de fuerza en Newton mediante una escala macro o escala atómica. el cual va siendo marcado por el movimiento de las partículas y respectivamente su carga y la distancia oportuna para la toma de medidas, posteriormente procedemos a tomar la medida de la carga que tiene las partículas al acercarse o alejarse dependiendo de su carga y distancia conectada a un multímetro procedemos a realizar los mismos pasos para las distancias y cargas respectivas a los experimentos. ley de coulomb nos ayuda mucho ya que en la vida cotidiana todos los cuerpos están cargados, aunque mínimamente o su carga es cero debido a que posee la misma carga de electrones y carga de protones.
INTRODUCCIÓN La ley de Coulomb es la ley física que rige la interacción entre objetos cargados eléctricamente. Fue enunciada por el científico francés Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), gracias a los resultados de sus experimentos mediante la balanza de torsión. En 1785, Coulomb experimentó innumerables veces con pequeñas esferas cargadas eléctricamente, por ejemplo acercando o alejando dos esferas, variando la magnitud de su la carga y también su signo. Siempre observando y registrando cuidadosamente cada respuesta. Estas pequeñas esferas pueden considerarse como cargas puntuales, es decir, objetos cuyas dimensiones son insignificantes. Y ellas cumplen, como se sabe desde la época de los antiguos griegos, que las cargas de igual signo se repelen y las de distinto signo se atraen. Con esto en mente, Charles Coulomb encontró lo siguiente: La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de la magnitud de las cargas. -Dicha fuerza siempre está dirigida a lo largo de la línea que une las cargas. -Finalmente, la magnitud de la fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa las cargas. (Ley de Coulomb: explicación, fórmula y unidades, ejercicios, experimentos Lifeder, 2020).
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Experimento 1. Se fijó la carga q1 en -1 *10-6C y el radio de 0,03 m entre las dos cargas, y se modificó los valores de la carga q2, obteniendo los datos estipulados en la tabla 1.
Figura 1. Esquema que muestra la interacción entre cargas eléctricas puntuales. (Ley de Coulomb: explicación, fórmula y unidades, ejercicios, experimentos - Lifeder, 2020).
MÉTODO EXPERIMENTAL Se usó el simulador para la ley de coulomb. https://phet.colorado.edu/sims/html/c oulombs-law/latest/coulombslaw_es.html Para poder experimentar las fuerzas entre cargas variando su distancia entre ellas y su carga ( positiva o negativa ).
Imagen 1. Ilustración experimento 1
Q2 -10 -8 -6 -4 -2 -1 0 9 7 5 3 1
F(N) 998.617 798.893 599.700 399.447 199.723 99.852 0 898.755 699.032 499.308 299.584 99.852
Tabla 1. q2 variable
Experimento 2. Luego, se fijó la carga q2 con 4*10-6 y la distancia de 0,05 m, con ello se comenzó a variar la carga q1 tal y como se expresa en la tabla2.
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r(cm) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1.5
Imagen 2. IlustraciĂłn Experimento 2 1
Q1 -10 -8 -6 -4 -2 0 1 3 5 7 9
F(N) 143.801 115.041 86.280 57.520 28.760 0 14.380 43.140 71.900 100.661 129.421
Tabla 3. Distancia variable
RESULTADO Y ANĂ LISIS Con los datos obtenidos se realizĂł una grĂĄfica, como se demuestra en la grĂĄfica 1. DĂĄndonos cuenta, que la carga ejercida en q2, es variable entre la carga q1 y el radio entre estas dos partĂculas. F= đ??ž
Tabla 2. q1 variable
Experimento 3. Por Ăşltimo, se dejĂł las dos cargas q1 de 10*10-6 C y 2 de -10*10-6 C, fijas y se puso variable el radio entre las cargas. Como se expresa en la tabla3.
F(N) 89.876 110.957 140.430 183.419 249.654 359.502 561.722 998.617 2,246.888 4,585.485
đ?‘„1 đ?‘„2 đ?‘…2
EcuaciĂłn Ley de coulomb
F(N) 1.000.000
800.000 600.000 400.000 200.000 0 0
5
10
GrĂĄfica 1. Q2 variable. Imagen 3. IlustraciĂłn Experimento 3 1
La tabla3, se desarrollĂł a partir de la variaciĂłn de la distancia entre cargas asignadas.
CĂĄlculo de pendiente de cada grafica a partir de su experimento propuesto. Grafica 1. đ?‘š=
đ?‘Ś2 − đ?‘Ś1 đ?‘„2 − đ?‘„1 = đ?‘Ľ2 − đ?‘Ľ1 đ??š2− đ??š1
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO 9đ?‘‹10−6 − 1đ?‘‹10−6 898.755 − 99.855 đ?’Ž = đ?&#x;?. đ?&#x;Žđ?&#x;Žđ?&#x;?đ?&#x;‘đ?’™đ?&#x;?đ?&#x;Žâˆ’đ?&#x;” Con los datos obtenidos se realizĂł el mismo procedimiento quĂŠ en el experimento 1. Con los cuales se diseùó una grĂĄfica, como se demuestra en la grĂĄfica 2. đ?‘š=
Parea la grĂĄfica siguiente se toma en cuenta la fĂłrmula de la ley de coulomb, variando la carga đ?‘„1 .
