LABORATORIOS FISICA III, ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO by grupofisica-gmail

Sofía Hernández Tibaduiza Cristián Pérez Rodríguez Stiven Robayo González Danilo Saavedra Cárdenas

LABORATORIOS FISICA III ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

Prรกctica 1

NORMAS DE SEGURIDAD

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

NORMAS DE SEGURIDAD Christiaan Danilo José Saavedra Cardenas(Cod:201811815) Angie Sofía Hernández Tibaduiza (Cod:201820371) Carlos Stiven Robayo Gonzalez (Cod:201820646) Cristian Andres Perez Rodriguez (Cod:201820596) FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS ESCUELA DE FÍSICA UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA Carlos.robayo@uptc.edu.co 1. RESUMEN Se realizó la consulta sobre la respectiva normatividad para el uso o realización de un laboratorio de física, qué aspectos debemos tener en cuenta, cómo lo debemos realizar, además se consultó específicamente qué normas tenemos que aplicar cuando se realiza un laboratorio de electricidad y magnetismo. Asimismo, consultamos la simbología utilizada por la normatividad de seguridad en el laboratorio y la simbología de equipos utilizados en dicho laboratorio. La consulta la pudimos llevar a cabo gracias a libros y ayuda tecnológica donde conocimos y damos a conocer como realizar un correcto laboratorio de física sin ningún accidente o percance.

2.INTRODUCCIÓN En este laboratorio se realizó la investigación correspondiente a las diferentes simbologías y normas encontradas en un laboratorio, con el fin de prevenir riesgos que afecten la vida y la integridad de las personas que ingresarán al laboratorio. Las normas y diferentes simbologías dichas en este laboratorio, tienen como principal objetivo propiciar un ambiente seguro para el desempeño de labores experimentales, la falta de señalización incrementa el riesgo ya que el estudiante no cuenta con la más elemental información sobre el riesgo y la manera de evitarlo

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3. MÉTODO EXPERIMENTAL Para la realización del laboratorio se consultaron distintas páginas webs para la obtención de la información además de la simbología también se consultó la información sobre algunos aparatos que suelen ser utilizados en los laboratorios de electricidad y magnetismo con el fin de tener una idea más clara del uso del aparato. 4.RESULTADOS Y ANÁLISIS

Figura 1- multímetro Un multímetro (Figura 1), también denominado polímetro o tester, es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas, como corrientes y potenciales (tensiones), o pasivas, como resistencias, capacidades y otras.

Figura 2- Resistencias Se le denomina resistencia eléctrica (Figura 2) a la oposición al flujo de corriente eléctrica a través de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (Ω), en honor

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) al físico alemán Georg Simon Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre.

Figura 3- Electróforo En la física experimental, el electróforo (Figura 3) es un generador de electricidad estática de tipo capacitivo formado por un condensador de plato simple, operado manualmente. Produce cargas electrostáticas mediante un proceso de inducción electrostática.

Figura 4- Electrómetro Se denomina electrómetro (Figura 4) a un electroscopio dotado de una escala. Los electrómetros, al igual que los electroscopios, han caído en desuso debido al desarrollo de instrumentos electrónicos de precisión

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Figura 5- Amperímetro Un amperímetro (Figura 5) en términos generales, es un simple galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas cantidades de corriente), con una resistencia en paralelo, llamada "resistencia shunt". El amperímetro se utiliza para medir la intensidad de las corrientes eléctricas.

Figura 6- Electrodos de cobre Un electrodo (Figura 6) es un conductor eléctrico utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito, por ejemplo un semiconductor, un electrolito, el vacío del grupo, un gas , etc. La palabra fue acuñada por el científico Michael Faraday por composición de las voces griegas elektron, que significa ámbar y de la que proviene la palabra electricidad; y hodos, que significa camino

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Figura 7 - Medidor de campo eléctrico El medidor de campo eléctrico (Figura 7) dispone de una sonda triaxial esférica para la detección de la radiación electromagnética.

Figura 8- Gaussímetro El gaussímetro (Figura 8) tiene sensor interno para la detección la radiación en Teslas o micro Gauss

Figura 9-Voltímetro Un voltímetro (Figura 9)es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. NORMAS PARA EL USO DEL LABORATORIO DE FÍSICA 1. Todos los presentes en el laboratorio deben cumplir con la puntualidad del horario a clase.(Debel & Sanchez, 2008) 2. Se encuentra totalmente prohibido sacar cualquier elemento perteneciente al laboratorio sin autorización del coordinador del laboratorio(Debel & Sanchez, 2008)

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) 3. El daño o pérdida de cualquier elemento del laboratorio debe ser repuesto por el grupo de trabajo antes de terminar el lapso académico. (Debel & Sanchez, 2008) 4. Al terminar la clase el profesor y alumnos deben llenar una hoja de control de utilización de equipos donde especifique que equipos y materiales se utilizaron, la cantidad utilizada y observaciones sobre anomalías de estos. (Debel & Sanchez, 2008) 5. El profesor debe permanecer en el laboratorio supervisando la práctica desde el inicio de la clase hasta la culminación de esta. (Debel & Sanchez, 2008) 5. Los alumnos deben abstenerse de realizar cualquier experimento diferente al que se contempla en la práctica o a lo que el profesor plantee. (Debel & Sanchez, 2008) 6. El ingreso al laboratorio después del horario de clase está prohibido sin autorización y compañía del profesor responsable de la asignatura. (Debel & Sanchez, 2008) 7. Está prohibido fumar o ingerir alimentos en el laboratorio. (Parody, 2015) 8. El desorden dentro del laboratorio puede generar suspensión y pérdida de la práctica. (Parody, 2015) 9. Revisar que el laboratorio se encuentre en perfecto orden y limpieza al terminar las labores diarias. (Debel & Sanchez, 2008) 10. No ingresar con maletines, mochilas y bolsos al laboratorio. (Debel & Sanchez, 2008) 11. Mantener mesas y escritorios limpios. (Debel & Sanchez, 2008) 12. Utilizar bata blanca dentro del laboratorio. (Debel & Sanchez, 2008) 13. Evitar el uso de accesorios. (Parody, 2015) 14. No utilizar bufandas, pañuelos largos ni prendas que dificulten la movilidad. (Parody, 2015) 15. Si se tiene cabello largo recoger antes de ingresar. (Debel & Sanchez, 2008) 16. Evitar maquillarse dentro del laboratorio. (Debel & Sanchez, 2008) 17. Limpiar inmediatamente superficies donde se ha generado un derrame de productos químicos. (Debel & Sanchez, 2008) 18. Abstenerse de utilizar frascos de reactivos que hayan perdido su etiqueta. (Debel & Sanchez, 2008) 19. El docente debe asegurarse y verificar que los estudiantes utilicen los implementos de protección personal. (Debel & Sanchez, 2008)

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NORMAS PARA EL USO DE LABORATORIO DE FÍSICA AL TRABAJAR CON ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO 1. Cuando se trabaje en equipo, limitar el número de personas y cosas alrededor, con el fin de mantener la seguridad de todos los presentes. (Moros, n.d.) 2. Evitar la acumulación desordenada de puntos conductores, aparatos y otros objetos. Ya que esto puede ocasionar cortocircuitos o choques eléctricos. (Moros, n.d.) 3. No trabajar solo, de ocurrir un accidente es conveniente tener a alguien cerca para desconectar el interruptor y posteriormente el aparato de la red eléctrica. (Moros, n.d.) 4. Tener cuidado con los capacitores (conservan energía y sirven como sustento en un campo eléctrico), ya que si se extiende la tensión nominal pueden invertir sus polaridades e incluso explotar. ("REGLAMENTO PARA LABORATORIOS DEL DEPARTAMENTO DE FISICA", 2012) 5. Antes de cerrar un circuito verificar la instalación y cerciorarse de que esté correcta 6. Evitar contacto directo con cualquier fuente de tensión. (Moros, n.d.) 7. Cerciorarse siempre de tener las manos secas y no estar cerca de superficies mojadas. (Moros, n.d.) 8. Si se intercala un instrumento en el circuito es necesario desconectar la tensión antes de realizar este tipo de operaciones. (Moros, n.d.) 9. Utilizar zapatos completamente cerrados y cómodos. ("REGLAMENTO PARA LABORATORIOS DEL DEPARTAMENTO DE FISICA", 2012) 10. Es necesario la utilización de elementos de protección asignados para cada práctica. ("REGLAMENTO PARA LABORATORIOS DEL DEPARTAMENTO DE FISICA", 2012) 11. Únicamente las personas autorizadas para realizar mantenimiento eléctrico de equipos pueden realizar las respectivas reparaciones. (Moros, n.d.) 12. Es importante estar atento de que las llaves termomagneticas queden bajas. (Moros, n.d.) 13. Desconectar la herramienta eléctrica cuando no se esté utilizando. (Moros, n.d.) 14. Antes de salir del laboratorio verificar que todos los elementos eléctricos queden

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desconectados.

("REGLAMENTO

PARA

LABORATORIOS

DEL

DEPARTAMENTO DE FISICA", 2012) 15. Nadie debe manipular equipos de laboratorio sin previa autorización. (Moros, n.d.) 16. Las personas que posean marcapasos o implantes no pueden realizar ninguna práctica con campos electromagnéticos. (Moros, n.d.)

SIMBOLOGÍA UTILIZADA POR NORMA DE SEGURIDAD EN EL LABORATORIO Los símbolos de seguridad en el laboratorio son unos pictogramas que se están estampados en las etiquetas de los productos, zonas, etc y que sirven para dar una percepción instantánea del tipo de peligro que entraña el uso, manipulación, transporte y almacenamiento de estos. Los cuales son los siguientes:(Debel & Sanchez, 2008)

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SIMBOLOGÍA DE EQUIPOS UTILIZADOS EN LABORATORIO

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CONCLUSIONES ● Para una realización en norma y en orden de un proceso experimental con referencia a magnetismo, electricidad, entre otras cosas que por definición sería un laboratorio en los ámbitos de física, se debe tener en cuenta el equipo de seguridad personal que se ha designado además de las especificaciones y advertencias de los equipos y zonas del laboratorio que por lo general tiene su respectiva simbología. ● Para una óptima realización de nuestra práctica se recomienda seguir todas las recomendaciones que nos brinde el docente a cargo y llevar toda nuestra protección personal en especial cuando se realicen prácticas de electricidad y magnetismo. ● Es de vital importancia reconocer la simbología para el laboratorio tanto para la protección personal como para evitar los peligros que conllevan el uso de ciertos equipos o una zona en específico, ya que gracias a esto podemos evitar los accidentes más comunes al hacer un proceso experimental en un laboratorio. ● Tener presente el uso y cuidado de cada uno de los elementos y sustancias utilizadas dentro del laboratorio de igual manera portar adecuadamente la dotación requerida para la práctica que se realizará y así evitar algún tipo de accidente. BIBLIOGRAFÍA ● Moros, R. NORMAS GENERALES PARA EL USO DEL LABORATORIO DE FÍSICA | Laboratorios | Maestros. Retrieved 22 June 2020, from https://es.scribd.com/doc/58412352/NORMAS-GENERALES-PARA-EL-USO-DEL-

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) LABORATORIO-DE-FISICA ● REGLAMENTO PARA LABORATORIOS DEL DEPARTAMENTO DE FISICA. (2012). Retrieved 22 June 2020, from https://fisicalabsinvestigacion.uniandes.edu.co/archivos/reglamento_general.pdf ● Debel, E., & Sanchez, A. (2008). IDENTIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS DE MEDICIONES ELÉCTRICAS [Ebook]. Falcó, Venezuela: Universidad Nacional Experimental

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Prรกctica 2

ELECTROSTATICA

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ELECTROSTÁTICA Sofía Hernández Tibaduiza (201820371) Cristián Pérez Rodríguez (201820596) Stiven Robayo González (201820646) Danilo Saavedra Cárdenas (201811815) FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS ESCUELA DE FÍSICA UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA Carlos.robayo@uptc.edu.co

RESUMEN Se realizaron los respectivos experimentos 1) Se tomó un puñado de confeti después frotamos una regla o un peine de plástico sobre el pelo limpio y seco y lo acercamos a los trozos de papel. 2) Inflamos dos globos y los amarramos a una vara de plástico, de manera que quedaran a la misma altura frotamos los globos con un trozo de tela y los dejemos suspendidos.3) Se construyó el electroscopio 4) Frotamos un tubo de PVC con una tela o lana y lo acercamos al electroscopio 5) Elaboramos un péndulo con ayuda de una esfera de icopor forrada con papel aluminio. Frotamos barras de diferentes materiales con acetato y acercamos la barra lentamente hasta tocar la esfera del péndulo. Analizamos los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de sus cargas eléctricas, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en equilibrio

INTRODUCCIÓN La electrostática es la parte de la física que estudia las interacciones entre cuerpos en reposo, cargados eléctricamente. La carga eléctrica es una de las propiedades que poseen las partículas elementales, (por ej.: protón electrón, neutrón) la cual se manifiesta en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen. Existen dos tipos de carga eléctrica

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(positiva: la que posee el protón, negativa: la que posee el electrón, El neutrón no posee carga eléctrica). Las partículas elementales son los constituyentes elementales de la materia. Los átomos son partículas con una estructura muy compleja con un núcleo central muy pequeño y una corteza exterior a gran distancia. Todo átomo cargado de electricidad es un ion. Por otra parte, un cuerpo eléctricamente neutro tiene igual número de protones que de electrones. Se dice que es y estará cargado negativamente si ha ganado electrones y estará cargado positivamente si ha perdido electrones Dos cuerpos que tienen el mismo tipo de carga eléctrica se repelen, y si tienen distinto tipo de carga eléctrica se atraen. (Martin & Serrano, n.d.) MÉTODO EXPERIMENTAL Se construyó un péndulo electrostático el cual Consiste usualmente en una pequeña esfera de icopor recubierta de papel aluminio. El péndulo electrostático es un sencillo dispositivo empleado con fines didácticos para poner de manifiesto ciertos fenómenos electrostáticos

Figura1. Materiales experimento 5 electroscopio: Aparato que sirve para conocer si un cuerpo está electrizado y permite, en caso afirmativo, determinar su signo.

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Figura 2. Materiales laboratorio 4 RESULTADO Y ANÁLISIS Los materiales conductores son aquellos que ofrecen poca resistencia al paso de la electricidad, por lo que se transforman en las mejores formas de distribuir la energía en el espacio físico. Si bien todos los materiales permiten la conducción de corriente eléctrica en algún grado, la diferencia se percibe en la efectividad que presentan para transportar energía. Enciclopedia de Ejemplos (2019).

Figura 3. Enciclopedia de Ejemplos2 (2019)

La secuencia triboeléctrica es una lista de materiales dispuestos en un orden determinado. Frotando dos materiales de la secuencia, el que esté en la posición

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más alta se cargará positivamente, mientras que el que se sitúe más abajo se carga negativamente (Mignaco & Pedrozo, 2016) EXPERIMENTO 1: De acuerdo con varios experimentos ya antes probados se puede observar el comportamiento de los cuerpos cargados eléctricamente, estos se pueden repeler o atraer debido a la fuerza se manifiestan entre las cargas. Este experimento cargamos un cuerpo neutro mediante la fricción, quiere decir que el objeto que cede electrones va quedar cargado positivamente y el que recibe quedará cargado negativamente. La regla de plástico a al ser frotada con el cabello, ocurre un traspaso de electrones del cabello hacia la regla, la regla quedó cargada negativamente y el pelo o si se usara lana queda cargada positivamente. La regla que tiene mayor carga negativa hace que los papelitos que tienen carga neutra reorganicen sus electrones cada vez que se acerca la regla que es el objeto cargado negativamente. Se aprendió que al tener dos cuerpos neutros ocurrirá un traspaso de electrones y un cuerpo quedará cargado positivamente y el otro negativamente. º

Figura 5. (Mignaco & Pedrozo, 2016)

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Figura 6. Electrostática materiales experimento 1, Rodriguez. C, 2020

Al acercar el cuerpo cargado negativamente a los papelitos que son cargados neutros, hará que estos reorganicen sus electrones y así producir una interacción entre la regla y ellos.