F(N)
F(N) 1.200.000 1.000.000
800.000 600.000 400.000 200.000 0 10
9
8
7
6
5
4
3
GrĂĄfica 3. Distancia variable
Grafica3. đ?‘Ś2 − đ?‘Ś1 đ?‘„2 − đ?‘„1 = đ?‘Ľ2 − đ?‘Ľ1 đ??š2− đ??š1 1đ?‘‹10−6 − 1đ?‘‹10−6 đ?‘š= 89.876 − 4585.485 đ?’Ž = −đ?&#x;’. đ?&#x;’đ?&#x;’đ?&#x;–đ?&#x;•đ?’™đ?&#x;?đ?&#x;Žâˆ’đ?&#x;?đ?&#x;Ž
140.000
đ?‘š=
120.000 100.000 80.000 60.000
40.000 20.000 0 0
2
4
6
8
10
GrĂĄfica 2. Carga q1 variable
Grafica2. đ?‘Ś2 − đ?‘Ś1 đ?‘„2 − đ?‘„1 = đ?‘Ľ2 − đ?‘Ľ1 đ??š2− đ??š1 9đ?‘‹10−6 − 1đ?‘‹10−6 đ?‘š= 129.421 − 14.380 đ?’Ž = đ?&#x;”. đ?&#x;—đ?&#x;“đ?’™đ?&#x;?đ?&#x;Žâˆ’đ?&#x;–
los valores de la fuerza frente al cuadrado del inverso de la distancia entre las cargas, son proporcionalmente (ascendente) , ya que la fuerza depende de las magnitudes de las cargas a experimentar.
F(N)
đ?‘š=
1.200.000 1.000.000 800.000 600.000 400.000
Realizamos una grĂĄfica en la cual observamos el suceso que se da al variar la distancia, pero con las cargas fijas, demostrado en la grĂĄfica 3.
200.000 0 0
0,05
0,1
0,15
GrĂĄfica 4.Fuerza en funciĂłn del cuadrado del inverso de la distancia entre las cargas
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Formula EnergĂa, a partir de su pendiente y el radio a tomar de cada experimento propuesto. đ?‘Źđ?&#x;Ž =
đ?&#x;? ∗ đ?’Žđ?’“² đ?&#x;’đ?œŤ
Experimento 1 1 4đ?›ą ∗ 1.0013đ?‘Ľ10−6 ∗ (0.03)² đ??¸ = 811053 Experimento 2 1 đ??¸= 4đ?›ą ∗ 6.95đ?‘Ľ10−8 ∗ (0.05)² đ??¸ = 1.56375 Experimento 3 1 1đ?‘‹10−6 − (1đ?‘‹10−6 ) đ??¸= ∗ 4đ?›ą −4.4487đ?‘Ľ10−10 đ??¸ = −4.04đ?‘Ľ1013 đ??¸=
Las fuerzas que ejerce cada una de las cargas son importante para comprender los acontecimientos que pasan alrededor de nuestro entorno. Se deberĂan trabajar mĂĄs experimentos de estos tipos ya que nos dan una idea exacta de las unidades que maneja cada carga. Las cargas son mĂĄs importantes de lo que se pensaba ya que a ciertas distancias ejercen tanta fuerza que es complicado unir cargas opuestas. Las cargas son un sistema invisible al ojo humano, pero se puede observar los cambios que ocurren cuando estas estĂĄn cargas y cerca a otras cargas. Poseen la utilidad de atracciĂłn o repulsiĂłn de otras cargas esto quiere decir que si se cargan dos elementos con la misma o de diferentes cargas
pueden utilizarse para identificar distintos tipos de objetos o mantener un sistema aislado de otros. Teniendo en cuenta un promedio de la energĂa establecida en cada tabla propuesta para el laboratorio se puede evidenciar que hay una perdida en el sistema. Por lo cual, del siguiente procedimiento, se evidencia un promedio de perdida en el sistema a partir de los datos obtenidos de las tablas. ∑ đ??¸0 đ??¸0 = 3 811053 + 1.56375 + (−4.04đ?‘Ľ1013 ) = 3 = −1. 34đ?‘Ľ1013
CONCLUSIONES Se aprendiĂł, conociĂł, logro que a partir de un objeto cargado positivamente o negativamente con cargas iguales se repelen y con cargas contrarias se atraen, por lo cual se conoce que la fuerza es directamente proporcional a la carga elĂŠctrica. En cada tipo de experimento se puede identificar diferentes formas de explicar fenĂłmenos fĂsicos que se pueden ver pero no se podĂan expresar que pasaba con estos, bueno esto era en un pasado, hoy en dĂa se puede explicar todos los fenĂłmenos, aparte de poderlos explicar se pueden hacer experimentos de cĂłmo actĂşan estas fuerzas invisibles, con programas que muestran lo que pasa y como pasa, un ejemplo claro es el experimento
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO realizado, donde se puede experimentar que es lo que pasa y se pueden modificar cada una de estas características para seguir experimentado y demostrando que pasa a ciertos valores, esto nos deja en evidencia y un claro conocimiento de las demostraciones que nos expresan estos medios de experimentos ya que dejan en evidencia las unidades utilizadas. BIBLIOGRAFíA Lifeder. 2020. Ley De Coulomb: Explicación, Fórmula Y Unidades, Ejercicios, Experimentos - Lifeder. [online] Available at: <https://www.lifeder.com/ley-decoulomb/#:~:text=La%20ley%20de%2 0Coulomb%20es%20la%20ley%20f%C3 %ADsica,de%20sus%20experimentos% 20mediante%20la%20balanza%20de% 20torsi%C3%B3n.> [Accessed 7 July 2020].
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
LEY DE COULOMB Daniel Mauricio Mendivelso Cod. 201820017 Daniel Alejandro HillĂłn
Cod. 201821326
Jhon Edison Cuy Patarroyo Cod. 201820668 Camilo Alexander Largo
Cod. 201821876
IngenierĂa de minas Seccional Sogamoso Universidad PedagĂłgica Y TecnolĂłgica De Colombia Correo De daniel.hillon@uptc.edu.co
Contacto.
RESUMEN
En este laboratorio se aprendiĂł a identificar la relaciĂłn entre fuerza elĂŠctrica y campo elĂŠctrico, para lograr esto se iniciĂł con una carga elĂŠctrica fija positiva actuando frente a otra carga (mĂłvil) tambiĂŠn positiva, pero cambiando los valores de la carga, todo esto se realizĂł con una distancia fija entre las dos cargas, se continuĂł realizando este mismo procedimiento, pero esta vez cambiando la carga de la que esta fija. Para finalizar el experimento en el primer simulador se mantuvo el valor de las cargas fijas en ambas cargas y se hizo variar la distancia, con esto se culminĂł el anĂĄlisis en el primer simulador. Para la siguiente parte del laboratorio se aprovechĂł que el segundo simulador tiene la opciĂłn de poner las cargas negativas, entonces nuevamente se realizĂł el procedimiento de asignar un valor fijo a la carga fija y a la carga mĂłvil le dimos diferentes valores negativos, se realizĂł todo esto con una distancia fija entre las dos cargas. Se repitiĂł el mismo procedimiento, pero esta vez se le dio una
carga fija a la carga negativa y se variĂł los valores de la carga positiva. Cabe resaltar que se estuvo anotando cada uno de estos datos en sus respectivas tablas para poder establecer la relaciĂłn entre fuerza y campo elĂŠctrico realizando las respectivas graficas que nos muestra las diferencias entre estas relaciones. INTRODUCCIĂ&#x201C;N
La ley de Coulomb describe las fuerzas que actĂşan a la distancia entre dos cargas. Por medio del concepto de campo elĂŠctrico,
podemos
reformular
el
problema al separarlo en dos pasos distintos. Se Piensa que una de las cargas genera un campo elĂŠctrico en todo el espacio. La fuerza que actĂşa sobre una carga introducida en el campo elĂŠctrico de la primera es provocada por el campo elĂŠctrico en
la
posiciĂłn de
la
carga
introducida. El campo elĂŠctrico â&#x192;&#x2014;E es una cantidad vectorial que existe en todo punto del espacio. El campo elĂŠctrico en una posiciĂłn
indica
la
fuerza
que actuarĂa sobre una carga puntual positiva
unitaria si estuviera
en
esa
posiciĂłn. El campo elĂŠctrico se relaciona con la fuerza elĂŠctrica que actĂşa sobre una carga
arbitraria q con â&#x192;&#x2014; = đ??&#x201E;
đ??&#x2026; đ??Ş
la
expresiĂłn (đ?&#x;?)
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Las dimensiones del campo eléctrico son newton/coulomb. Podemos expresar la fuerza eléctrica en términos del campo eléctrico, ⃗ =qE ⃗ F Para una q positiva, el vector de campo eléctrico apunta en la misma dirección que el vector de fuerza. La ecuación para el campo eléctrico es similar a la ley de Coulomb. Asignamos a una carga q en el numerador de la ley de Coulomb el papel de carga de prueba. La otra carga (u otras cargas) en el numerador, qi crea el campo eléctrico que queremos
estudiar.
MÉTODO EXPERIMENTAL Se
ingresó
al
siguiente
link
http://labovirtual.blogspot.com/2012/03 /ley-de-coulomb.html, en el cual se realizó una simulación de campos eléctricos tal y como se demuestra en la figura 1.
Figure 1. Simulador 1 para experimento de campos eléctricos.
Experimento 1. Se fijó la carga fija y una distancia entre las 2 cargas, y se procedió a variar la carga móvil. Obteniendo el dato en el simulador de la fuerza en Newton. Teniendo los datos obtenidos en el experimento 1 se aplicó la siguiente ecuación para obtener la intensidad del campo eléctrico. Ecuación 1. Experimento 2. Se fijó la carga móvil y una distancia entre las dos cargas, variando en este experimento la carga fija. Experimento 3. En este experimento se procedió a modificar la distancia entre las dos cargas, fijando la carga móvil y la carga fija. A continuación, se ingresó al siguiente link https://phet.colorado.edu/sims/html/co ulombs-law/latest/coulombslaw_es.html, en cual también como en el anterior simulador se realizó una simulación de campos eléctricos tal y como se demuestra en la figura 2.