Figura 7.Electrostática atracción entre la regla y los papeles, Rodriguez. C, 2020

Se pudo observar que al momento de que ocurra la atracción entre los papeles y la regla si hay un número grande de papeles juntos a la hora de acercar la regla no atrae a muchos, se puede suponer que a la atracción no es lo suficiente fuerte para atraer a varios papeles si no solo a unos pocos, se pudo deber que la carga negativa de la regla fue muy leve.

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se propone buscar más métodos para cargar por decirse así fuerte o mayormente el cuerpo, y así creando una fuerza de atracción mucha mayor.

EXPERIMENTO 2: Al realizar el experimento de los globos, se aprendió de una manera más didáctica y práctica el fenómeno de la electrización y cómo reaccionan las cargas dependiendo si sus cargas son iguales o diferentes. Los globos son eléctricamente neutros, cuando ponemos en contacto dos materiales compuestos por elementos diferentes, uno de ellos puede capturar algunos electrones del otro, en este caso estamos poniendo en evidencia la electrificación por frotamiento. Al frotar uno de los globos con el gorro de lana, este se cargó de manera negativa y el otro al no recibir ningún tipo de carga, se mantiene neutra, lo que hace que haya un desequilibrio y los globos se atraigan.

Figura 8. Cargas opuesta(2020) Hernandez S

Después al frotar los dos globos con el gorro de lana, son cargados de manera negativa y los globos se repelen.

Figura 9. Cargas iguales(2020) Hernandez S

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figura 10. Electricidad estática. (2020)

EXPERIMENTO 3 Y 4: los fenómenos que observamos son : · Carga por inducción. La inducción es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo. Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y las del cuerpo neutro. · La Ley de Cargas enuncia que las cargas de igual signo se repelen, mientras que las de diferente signo se atraen; es decir que las fuerzas electrostáticas entre cargas de igual signo (por ejemplo, dos cargas positivas) son de repulsión, mientras que las fuerzas electrostáticas entre cargas de signos opuestos (una carga positiva y otra negativa), son de atracción. Como nos explica la ley de cargas cuando en nuestro experimento frotamos el tubo de PVC con un pedazo de tela este se carga con una carga igual a la de las láminas de aluminio que se encuentran en nuestro recipiente y por ese motivo ellas se repelen una de otra, probamos un globo que lo frotamos a nuestro cabello y cuando lo acercamos a nuestro electroscopio pasa exactamente que con el tubo de PVC nuestras láminas de aluminio se repelen. El mejor conductor de electricidad es el cobre, que hay materiales que se cargan positiva y negativamente, cuando un material está cargado positivamente y se acerca a otro que igualmente tiene una carga positiva estos se repelen y pasa lo

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contrario cuando uno está cargado positivo y el otro negativo estos se atraen mutuamente. En el caso del electroscopio propongo encontrar materiales que se cargan negativamente, y así al acercarlo al electroscopio las láminas de aluminio se atraigan. logre entender de forma más clara la ley de coulomb, la carga por inducción y la ley de cargas. En el caso del electroscopio nos ayuda a detectar la existencia de cargas eléctricas en objetos cercanos. También indica el signo de la carga eléctrica; es decir, si se trata de una carga negativa o positiva.

Figura 11. Electrostática materiales experimento 3 Y 4, Robayo. S,2020

EXPERIMENTO 5 Fenómeno observado: El fenómeno observado es la carga por contacto. a electrización por contacto es considerada como la consecuencia de un flujo de cargas negativas de un cuerpo a otro. Si el cuerpo cargado es positivo es porque sus correspondientes átomos poseen un defecto de electrones, que se verá en parte compensado por la aportación del cuerpo

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El resultado final es que el cuerpo cargado se hace menos positivo y el neutro adquiere carga eléctrica positiva. Aprendí como se imanta un objeto, cuando la regla cargada positivamente se acerca a la bola las cargas de la bola se polarizan quedando como imán y la parte negativa es atraída por la regla Propongo que se trabaje con diferentes materiales para conocer lo relativo a los imanes Integre los conceptos relacionados con las cargas, campos magnéticos Construí el equipo utilizando elementos que están a la mano Ampliar de manera práctica el conocimiento teórico que hemos venido realizando en las clases de física Se presupone el movimiento de las cargas, aunque visualmente no lo puedo observar Una de las más interesantes es el motor eléctrico que tiene miles de utilidades y el campo magnético que es utilizado el día de hoy en el transporte aéreo y muchos más. Las muchas aplicaciones que se tienen hoy en dia a partir de la conceptualidad dejada por tesla

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Figura 12. materiales experimento 5, saavedra c, 2020

Figura 13. materiales experimento 5, saavedra c, 2020

CONCLUSIONES ● La fricción es un método muy fácil de comprobar la carga de un objeto o cuerpo, el traspaso que ocurre en este procedimiento, y así producir dos cuerpos con cargas opuestas. ● La carga es un método claro de cómo se puede cargar un objeto sin llegar a tocarlo, podemos notar que un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a uno neutro, ya que al acercar el cuerpo electrizado causa una redistribución de los electrones del cuerpo neutro y así ocasionar la atracción. ● Se pudo visualizar de manera práctica los fenómenos de movimiento de cargas por medio de la imantación que sucede al frotar un cuerpo con otro que tienen diferentes comportamientos eléctricos donde unos ganan y otros ceden electrones por ende la tabla periódica clasifica los elementos en electropositivos y electronegativos con base a sus características de pérdida o ganancia ● Al desarrollar este laboratorio, utilizando diferentes materiales se pudieron visualizar diferentes fenómenos dados por la electrización y el desequilibrio que se puede ocasionar cuando dos cargas son neutras

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BIBLIOGRAFIA -

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/digfa/cfisica/electro/intro_electro. html

http://www2.montes.upm.es/dptos

Prรกctica 3

LEY DE COULOMB

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LEY DE COULOMB Sofía Hernández Tibaduiza (201820371) Cristián Pérez Rodríguez (201820596) Stiven Robayo González (201820646) Danilo Saavedra Cárdenas (201811815)

FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS ESCUELA DE FÍSICA UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA Carlos.robayo@uptc.edu.co

1. RESUMEN Se ingresó al simulador para realizar las distintas pruebas, donde primero se daba un valor fijo para q1 y una distancia también fija, se iba cambiando el valor de q2 para observar su comportamiento y cuál era su fuerza resultante, seguido de esto ahora le damos valor fijo a q2 y a la distancia y fuimos cambiando los valores de q1 para ahora observa el comportamiento. ¿Qué cambiaba? respecto a la primera observación después de realizar estas dos observaciones y apuntar los datos que nos arroja el simulador proseguimos a realizar el último experimento que constaba de fijar los valores de las cargas q1 y q2 y lo que íbamos cambiando era la distancia y el simulador nos mostraba la fuerza resultante dependiendo de la distancia que fuéramos colocando , estos datos lo plasmamos en una tabla donde se realizó las gráficas correspondientes a cada una de las tablas, además identificamos el tipo de comportamiento, que ecuación presenta cada gráfica, calculamos la pendiente, además se representó en una gráfica los valores de la fuerza frente al cuadrado del inverso de la distancia entre las cargas y por último se halló el valor de ε.