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
Figure 2. Simulador 2 para experimento de campos eléctricos
Experimento 4. Se fijó la carga q1 y la distancia entre las cargas q1 y q2, y se procedió a modificar la carga q2 en valor negativo. Experimento 5. Se fijó la carga q2 en valores negativos y la distancia entre las cargas q1 y q2, en el cual se modificó la carga q1. RESULTADO Y ANÁLISIS
Experimento 1 Carga fija(Q): 20 μC: 20*10-6 C Distancia: 0,52 m Ley de coulomb: Se usa para obtener la fuerza (Atracción o repulsión) que se genera al interactuar dos o más cargas, la cual es proporcional al producto de las dos cargas, he inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas. Obteniendo la fuerza mediante la aplicación de la ley de coulomb, y la carga, la cual en el experimento 1 se está variando, se procedió a aplicar la ecuación 1, con la cual se logró obtener el dato del campo eléctrico generado, como se ilustra en la tabla 1.
q(C) 10*10^-6 C 20*10^-6 C 30*10^-6 C 40*10^-6 C 50*10^-6 C 60*10^-6 C 70*10^-6 C 80*10^-6 C 90*10^-6 C
F(N) 7 13 20 26 33 40 46 53 60
E(N/C) 7*10^5 6,5*10^5 6,66*10^5 6,5*10^5 6,6*10^5 6,66*10^5 6,57*10^5 6,62*10^5 6,66*10^5
Tabla 1. Variación de carga q2, con carga q1 y distancia fija.
Con los datos obtenidos en el simulador se completó la tabla 1. En esta tabla se pudo observar qué a medida que a medida que se modificaba la carga móvil, la fuerza eléctrica iba aumentando, además de ello el campo eléctrico iba aumentando a medida que la fuerza eléctrica iba aumentando, por ende el campo eléctrico es directamente proporcional a la fuerza eléctrica, y las cargas eléctricas son inversamente proporcionales a el campo eléctrico. El vector E tiene la misma dirección qué F, y su signo depende del signo de la dirección de la carga Q. En la tabla 1, se establece un campo eléctrico mayor cuando la carga móvil es menor a la carga fija. Sucede lo contrario a la fuerza generada por las cargas. A una mayor carga móvil, mayor será la fuerza, en este caso de repulsión.
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO fuerza de repulsiĂłn entre las cargas generadoras (la fuerza y energĂa del sistema serĂĄ en direcciĂłn al campo elĂŠctrico ),figura 3.
Figure 3. Dibujo campo elĂŠctrico generado variando la carga đ?&#x2018;&#x17E;0
En la figura (3) se observa, quĂŠ la carga Q y las diferentes cargas đ?&#x2018;&#x17E;0 (mĂłvil) son positivas, se presenta una fuerza de repulsiĂłn entre las cargas. la fuerza, por ende, (energĂa ) serĂĄ en direcciĂłn a la direcciĂłn del campo elĂŠctrico. Al tener una carga fija de 20ÎźC, y el cambio de la carga mĂłvil, se evidencia que se presenta una diferencia entre cargas visibles, se genera un campo elĂŠctrico mayor a cargas con una similitud o con menor diferencia entre las cargas que estĂĄn variando. El experimento No. 1 nos da a entender que entre un campo elĂŠctrico y las cargas generadoras cumple el principio de superposiciĂłn, por lo que el campo (Total), es la suma vectorial de los campos elĂŠctricos creados por un punto por cada una de las cargas generadoras. En este caso la Tabla 1, nos da a entender que los campos elĂŠctricos generados por las cargas a estudiar son proporcionales. Mas sin embargo al aumentar la carga mĂłvil o que sea mayor a 0 (đ?&#x2019;&#x2019;đ?&#x;&#x17D; â&#x2030; đ?&#x;&#x17D;) frente a la carga fija Q, el campo elĂŠctrico entre estas cargas generadoras se mantiene constante o llega a un promedio, pero su fuerza aumentara por lo cual, el campo elĂŠctrico depende intrĂnsecamente de una fuerza y una carga , por ende abra una
Experimento 2 Carga mĂłvil(đ?&#x2018;&#x17E;0 ): 50ÎźC : 50*10-6 C Distancia: 159 cm: 1,59 m C En este experimento se fijĂł la carga đ?&#x2018;&#x17E;0 (mĂłvil), y la distancia, y se procediĂł a variar la carga Q, como se ilustra en la figura 5.
Figure 4. Experimento 2, variaciĂłn de carga Q
Con los datos obtenidos en el simulador, se procediĂł a aplicar la ecuaciĂłn de la ley de coulomb, con la cual obtenemos la Fuerza (N), y aplicando la ecuaciĂłn (1), se obtuvo el campo elĂŠctrico generado en este experimento, tal como se ilustra en la tabla 2. Q(C) 10*10^-6 20*10^-6 30*10^-6 40*10^-6 50*10^-6 60*10^-6 70*10^-6 80*10^-6 90*10^-6
F(N) 2 4 5 7 9 11 12 14 16
E(N/C) 4*10^4 8*10^4 1*10^5 1,4*10^5 1,8*10^5 2,2*10^5 2,4*10^5 2,8*10^5 3,2*10^5
Tabla 2. VariaciĂłn de carga Q, y campo elĂŠctrico generado
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Con los datos obtenidos en el simulador, se completĂł la tabla 2.
energĂa de repulsiĂłn en direcciĂłn al campo elĂŠctrico.