2. INTRODUCCIÓN La ley de coulomb se emplea para calcular la fuerza eléctrica que actúa entre dos cargas en reposo. A partir de esta ley se puede predecir cuál será la fuerza electrostática de atracción o repulsión existente entre dos partículas según su carga eléctrica y la distancia que existe entre ambas. La ley de Coulomb debe su nombre al físico francés Charles-Augustin de Coulomb, quien en 1875 enunció esta ley, y que constituye la base de la electrostática:

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“La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario”. Esta ley de representa de la siguiente manera:

(1)

En donde: F = fuerza eléctrica de atracción o repulsión en Newtons (N). Las cargas iguales se repelen y las cargas opuestas se atraen. k = es la constante de Coulomb o constante eléctrica de proporcionalidad. Está constante en el Sistema Internacional de Medidas equivale a

(2) r = distancia que separa a las cargas y que es medida en metros (m). q = valor de las cargas eléctricas medidas en Coulomb (C). 3 MÉTODO EXPERIMENTAL El equipo utilizado fue el software (Figura 1) que nos da unas condiciones donde podemos simular lo que sería la realidad, colocando diferentes distancias y cargas, en el software podemos mover las cargas de un punto a otro, además podemos cambiar el signo de la carga. La versatilidad del software radica en que después de colocar la distancia y el valor de las cargas nos muestra directamente la fuerza resultante entre las cargas y la dirección que tendría las fuerzas.

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Figura 1- Software utilizado

4 RESULTADO Y ANÁLISIS Si se hubiera realizado un laboratorio presencial el equipo utilizado hubiera sido el siguiente  Multímetro: (Figura2) es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras

Figura 2- Multímetro



Cable apantallado: (Figura 3) se llama cable apantallado a un tipo de cable recubierto por una malla o tubo metálico, que actúa de jaula de Faraday para evitar acople de ruidos y otras interferencias, tanto del entorno hacia el cable, como del cable al entorno

Figura 3- Cable apantallado

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

Base: una estructura un soporte en este caso en física para poder realizar el montaje de la práctica



Esfera conductora: es una esfera metálica, la cual sirve como material conductor, esta adquiere carga, situando dicha carga en la superficie de la esfera siendo neutro su interior Riel: se denomina riel, carril o rail a cada una de las barras metálicas sobre las que se desplazan las ruedas

 Vernier: procesos de medición. Utensilios. Longitudes. Calibre. Calibrador. Pesas con soporte: estas en física son para establecer el equilibrio en el procedimiento  Nuez doble: una doble nuez es parte del material de metal utilizado en un laboratorio para sujetar otros materiales como pueden ser aros, agarraderas  Varilla de soporte: insertada cerca del centro de uno de los lados de la base, que sirve para sujetar otros elementos  Cables de conexión: son para transmitir fuentes de corriente de un lugar a otro conectados por extremos de este  Fuente de 0 a 25 kv y cables de conexión 30 kv Con estos materiales, se calcula y se hace el procedimiento cambiando y variando los datos y al igual que con el simulador, se prueban los resultados con la ley de Coulomb

Realizando las respectivas experiencias se obtuvieron los siguientes resultados: Experiencia 1. Utilizando el simulador (Figura 1) Se fijó la distancia entre las cargas y seleccionamos un valor fijo para la carga q1 y modificamos los valores de la carga q2 con los siguientes valores: q1 = -6 r = 0.06 m Entre las cargas q1 y q2 se hizo la relación entre q1 y la fuerza entre estas dos cargas, se fijó una distancia de 0,06 metros y un valor fijo a q1 de -6μC. Se hizo la respectiva tabla y gráfica (Figura 4) y esto fue lo que se obtuvo:

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TABLA 1- Fuerza vs Carga q2

Figura 4- Fuerza vs Carga (q2)

De acuerdo con la gráfica (Figura 4) se halló una pendiente de 1,39322 E-16 y la ecuación de la gráfica es y = 14,979x + 4E-05 Se puede observar gracias a la gráfica (Figura 4) que está presenta un comportamiento lineal, gráficamente vemos que a medida que los datos en el eje X (carga q2) aumentan, los datos en el eje Y (Fuerza) también aumenta. La fuerza es directamente proporcional a la carga. Experiencia 2. Entre dos cargas q1 y q2 se hizo la relación entre q1 y la fuerza entre estas dos cargas, se fijó una distancia de 0,03 metros y un valor fijo a q2 de 4μC. Se hizo la respectiva tabla y gráfica (Figura 5) esto fue lo que se obtuvo:

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TABLA 2- Fuerza vs Carga q1

FUERZA vs CARGA q1

FUERZA (N)

400

y = 39,945x + 0,0002

300 200 100 0 0

4 F (N)

CARGA 1 (F (N)) Lineal

Figura 5- Fuerza vs Carga (q1)

De acuerdo a la gráfica (Figura 5) se halló una pendiente de: 39,9446241 y la ecuación de la gráfica es: Y = 39,945x + 0,0001 Se puede observar gracias a la gráfica (Figura 5) que está presenta un comportamiento lineal, gráficamente vemos que a medida que los datos en el eje X (carga q1) aumentan, los datos en el eje Y (Fuerza) también aumenta. Gracias a esto se observa que a medida que la carga aumenta su valor que es en coulomb, la fuerza también aumenta, esto quiere decir que la fuerza es directamente proporcional a las cargas. Además, cabe resaltar que la fuerza de repulsión y atracción entre dos cargas (q1 y q2) iguales, va a ser la misma, lo único que es importante remarcar es si esta fuerza es de repulsión o atracción ya que su valor es el mismo. En la tabla se observa que a medida que la carga positiva aumenta, el valor de la fuerza va a ser el doble de lo anterior, y el mismo caso sucede al aumentar la carga negativa.

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Experiencia 3. Fijando los valores de q1 y q2, que son las dos cargas con las cuales se trabajaran, se va cambiando el valor de la distancia(r) y con esto, se va anotando la fuerza resultante entre las mismas cargas, pero, con diferente distancia. Se hizo la respectiva tabla y gráfica y esto fue lo que se obtuvo: q1=-8μC q2=2μC TABLA 3- Fuerza vs distancia

Figura 6 Fuerza vs Distancia

De acuerdo con la gráfica (Figura 6) se halló una pendiente de -30.033721 y la ecuación de la gráfica es y=1432,9x-1.996 Se puede observar que la gráfica (Figura 6) es una función potencial, también se puede observar que a medida que las cargas están más cerca, la fuerza aumenta y cuando las cargas tienen un distanciamiento mayor, la fuerza disminuye, lo que significa que la distancia y la fuerza son inversamente proporcionales.