En esta tabla se pudo ver que a medida que se fue modificando la carga fija, la fuerza elĂŠctrica desarrolla un aumentando teniendo en cuenta que la distancia entre las cargas era constante. La energĂa elĂŠctrica es directamente proporcional a la fuerza elĂŠctrica, ya que a medida que la fuerza elĂŠctrica iba aumentando, la energĂa elĂŠctrica tambiĂŠn iba aumentando.
Experimento 3 Carga fija (Q): 20ÎźC: 20*10-6 C
Figure 5. Dibujo campo elĂŠctrico generado variando la carga Q
En la figura (5) se observa, quĂŠ la carga qo(mĂłvil) y las diferentes cargas Q(fijas) las cuales se variaron, son positivas, se presenta una fuerza de repulsiĂłn entre las cargas y la fuerza, por ende, la energĂa serĂĄ en direcciĂłn a la direcciĂłn del campo elĂŠctrico. El vector E tiene la misma direcciĂłn quĂŠ F, y su signo depende del signo de la direcciĂłn de la carga Q. El campo elĂŠctrico y las cargas generadoras en este experimento son directamente proporcional, podremos decir que depende de una carga y una distancia para poder cumplir lo mencionado, ya que al aumentar Q, sin modificar đ?&#x2018;&#x17E;0 aumentarĂĄ su fuerza y
Carga mĂłvil (đ?&#x2018;&#x17E;): 50ÎźC: 50*10-6 C En este experimento se fijĂł la carga fija (Q) y la carga mĂłvil (q), en el cuĂĄl se modificĂł la distancia entre las 2 cargas, se puede apreciar en la figura 6. Obteniendo los datos necesarios para completar la tabla 2. r(m) 0,53 0,73 1,11 1,26 1,49 1,71 1,91 2,23 2,92
F(N) 32 17 7 6 4 3 2 2 1
E(N/C) 6,4E+05 3,4E+05 1,4E+05 1,2E+05 8,0E+04 6,0E+04 4,0E+04 4,0E+04 2,0E+04
Tabla 3. VariaciĂłn de la distancia entre las cargas fijas
En esta tabla se pudo ver quĂŠ a medida que se va aumentando la distancia entre las cargas va disminuyendo la fuerza elĂŠctrica que se ejerce en las 2 cargas. TambiĂŠn se pudo concluir que el campo elĂŠctrico es directamente proporcional a la fuerza pues a medida que la fuerza elĂŠctrica va disminuyendo, la energĂa elĂŠctrica a su vez lo estĂĄ haciendo.
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO energía eléctrica que se presenta se va disminuyendo considerablemente. Experimento 4. Usando el segundo simulador en el cual se puede establecer cargas negativas, en este experimento se fija la distancia entre las cargas y la carga q1 se deja fija, en el cual se varió la carga q2 con valores negativos. q1: 2μC: 2*10-6C
Figure 6. Campo eléctrico generado variando la distancia entre las cargas eléctricas
r: 3 cm: 0,03 m
Al tener una distancia corta entre cargas se genera un aumento en la fuerza del sistema y de igual en el campo eléctrico. La fuerza y el campo eléctrico es proporcional a la distancia entre cargas, es decir, a una mayor distancia entre las cargas generadoras hay menor fuerza y campo eléctrico, sin embargo, a una menor distancia entre las cargas generadoras, la fuerza y campo eléctrico es potencialmente mayor en comparación a las demás tablas.
Se estableció valores negativos en el simulador 2, con los cuales mediante la ley de coulomb con la cual obtenemos la Fuerza eléctrica generada entre las 2 cargas dependiendo de la distancia que se manejó, que en este experimento fue de 0,03 m, mediante el uso de la ecuación 1, para la obtención del campo eléctrico generado por las dos cargas obtenemos los datos establecidos en la tabla 4. q2(C) --10*10^-6 --9*10^-6 --8*10^-6 --7*10^-6 --6*10^-6 --5*10^-6 --4*10^-6 --3*10^-6 --2*10^-6 --1*10^-6
E(N/C) 7,0E+05 6,0E+05 5,0E+05 4,0E+05 3,0E+05 2,0E+05 1,0E+05
F(N) 199,723 179,751 159,779 139,806 119,834 99,862 79,889 59,917 39,945 19,972
E(N/C) -1,997E+07 -1,997E+07 -1,997E+07 -1,997E+07 -1,997E+07 -1,997E+07 -1,997E+07 -1,997E+07 -1,997E+07 -1,997E+07
Tabla 4. Variación de la carga q2(Negativos)
0,0E+00 0
1
2
3
Grafica 1, Radio vs Campo eléctrico
En esta gráfica se logró concluir apoyándose de la tabla 3, qué teniendo dos cargas con valores fijos, que a medida que las dos cargas se van apartando la
4
Con esta tabla, se logró interpretar que a medida que disminuye la carga q2 con respecto a la carga q1, va aumentando la fuerza eléctrica que se genera entre las dos cargas, pero el campo eléctrico generado varia muy poco en consideración con la variación de la fuerza eléctrica.
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO 7 6 5 4 3 2 1
125,826 107,851 89,876 71,9 53,925 35,95 17,975
1,7975E+07 1,7975E+07 1,7975E+07 1,7975E+07 1,7975E+07 1,7975E+07 1,7975E+07
Tabla 5. Variación de carga q1 con carga q2 negativa
Figure 7.Dibujo de campo eléctrico con variaciones carga q2(Negativa)
En esta grafica pudimos evidenciar que a medida que aumentamos la carga negativamente se genera una fuerza de repulsión entre las cargas.
Experimento 5. Carga q2: -5μC: -5*10-6 r: 5 cm: 0,05 m En este experimento se dejó fija la carga 2 pero con valores negativos, igualmente como en el anterior experimento, se dejó la distancia fija, y se varió la carga q1, con los datos obtenidos en la simulación se procedió a aplicar la ecuación de Bernoulli con la cual se obtuvo la fuerza eléctrica, dato necesario para poder conocer el campo eléctrico generado mediante la aplicación de la ecuacion1. Como podemos evidenciar en la tabla 5. Carga q2: -5μC: -5*10-6 r: 5 cm: 0,05 m q1(μC) 10 9 8
F(N) E(N/C) 179,751 1,7975E+07 161,776 1,7975E+07 143,801 1,7975E+07
En este experimento se logró evidenciar que a medida que la carga q1 va aumentando considerablemente teniendo la carga q2 fija, la fuerza eléctrica que se genera va aumentando en gran magnitud, pero el campo eléctrico generado entre las cargas varia muy poco. De manera de comparación entre la tabla 4 -5 las cargas que se asigna para el experimento juegan un papel muy importante tanto en la dirección y magnitud de la fuerza y el campo eléctrico generado por estas cargas. Mas sin embargo al tener cargas energéticamente de atracción independiente de que carga es negativa o positiva y la magnitud que esta represente, se establece que la fuerza es proporcional a las variaciones de atracción entre cargas y su campo eléctrico intrínseco entre ellas se vuelve constante o llega a un equilibrio energético o una superposición entre cargas generando un promedio o de campo eléctrico, independiente de las variaciones que se le puedan hacer al experimento ( cargas, diámetro)
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
Figure 8. Variación de carga q1 con carga q2 fija(Negativa)
En esta grafica se logró evidenciar que a medida que se va aumentándola carga eléctrica 1 positivamente teniendo la carga q2 con un valor fijo y negativo, que se genera una mayor fuerza de atracción a medida que q1 aumentaba.
CONCLUSIONES
Se logró concluir que en el simulador 1 al manejar mayor carga se logra evidenciar en las tablas variación notable en los datos de campo eléctrico, pero en el simulador dos al manejar pequeñas cargas, el campo eléctrico evidenciado es muy pequeño y en notación científica no se logra ver la diferencia entre un campo y otro. Se pudo observar que existen cargas eléctricas que cumplen con el fenómeno principal de la electrostática de atracción y repulsión. De lo anterior se puede concluir que la materia contiene dos tipos de cargas eléctricas denominadas positivas y negativas. A través de la realización de estas experiencias y al analizar los fenómenos físicos que ocurren al cargar eléctricamente un cuerpo, se puede: -Determinar el signo de la carga que puede presentar un cuerpo cuando es cargado por un proceso de electrificación. -Concluir que la máxima
transferencia de electrones entre cuerpos se encuentra en el punto más cercano al cuerpo que está cargado por una fuente externa a su vez que el otro cuerpo se carga por inducción y queda polarizado. -Por medio de los diferentes experimentos llevados a cabo pudimos dar respuesta a los diferentes fenómenos planteados y explicar por qué suceden, teniendo un mejor concepto y claridad de lo que llamamos “Electrostática”.