Experiencia 4. Ahora con respecto a los resultados de la tabla anterior, se halla la gráfica de los valores de la fuerza frente al cuadrado del inverso de la distancia entre las cargas. Lo que se obtuvo fue:

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Tabla 4- Fuerza vs la inversa al cuadrado de la distancia

Figura 7 Fuerza vs inversa al cuadrado de la distancia

Al realizar el respectivo cálculo de la inversa al cuadrado de la distancia, se puede observar que la gráfica (Figura 7) da como resultado una línea recta ya que, al hacer este proceso lo que se está realizando es una linealización de los datos. También se puede observar que a medida que la inversa al cuadrado de la distancia disminuye, la fuerza también lo hace, lo que significa que son directamente proporcional y esto sucede independiente de cual sea el valor de las cargas. Experiencia 5. Para calcular el valor de ε se procedió a usar resultados que fueron obtenidos gracias a la tabla 1:

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

5 CONCLUSIONES ● Se pudo observar el comportamiento que Charles-Augustin de Coulomb describe en la ley de coulomb, la fuerza es directamente proporcional al producto de la magnitud de las cargas, si alguna de las cargas de las que están interactuando duplica su valor, la fuerza doblará su magnitud, si la carga se triplica la magnitud de la fuerza también lo hará y así sucesivamente. ● Observamos que los cuerpos cargados sufren una fuerza de atracción o repulsión al aproximarse, la fuerza es de atracción si las cargas son de signo opuesto y de repulsión si son del mismo signo, además podemos concluir que la fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

● Se pudo observar que cuando el valor de las cargas aumentaba el producto entre ellas también, de la misma manera la fuerza electrostática, pero cuando la distancia que las separaba era mayor la fuerza disminuye. Se puede concluir que a mayor distancia se genera menor fuerza y a una menor distancia (r) mayor fuerza eléctrica. En efecto, comprobamos la ley de coulomb en la simulación. 

la fuerza eléctrica es proporcional a 1/r^2 es decir cuando se duplica la distancia r la fuerza disminuye a 1/4 de su valor inicial cuando la distancia disminuye a la mitad, la fuerza aumenta cuatro veces su valor inicial



6 BIBLIOGRAFIA Martin, T., & Serrano, A. Electrostática. Introducción. Retrieved30June2020,fromhttp://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/cfi sica/e lectro/intro_electro.html "Ley de Coulomb". En: Significados.com. Disponible en: https://www.significados.com/ley-de-coulomb/ Consultado: 6 de julio de 2020, 07:46 pm.

Prรกctica 4

LEY DE COULOMB Y CAMPO ELร CTRICO

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) LEY DE COULOMB Y CAMPO ELÉCTRICO Sofía Hernández Tibaduiza (201820371) Cristián Pérez Rodríguez (201820596) Stiven Robayo González (201820646) Danilo Saavedra Cárdenas (201811815) FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS ESCUELA DE FÍSICA UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA Carlos.robayo@uptc.edu.co

1. RESUMEN Se ingresó a los simuladores para realizar los respectivos ensayos ; Primero se ingresó al simulador 1 en el cual solo se podía dar valores positivos (carga fija , carga móvil ) , en la primera tabla se le dio un valor fijo a la carga fija y a la distancia ; se tenía que modificar los valores de la carga móvil para así hallar el campo eléctrico dependiendo del valor de la carga móvil , en la segunda tabla se fijó un valor para la carga móvil y una distancia entre las cargas, se modificaron los valores de la carga fija y en la tercera tabla se fijó un valor para la carga fija y móvil, se modificaron los valores de la distancia después de hacer los cálculos correspondientes para así poder realizar las tablas.

Se prosiguió al simulador 2, en este simulador se manejan valores positivos y negativos (carga fija , carga móvil ) exceptuando claramente la distancia que si era positiva, en la primera tabla se fija la distancia entre las cargas y se selecciona un valor fijo para la carga q1 y se modifican los valores de la carga q2 (negativo) , en la segunda tabla se fija la distancia entre las cargas y seleccione un valor fijo para la carga q2 (negativo), para todas las tablas el objetivo principal era encontrar el valor del campo eléctrico. En cada tabla se realizó su respectivo dibujo que muestra con claridad las ubicaciones de las cargas y se indica en el dibujo los vectores fuerza y campo eléctrico en cada caso. Además, se realizó una gráfica de E vs r correspondiente a la tabla del punto 3. 2. INTRODUCCIÓN La ley de Coulomb describe las fuerzas que actúan a la distancia entre dos cargas. Por medio del concepto de campo eléctrico, podemos reformular el problema al separarlo en dos pasos distintos. ● Una de las cargas genera un campo eléctrico en todo el espacio. ● La fuerza que actúa sobre una carga introducida en el campo eléctrico de la primera es provocada por el campo eléctrico en la posición de la carga introducida. Si todas las cargas están en reposo, se obtiene exactamente las mismas respuestas con

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) el campo eléctrico que con la ley de Coulomb. Entonces, el concepto de campo eléctrico surge por sí mismo cuando las cargas se pueden mover una con respecto a otra. La dirección del campo eléctrico apunta hacia afuera para una carga puntual positiva y hacia adentro para una carga puntual negativa. La magnitud del campo eléctrico decae como 1/r^2 conforme nos alejamos de la carga. El campo eléctrico E en un punto x se define formalmente como la fuerza que experimenta una carga puntual q0 en x dividida por q0:

La unidad de E es N/C. De esta forma, el campo eléctrico es dependiente de la carga q0, tendremos por objetivo : Estudiar los fenómenos producidos por cargas eléctricas en reposo partiendo de la ley de

Coulomb y del concepto de campo eléctrico ; Estudiar los conceptos de trabajo y de energía electrostática para enunciar el concepto de potencial eléctrico.

3. MÉTODO EXPERIMENTAL El equipo utilizado fueron dos softwares didácticos, los cuales da unas condiciones donde se puede simular lo que sería la realidad, colocando diferentes distancias y cargas, en el software podemos mover las cargas de un punto a otro, además podemos cambiar el signo de la carga La versatilidad del software radica en que después de colocar la distancia y el valor de las cargas muestra directamente la fuerza resultante entre las cargas y la dirección que tendría las fuerzas. con el valor de las fuerzas ya podemos encontrar el campo eléctrico correspondiente. El primer simulador (Figura 1) se maneja con valores relativamente grandes y tiene la característica que no se pueden manejar cargas negativas.

Figura 1. Simulador 1

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) En el segundo simulador (Figura 2) se encuentra la característica que los valores son más pequeños, pero si se pueden manejar cargas negativas.

Figura 2. Simulador 2

Los dos simuladores cuentan con la característica de dar los valores de las cargas en µC, lo que significa que, al hacer los respectivos cálculos, las cargas deben estar

multiplicadas por 10-6. Una de las diferencias más notorias entre los dos softwares utilizados, radica en que las cargas del simulador 1(Figura 1) son mayores a las cargas del simulador 2(Figura 2), dado esto el simulador 1 nos permite ver de manera más relevante los cambios que presentan las fuerzas . 4. RESULTADO Y ANÁLISIS A continuación, se muestran los resultados de cada una de las experiencias con sus respectivas especificaciones, en las cuales se utilizaron dos simuladores que proporcionaban la fuerza entre las cargas, y por último el campo eléctrico el cual se calculó utilizando la ecuación (1). ● EXPERIENCIA 1 Utilizando el simulador 1 se tienen dos cargas, una fija representada por Q(40μC) y otra móvil representada por (q) que varía y la distancia (r) entre las cargas que corresponde a 1.17 m, teniendo la fuerza y la carga móvil se halla el campo eléctrico mediante la ecuación (1).

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Tabla 1-Fuerza y campo eléctrico de la experiencia 1

Una vez realizada nuestra tabla podemos realizar nuestro diagrama. (Figura 3) Donde F corresponde a nuestro vector fuerza y vector campo eléctrico.

Figura 3. Diagrama de cargas de la experiencia 1 Como se observa en la tabla 1 a medida que aumenta la carga fija y la carga móvil, directamente crece nuestro campo eléctrico ya que si la carga es positiva (q > 0), la fuerza eléctrica tendrá el mismo signo que el campo y por tanto se moverá en el sentido del campo. El campo eléctrico se relaciona ya que en una posición indica la fuerza que actuaría sobre una carga puntual positiva unitaria si estuviera en esa posición. El campo eléctrico es la dirección de la fuerza que ejerce sobre una carga positiva de prueba y las cargas generadoras se manifiestan mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas a través de campos electromagnéticos Como se observa en la figura 1 el vector campo eléctrico va en la misma dirección del

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) vector fuerza ya que la carga fija y la carga móvil son positivas la fuerza experimentada por la carga tiene la misma dirección que el campo eléctrico. ● EXPERIENCIA 2 En la experiencia número dos utilizamos el simulador 1, se tenían dos cargas una fija (Q) y otra móvil (q). el valor de la carga fija (Q) fue 30 µc y la distancia (r) de 125 cm, la carga móvil varía sus valores. Teniendo la fuerza ya podemos encontrar el campo eléctrico con la ecuación (1) Tabla 2-Fuerza y campo eléctrico de la experiencia 2

Una vez realizada la tabla, se procede a hacer el respectivo diagrama (Figura 4) en donde se evidencia el vector fuerza y el vector campo eléctrico

Figura 4. Diagrama de cargas de la experiencia 2

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) debido que la carga fija y la carga móvil son positivas la fuerza y el campo eléctrico tienen la misma dirección, se evidencio que conforme se aumenta el valor de carga móvil (q) la fuerza aumentaba en otras palabras la fuerza es directamente proporcional a (q) ● EXPERIENCIA 3 Utilizando el simulador 1 se tienen dos cargas, una fija representada por Q(20μC) y otra móvil representada por q(90μC) y se varía la distancia entre las cargas, teniendo la fuerza y la carga móvil se halla el campo eléctrico mediante la ecuación (1). Tabla 3- Fuerza y Campo eléctrico de la experiencia 3

Una vez realizada la tabla, se procede a hacer el respectivo diagrama (Figura 5) en donde se evidencia el vector fuerza y el vector campo eléctrico

Figura 5. Diagrama de cargas de la experiencia 3

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Como la carga fija y la carga móvil son positivas la fuerza experimentada por la carga tiene la misma dirección que el campo eléctrico. Con los resultados obtenidos en la Tabla 3, se realiza la gráfica correspondiente al campo eléctrico en función de la distancia, (Figura 6) se obtuvo que a medida que la distancia aumenta, el campo eléctrico disminuye, lo que se da a entender que son inversamente proporcionales.

Figura 6. Campo eléctrico vs distancia Entonces, un análisis en general respecto a la Tabla 3, figuras 5 y 6 es que el campo eléctrico y la fuerza son directamente proporcionales, ya que a medida que la fuerza disminuye el campo eléctrico también lo hace y una carga en el seno de un campo eléctrico E experimenta una fuerza proporcional al campo cuyo módulo es F=qE, cuya dirección es la misma, pero el sentido puede ser el mismo o el contrario dependiendo de que la carga sea positiva o negativa. ● EXPERIENCIA 4 Utilizando el simulador 2 se tienen dos cargas, una fija representada por q1(3μC) y otra móvil representada por q2, la cual varía, y la distancia entre las cargas corresponde a 0.04 m, teniendo la fuerza y la carga móvil se halla el campo eléctrico mediante la ecuación (1).

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Tabla 4- Fuerza y Campo eléctrico de la experiencia 4

Una vez realizada nuestra tabla podemos realizar nuestro diagrama (Figura 7), Donde F corresponde a nuestro vector fuerza y E el campo eléctrico, se puede admirar la dirección de cada una.

Figura 7. Diagrama de cargas de la experiencia 4

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Gracias a los resultados obtenidos en la tabla (4) se puede observar que el campo eléctrico es proporcional a la fuerza ya que si esta aumenta el campo eléctrico también lo hará, se recomienda hacer uso de un simulador que permita ingresar valores más altos a las cargas ya que con el simulador utilizado se tuvo dificultad para ver el cambio del campo eléctrico respecto a la fuerza puesto que eran valores de diferencia muy bajos. Mediante el diagrama de cargas (figura 7) se indica que el campo eléctrico tiene una dirección alejándose de la carga generadora ya que esta carga generadora presenta un valor positivo, con respecto a la fuerza eléctrica tiene una dirección hacia la carga generadora del campo ya que al ser la carga generadora del campo positiva y la carga de prueba negativa ocurre una fuerza de atracción. ● EXPERIENCIA 5 Utilizando el simulador 2 se tienen dos cargas, una fija representada por q2(-4μC) y otra móvil representada por q1, la cual varía, y la distancia entre las cargas corresponde a 0.03 m, teniendo la fuerza y la carga móvil se halla el campo eléctrico mediante la ecuación (1). Tabla 5- Fuerza y Campo eléctrico de la experiencia 5

Una vez realizada nuestra tabla podemos realizar nuestro diagrama, Donde F corresponde a nuestro vector fuerza y E el campo eléctrico, se puede admirar la dirección de cada una.

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Figura 8. Diagrama de cargas de la experiencia 5 Gracias a los resultados obtenidos en la tabla (5) se puede observar que el campo eléctrico es proporcional a la fuerza ya que si esta aumenta el campo eléctrico también lo hará, se recomienda hacer uso de un simulador que permita ingresar valores más altos a las cargas ya que con el simulador utilizado se tuvo dificultad para ver el cambio del campo eléctrico respecto a la fuerza puesto que eran valores de diferencia muy bajos. Mediante el diagrama de cargas (figura 8) se indica que el campo eléctrico tiene una dirección hacia la carga generadora ya que esta carga generadora presenta un valor negativo, con respecto a la fuerza eléctrica tiene una dirección hacia la carga generadora del campo ya que al ser la carga generadora del campo negativa y la carga de prueba positiva ocurre una fuerza de atracción.

•

●

5. CONCLUSIONES Se observó que los cuerpos cargados sufren una fuerza de atracción o repulsión al aproximarse, la fuerza es de atracción si las cargas son de signo opuesto y de repulsión si son del mismo signo, además podemos concluir que la fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. La dirección del campo eléctrico apunta hacia afuera para una carga puntual positiva y hacia adentro para una carga puntual negativa. La magnitud del campo eléctrico decae como 1/r^2 conforme nos alejamos de la carga. El campo eléctrico y la fuerza entre la carga generadora y la carga de prueba son proporcionales, y su dirección depende del valor (positivo o negativo) que tenga la carga

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

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generadora del campo eléctrico. El campo eléctrico producido por una carga puntual está dirigido radialmente hacia afuera de la carga o hacia ella 6. BIBLIOGRAFÍA ●

McAllister, W., 2018. El Campo Eléctrico (Artículo) | Khan Academy. [online] Khan Academy. Available at: <https://es.khanacademy.org/science/electricalengineering/ee-electrostatics/ee-electric-force-and-electric-field/a/ee-electricfield> [Accessed 12 July 2020].

Prรกctica 5

LINEAS DE CAMPO ELร CTRICO

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) LÍNEAS DE CAMPO ELÉCTRICO Sofía Hernández Tibaduiza (201820371) Cristián Pérez Rodríguez (201820596) Stiven Robayo González (201820646) Danilo Saavedra Cárdenas (201811815) FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS ESCUELA DE FÍSICA UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA Carlos.robayo@uptc.edu.co

1. RESUMEN Se realizaron los respectivos experimentos ingresando al simulador una vez allí se procedió a realizar nuestro primer experimento el cual consta de arrastrar una carga positiva de 1nC dentro del espacio de trabajo , en el segundo experimento arrastramos una carga negativa de 1nC dentro del espacio de trabajo, en el tercero se arrastró dos cargas del mismo signo dentro del espacio de trabajo, en el cuarto se arrastró dos cargas de signo contrario dentro del espacio de trabajo y por último el sexto arrastramos más de dos cargas del mismo signo o de signos distintos dentro del espacio de trabajo , en todos los seis se observó las líneas de campo generadas, se midió la magnitud del campo eléctrico generado en diferentes puntos y a diferentes distancias con ayuda de sensores y metro. Se repitió el procedimiento duplicando y triplicando el valor de la carga. Además para cada uno de los puntos anteriores, se realizó las gráficas correspondientes a las líneas de campo generadas en cada situación. (Las gráficas se plasmaron en papel milimetrado a escala). En cada punto se realizó el respectivo análisis. 2. INTRODUCCIÓN En estas distintas experiencias realizadas se entendió de manera más práctica el concepto aprendido en clase. Es por esto, que se pudo observar y analizar el efecto que el campo eléctrico produce y la relación que este tiene con las líneas de campo. El concepto de líneas de campo (o líneas de fuerza) fue introducido por Michael Faraday (1791-1867). Son líneas imaginarias que ayudan a visualizar cómo va variando la dirección del campo eléctrico al pasar de un punto a otro del espacio. Indican las trayectorias que seguiría la unidad de carga positiva si se la abandona libremente, por lo que las líneas de campo salen de las cargas positivas (fuentes) y llegan a las cargas negativas (sumideros) Las propiedades de las líneas de campo se pueden resumir en: - El vector campo eléctrico es tangente a las líneas de campo en cada punto. - 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. - El número de líneas que salen de una carga positiva o entran en una carga negativa es proporcional a dicha carga. - La densidad de líneas de campo en un punto es proporcional al valor del campo

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) -

eléctrico en dicho punto. Las líneas de campo no pueden cortarse. De lo contrario en el punto de corte existirían dos vectores campos eléctricos distintos. A grandes distancias de un sistema de cargas, las líneas están igualmente espaciadas y son radiales, comportándose el sistema como una carga puntual.