BIBLIOGRAFÍA https://es.khanacademy.org/science/ele ctrical-engineering/eeelectrostatics/ee-electric-force-andelectric-field/a/ee-electric-field
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FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
LINEAS DE CAMPO ELÉCTRICO Daniel Mauricio Mendivelso Cod. 201820017 Daniel Alejandro Hillón
Cod. 201821326
Jhon Edison Cuy Patarroyo Cod. 201820668 Camilo Alexander Largo
Cod. 201821876
Ingeniería de minas Seccional Sogamoso Universidad Pedagógica Y Tecnológica De Colombia Correo De daniel.hillon@uptc.edu.co
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RESUMEN
En este laboratorio se aprendió a reconocer y entender el comportamiento de las líneas de campo eléctrico generadas por cargas positivas y negativas. Para esto se representó gráficamente las líneas de campo de las interacciones entre las cargas. A continuación, se relata de forma breve el procedimiento que se llevó a cabo para esta actividad. Lo primero que se realizó abrir el simulador de campos eléctricos que permite observar el comportamiento de las líneas eléctricas añadiendo diferentes cargas positivas y negativas. Se inició agregando una carga positiva de 1nC en el espacio del simulador, se observó las líneas de campo generadas, se midió la magnitud del campo eléctrico generado en diferentes puntos y a diferentes distancias con ayuda del sensor y metro que tiene el simulador. Se repitió el proceso duplicando y triplicando el valor de la carga. Luego se realizó el mismo proceso añadiendo una carga negativa de 1nC.,
Agregando dos cargas de mismo signo y se observó el comportamiento de estas, se analizó que sucedía cuando se alejaban y acercaban estas cargas. Para finalizar con el trabajo en el simulador se añadió más de dos cargas del mismo signo, se acercó y alejó las cargas para proceder al análisis de las reacciones entre ellas. Para finalizar se realizó las respectivas graficas de cada uno de estos procedimientos, para tener una mejor claridad de la interacción de estas líneas de campo eléctrico. INTRODUCCIÓN
Para entrar un poco más en contexto con el tema que se está tratando en esta práctica, se explica brevemente el concepto de líneas de campo eléctrico y sus principales características. Una carga eléctrica puntual q (carga de prueba) sufre, en presencia de otra carga q1 (carga fuente), una fuerza electrostática. Si se elimina la carga de prueba, se puede pensar que el espacio que rodea a la carga fuente ha sufrido algún tipo de perturbación, ya que una carga de prueba situada en ese espacio sufrirá una fuerza. La perturbación que crea en torno a ella la carga fuente se representa mediante un vector denominado campo eléctrico. La dirección y sentido del vector campo eléctrico en un punto vienen dados por la dirección y sentido de la fuerza que experimentaría una carga positiva colocada en ese punto. Como se refleja en la figura 1.
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
Figure 9. Campos eléctricos
Figure 10.Simulador para experimento de líneas de campo eléctrico.
Las propiedades de las líneas de campo se pueden resumir en: o El vector campo eléctrico es tangente a las líneas de campo en cada punto. o Las líneas de campo eléctrico son abiertas; salen siempre de las cargas positivas o del infinito y terminan en el infinito o en las cargas negativas. o El número de líneas que salen de una carga positiva o entran en una carga negativa es proporcional a dicha carga. o La densidad de líneas de campo en un punto es proporcional al valor del campo eléctrico en dicho punto. o Las líneas de campo no pueden cortarse. De lo contrario en el punto de corte existirían dos vectores campo eléctrico distintos. o A grandes distancias de un sistema de cargas, las líneas están igualmente espaciadas y son radiales, comportándose el sistema como una carga puntual. MÉTODO EXPERIMENTAL Se
ingresó
al
siguiente
link
https://phet.colorado.edu/sims/html/ch arges-and-fields/latest/charges-andfields_es.html, en el cual se realizó una simulación de líneas de campo eléctrico. Como se evidencia en la figura 2.
Experimento 1. Se fijó la carga positiva de (1nC) en cualquier punto del espacio de trabajo, y se procedió a colocar sensores en diferentes partes del simulador. Mediante el uso del metro que aporta el simulador, se midió la distancia entre la carga y el sensor. Se repitió el mismo procedimiento aumentando las cargas. Como se demuestra en la figura 3.
Figure 11Experimento 1 líneas de campo eléctrico con carga positiva
Experimento 2 Se fijó una carga negativa de (-1nC) dentro del espacio de trabajo, se ubicaron sensores en diferentes partes del espacio de trabajo y se midió la magnitud del campo eléctrico en cada sensor, se repitió el mismo procedimiento modificando la distancia entre los sensores y la carga. Tal y como se demuestra en la figura 4.
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Figure 12. Experimento 2, líneas de campo eléctrico con carga negativa
Figure 14. Experimento 4, líneas de campo eléctrico con 2 cargas de diferentes signos
Experimento 3. Se arrastró dos cargas del mismo signo dentro del espacio de trabajo, se ubicó sensores para medir la distancia en diferentes puntos, se repitió el procedimiento duplicando y triplicando las cargas, figura 5.
Experimento 5 Para este experimento se arrastró dos cargas del mismo signo y una de signo contrario, en el cual se observó las líneas de campo generado, en el cual se realizó la medición mediante el uso sensores y del metro. Como se demuestra en la figura 7.
Figure 13.Experimento 3, líneas de campo eléctrico con 2 cargas del mismo signo
Figure 15.Experimento 5, líneas de campo eléctrico mediante la aplicación de 2 cargas del mismo signo y una de signo contrario
Experimento 4 En este experimento se procedió a aplicar 2 cargas de signos contrarios, en el cual se modificó la distancia entre las cargas. Además de ello se midió la magnitud del campo eléctrico generado entre las cargas mediante el uso de sensores y el metro. Como se demuestra en la figura 6.
RESULTADO Y ANÁLISIS
Experimento 1 En este experimento se arrastró una carga positiva de (1nC) dentro del espacio de trabajo, en el cual se pudo evidenciar que las líneas de campo eléctrico se repelen ante la presencia de una carga positiva, mediante el uso de los sensores se logró apreciar que a medida que se acerca el sensor a la carga eléctrica se presenta una mayor intensidad de repulsión del campo eléctrico, tal y como se evidencia en la figura 8.
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO que la fuerza entre más cerca mayor será y entre más lejos menor será. Experimento 2
Figure 16Carga positiva dentro del espacio
Luego, se procedió a aumentar la carga positiva a (2nC), con la cual se logró visualizar que medida que se aumenta la carga, se aumenta la intensidad del campo eléctrico. Figura 9.
En este experimento se arrastró una carga negativa de (-1nC) dentro del espacio de trabajo, en el cual se logró evidenciar que las líneas de campo con respecto a la carga, presentan una fuerza de atracción con la carga, además de ello se evidencio mediante el uso de los sensores, que entre más reducida sea la distancia entre las líneas de campo eléctrico y la carga, mayor será su intensidad. Como se evidencia en la figura 10.
Figure 18. Intensidad de líneas de campo eléctrico con una carga negativa Figure 17.Aumento de carga positiva
Al desplazar la carga a través del campo, las fuerzas del campo eléctrico varían porque entre más lejos este la energía del campo será menor, por lo
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Con la tabla anterior, se evidencia que a medida que se reduce la distancia entre los sensores y la carga, la intensidad del campo eléctrico será mayor. Experimento 3 En este experimento se arrastró dos cargas del mismo signo, logrando evidenciar que tanto si son dos cargas positivas o dos cargas negativas, a medida que se reduce el diámetro entre las cargas, aumenta la intensidad del campo eléctrico que se presenta, pero si la distancia entre las cargas aumenta, la intensidad del campo eléctrico que se presenta reduce, tal como se logra visualizar en la figura 11.
Figure 19. Intensidad de líneas de campo eléctrico con dos cargas de igual signo
Sin embargo, las líneas equipotenciales generadas por los campos en los cuales las cargas son de igual signo, estas líneas no lograrían llegar a rozarse o
hacer intercambio o transformación de energía Experimento 4. En este experimento se arrastró dos cargas de diferente signo, en el cual se logró evidenciar que a medida que el diámetro entre las cargas disminuía, la intensidad del campo eléctrico generado decrece. Además de ello se logró evidenciar que las dos cargas se acercan hasta lograr un diámetro muy corto, la intensidad del campo eléctrico también decrecerá generando una presión sobre la carga que finalmente experimentará una fuerza. Se pudo evidenciar en la figura 11 que, mediante el uso de los sensores, que las líneas de campo eléctrico, aumentan solo si están cerca de una carga, pero al dirigirse hacia otra carga de diferente signo, su intensidad tiende a disminuir. Estas líneas de campo eléctrico al tener dos cargas de diferente signo, se evidencia a partir de los sensores que hay un continuo movimiento de energía y dependiendo de la ubicación de los sensores en su determinado campo eléctrico, puede tener una fuerza de repulsión o atracción generadas por las cargas presentes. Por lo cual cuando se acerca o disminuye la distancia entre las dos cargas, ocurre un fenómeno en el cual la intensidad del campo eléctrico disminuye, ya que lograría teóricamente un equilibrio entre las cargas, es decir un estado neutro. Cabe aclarar que tanto la intensidad, la fuerza, y el campo donde se genera las líneas de campo eléctrico, van a variar o
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO dependen intrínsecamente, de la cantidad de carga positiva o negativa que esta manifieste, es decir, cuanta cantidad de repulsión o atracción hay entre cargas. Como se evidencia en la figura 12.
ello mediante el uso de sensores se comprobó que a medida que se aumenta las cargas ya sea positiva o negativamente, llega un punto en el cual cuando supera en gran número o un crecimiento de tipo exponencial, se presenta una gran fuerza de atracción o repulsión sobre las demás cargas. Como se evidencia en la figura 13.
Figure 21.Lineas de campo eléctrico con presencia de 2 cargas negativas y una positiva Figure 20. Líneas de campo eléctrico con presencia de dos cargas de diferente signo
Experimento 5. En este experimento se genera el mismo fenómeno que en el experimento anterior, puesto que se presenta dos cargas del mismo signo y una carga de signo opuesto. Sin embargo, se somete a las mismas interacciones, pero a diferencia que al tener una carga ya sea positiva o negativa de demás, se genera un movimiento continuo de campo eléctrico. Como se pudo evidenciar en la figura 12 en la cual, se mantiene un flujo constante entre sus cargas, además de
CONCLUSION A partir de los experimentos y los datos obtenidos en las gráficas de líneas de campo y superficies equipotenciales se concluye que las líneas de campo salen de todo objeto cargado positivamente y para el caso de objetos cargados negativamente las líneas de campo van entrando sobre el objeto. De igual manera encontramos corroboramos que las líneas de campo jamás se cruzan a lo largo de su trayectoria y su dirección en un punto es tangente a las líneas de campo.
FISICA 3 (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Se aclaró que a partir de un campo eléctrico es propiamente proporcional a la distancia entre las cargas generadoras y un punto aleatorio donde se pueda calcular el campo eléctrico, cabe aclarar que la dirección ya se positiva o negativa depende de la misma (carga), por consiguiente, si se le duplica o triplica la carga, las línea de campo y las superficies equipotenciales cambiara por la carga ejercida
BIBLIOGRAFÍA https://es.khanacademy.org/science/el ectrical-engineering/eeelectrostatics/ee-electric-force-andelectric-field/a/ee-electric-field HyperPhysics.”Cam electrico”, descargado de http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbasees/electric/el efie.html YOUN,HUGNH D.Y ROGER A.FREEDMAN(2009) física universitaria con física modera,volumen