3. MÉTODO EXPERIMENTAL

El equipo utilizado fue el software (Figura 1) que nos da unas condiciones donde podemos simular lo que sería la realidad, colocando diferentes distancias y número de cargas , en el software podemos mover las cargas de un punto a otro, medir su distancia con un metro virtual y su voltaje El software es versátil puesto que podemos mover las cargas y ver las líneas de campo y su respectiva dirección, también podemos colocar una grilla, sensores y voltaje

Figura 1-simulador de líneas de campo eléctrico 4. RESULTADO Y ANÁLISIS A continuación, se muestran los resultados de cada una de las experiencias con sus respectivas especificaciones, en las cuales se utilizó un simulador que proporcionaba de manera visual el campo eléctrico generado por una carga o varias, y el campo eléctrico generado en un punto. ●

Experiencia 1

Utilizando el simulador (Figura 1) se arrastró al área de trabajo una carga positiva de 1 μC, y

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) mediante 3 sensores a diferentes distancias y se observó el campo eléctrico generado, de acuerdo a lo observado se plasmó en hojas milimetradas a escala 1:50. Tabla 1- Distancia de los sensores de la experiencia 1

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

●

Se prosiguió a usar una carga de 2μC, manteniendo la misma distancia de los sensores se observó el cambio del campo eléctrico.

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Al comparar estas dos situaciones donde la carga generadora se duplico, se pudo observar gracias a la primera situación (1 μC) que el vector del campo eléctrico disminuía a medida que se alejaba el sensor, paso siguiente cuando la carga se duplico se pudo observar que el vector del campo eléctrico se intensifico de manera considerable, pero aun disminuía cuando esta se alejaba de la carga. ●

Se prosiguió a usar una carga de 3μC, manteniendo la misma distancia de los sensores se observó el cambio del campo eléctrico.

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Como se observó en la experiencia 1, de acuerdo los casos 1 (Figuras 2-4) y 2 (Figuras 57) se observó un cambio en el campo eléctrico de acuerdo a su visualización donde este cambio al duplicarse la carga, se procedió a confirmar esta intensificación triplicando la carga (Figuras 8-10), se confirmó que a medida que se aumente el valor de la carga generadora también aumentara su campo eléctrico, además se puede afirmar gracias a que en cada caso ocurrió que a medida que se aleje de la carga generadora el campo eléctrico va disminuir sin importar si la carga generadora tiene un valor considerablemente bajo o alto. Experiencia 2 Ahora, haciendo uso del simulador (Figura 1), se hará el experimento con tres cargas negativas: -1nC (figuras 11-13), -2nC (figuras 14-16) y -3nC (figuras 17-19) y con tres sensores ubicados alrededor de cada carga a una distancia de: Tabla 2-Distancia de los sensores de la experiencia 2

Los campos eléctricos fueron graficados en hojas milimetradas a una escala 1:50 como se muestra a continuación ●

Se empezará con una carga de -1nC

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Figura 11-Campo eléctrico generado con el sensor1

Figura 12-Campo eléctrico generado con el sensor2

Figura 13-Campo eléctrico generado con el sensor3

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) ●

Se procede a usar una carga de -2nC

Figura 14-Campo eléctrico generado con el sensor1

Figura 15-Campo eléctrico generado con el sensor2

Figura 16-Campo eléctrico generado con el sensor3

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

●

Por último, se usará una carga de -3nC

Figura 17-Campo eléctrico generado con el sensor1

Figura 18-Campo eléctrico generado con el sensor2

Figura 19-Campo eléctrico generado con el sensor3 ●

Se pudo observar en la experiencia 2, que el valor de la carga negativa se fue duplicando y triplicando, como la carga es negativa, se puede observar que las

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) flechas van hacia adentro lo que significa que se tiene un sumidero. Para observar el cambio del campo eléctrico en cada sensor, se puede observar en cada caso que a medida que la distancia aumenta el campo electro disminuye, y al aumentar el valor de la carga generadora también aumenta el valor del Campo eléctrico. En resumen la intensidad del campo eléctrico depende de la carga que lo genera y cuanto mayor es la distancia entre la carga y el punto donde se mide, la intensidad del campo eléctrico será menor.

Experiencia 3 Ahora, haciendo uso del simulador (Figura 1), se hará el experimento con dos cargas negativas de -1nC cada una (figuras) a una distancia de 1m, -1nC a una distancia de 2.5m la tercera se realizó a una distancia de 4m Tabla 3- Distancia de los sensores de la experiencia 3

Figura 20-líneas de campo eléctrico

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Figura 21-líneas de campo eléctrico

Figura 22-líneas de campo eléctrico

Con las líneas de campo eléctrico podemos notar que hay una repulsión entre las cargas la cual se va a notar menos conforme la distancia aumenta. Cuando la distancia es muy grande la repulsión en las líneas de campo es muy poco notoria

Experiencia 4 Ahora, haciendo uso del simulador, se realizó el experimento con dos cargas de signo contrario dentro del espacio de trabajo y se plasmó en tres ejemplos como se observa en las gráficas y sus respectivos valores y distancia como se observa en los datos obtenidos en nuestra libreta de apuntes.

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Figura 23 - campos elÃ©ctricos ejemplos (1, 2,3)

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Tabla de datos de los ejemplos (1, 2,3) ● ●

Se evidencia de forma muy detallada la repulsión y atracción de las cargas por medio de las líneas de campo La medida de las distancias entre la carga y el sensor nos permite comparar y evidenciar la magnitud del campo eléctrico que ejerce el sensor a mayor y menor distancia.

Experiencia 5 Ahora, haciendo uso del simulador, se realizó el experimento con más de dos cargas del mismo signo o de signos distintos dentro del espacio de trabajo y se plasmó en tres ejemplos como se observa en las gráficas y sus respectivos valores y distancia como se observa en los datos obtenidos en nuestra libreta de apuntes.

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Figura 24 - campos elÃ©ctricos ejemplos (1, 2,3)

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Tabla de datos de los ejemplos (1, 2,3)

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) ● ●

Al duplicar las cargas en un mismo punto se observa como automáticamente cambian las líneas de campo debido a la carga que ejerce este entre las demás. La medida de las distancias entre la carga y el sensor nos permite comparar y evidenciar la magnitud del campo eléctrico que ejerce el sensor a mayor y menor distancia. 5. CONCLUSIONES

●

● ●

●

Se observó que el campo eléctrico es directamente proporcional a la distancia entre la carga generadora y el punto donde se calcula el campo eléctrico, y su dirección depende de que su carga generadora sea positiva o negativa. El campo eléctrico es directamente proporcional al valor de la carga generadora de este, a medida que aumenta su valor el campo eléctrico también lo hace. En los resultados obtenidos se evidencia que las líneas de campo salen de las cargas positivas y entran en las cargas negativas, además se puede asegurar que estas nunca se cruzan sin importar cómo esté distribuida la carga Las líneas de campo proporcionan una representación gráfica de los campos eléctricos. En cualquier punto sobre una línea de campo, la tangente a la línea está en dirección de en ese punto. El número 6. BIBLIOGRAFÍA

● Elfisicoloco.blogspot.com. 2013. Líneas De Campo Eléctrico. [online] Available at: <http://elfisicoloco.blogspot.com/2013/02/lineas-de-campo-

Prรกctica 6

SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES Sofía Hernández Tibaduiza (201820371) Cristián Pérez Rodríguez (201820596) Stiven Robayo González (201820646) Danilo Saavedra Cárdenas (201811815) FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS ESCUELA DE FÍSICA UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA Carlos.robayo@uptc.edu.co

RESUMEN

Se ingresó al correspondiente simulador dispuesto por la profesora, una vez en el simulador se procedió a realizar las respectivas experiencias las cuales fueron: 1 se Arrastró una carga positiva de 9 nC hacia el centro del espacio de trabajo, encendimos el voltaje y la grilla, ubicamos 10 puntos (x,y) alrededor de la carga en los cuales el valor de potencial es el mismo ( se utilizó el medidor de voltaje y el metro), se tomó la respectiva toma de nota de la información obtenida, trazamos en un sistema de coordenadas cartesiano en papel kilometrado, ubicamos la carga en el origen del plano, ubicamos los puntos de igual potencial alrededor de la carga y se trazó la curva equipotencial. Se repitió el procedimiento para cuatro valores distintos de potencial. Para segunda experiencia se Arrastró una carga positiva de -9 nC hacia el centro del espacio de trabajo, encendimos el voltaje y la grilla, ubicamos 10 puntos (x,y), Se repitió el procedimiento para cuatro valores distintos de potencial. Para la cuarta experiencia se arrastró dos cargas negativas hacia el espacio de trabajo, se enciende el voltaje y grilla, ubicamos 10 puntos (x,y) alrededor de cada una de las cargas en los cuales el valor de potencial era el mismo ( se utilizó el medidor de voltaje y el metro), se tomó la respectiva nota de la información obtenida, trazamos un sistema de coordenadas cartesiano en papel milimetrado, se ubicó las cargas en el plano, además también se ubicó los puntos de igual potencial alrededor de cada carga y trazamos las curvas equipotenciales. Se repitió el procedimiento para cuatro valores distintos de potencial.

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO 2.

INTRODUCCIÓN

En este laboratorio, haciendo uso de lo aprendido en clase, se pudo entender de una forma más didáctica y práctica lo que significan las superficies equipotenciales. Las líneas equipotenciales son como las líneas de contorno de un mapa que tuviera trazada las líneas de igual altitud. En este caso la "altitud" es el potencial eléctrico o voltaje. Las líneas equipotenciales son siempre perpendiculares al campo eléctrico. En tres dimensiones estas líneas forman superficies equipotenciales. El movimiento a lo largo de una superficie equipotencial, no realiza trabajo, porque ese movimiento es siempre perpendicular al campo eléctrico. El potencial V se define en cualquier punto en el campo eléctrico como la energía potencial U por unidad de carga.

(1)

3. MÉTODO EXPERIMENTAL El equipo utilizado fue el software que nos da unas condiciones donde podemos simular lo que sería la realidad, colocando diferentes distancias y cargas, en el software podemos mover las cargas de un punto a otro La versatilidad del software radica en que después de colocar la distancia y las cargas nos muestra activando (valores) el valor en v en ese punto.

Figura 1- simulador

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

4. RESULTADO Y ANÁLISIS A continuación, se muestran los resultados de cada una de las experiencias con sus respectivas Especificaciones, en las cuales se utilizó un simulador (Figura 1) que proporcionaba las curvas equipotenciales producidas en un punto por una carga o varias, y el potencial generado en un punto.

●

Experiencia 1

Utilizando el simulador (Figura 1) se arrastró al área de trabajo una carga negativa de 9 nC, y mediante las herramientas suministradas por el simulador se trazaron las curvas equipotenciales las cuales se forman donde el potencial es el mismo, se procedió a plasmar las curvas equipotenciales en papel milimetrado mediante un sistema de coordenadas, con ayuda del simulador se tomaron las coordenadas de 10 puntos y se recopilaron en tablas, acto siguiente se repitió el proceso 4 veces con potenciales diferentes, lo que se obtuvo fue lo siguiente:

Se trazaron cuatro curvas equipotenciales (Figura 1), la primera con un potencial de 162,6 V, la segunda de 80,66 V, la tercera de 54.04 V, y la cuarta de 40,46 V.

Figura 2- Equipotenciales en simulador; experiencia 1

Las curvas equipotenciales obtenidas fueron graficadas en papel milimetrado (Figura 2) mediante las siguientes coordenadas que se plasmaron en tablas (Figura 3) estas se obtuvieron gracias a un plano cartesiano.

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Figura 3- Equipotenciales grรกfica papel milimetrado; experiencia 1

Figura 4- Tablas de coordenadas del simulador; experiencia 1

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

En las curva equipotenciales de la experiencia 1, se observa que las curvas equipotenciales sin importar la carga equipotencial se presentaban de manera de esfera concéntrica centradas de la carga, se puede apreciar que a medida se alejaba del punto donde se calculaba el potencial este disminuye, lo que quiere decir que el potencial es directamente proporcional a la distancia entre la carga y el punto donde se calcula el potencial.

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Experiencia 2

Utilizando el simulador (Figura 1) se arrastró al área de trabajo una carga negativa de -9 nC, y mediante las herramientas suministradas por el simulador se trazaron las curvas equipotenciales las cuales se forman donde el potencial es el mismo, se procedió a plasmar las curvas equipotenciales en papel milimetrado mediante un sistema de coordenadas, con ayuda del simulador se tomaron las coordenadas de 10 puntos y se recopilaron en tablas, acto siguiente se repitió el proceso 4 veces con potenciales diferentes, lo que se obtuvo fue lo siguiente:

Se trazaron cuatro curvas equipotenciales (Figura 5), la primera con un potencial de -163,8 V, la segunda de -80,1 V, la tercera de -53,1 V, y la cuarta de -40,4 V.

Figura 5 - Equipotenciales en simulador de la experiencia 2 Se representó las curvas equipotenciales en papel milimetrado mediante un sistema de coordenadas para cada curva y se recopilaron las coordenadas en las siguientes tablas:

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Tabla 1 - Coordenadas de la primera curva equipotencial

Tabla 2. - Coordenadas de la segunda curva equipotencial

Tabla 3. - Coordenadas de la tercera curva equipotencial

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Tabla 4 - Coordenadas de la cuarta curva equipotencial Gracias a la información recopilada en las tablas (1, 2,3 y 4) se plasmó las curvas equipotenciales en papel milimetrado tomando un sistema de coordenadas, siendo el origen la posición de la carga puntual negativa.

Figura 6- Equipotenciales en papel milimetrado de la experiencia 2 Se pudo observar en la experiencia 2 que las curvas equipotenciales (Figura 4 y 5) las cuales se hallaron donde el potencial era el mismo, se presentó

una forma de esferas concéntricas

centradas en la carga, se puede apreciar que a medida se aleja el punto donde se calcula el potencial este disminuye, lo que quiere decir que el potencial es directamente proporcional a la distancia entre la carga y el punto donde se calcula el potencial.

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) โ ข Experiencia 3 Utilizando el simulador (Figura 1) se arrastrรณ al รกrea de trabajo dos cargas positivas, una de 4 nC y otra de 2nC, mediante las herramientas suministradas por el simulador se trazaron las curvas equipotenciales las cuales se forman donde el potencial es el mismo, se procediรณ a plasmar las curvas equipotenciales en papel milimetrado mediante un sistema de coordenadas, con ayuda del simulador se tomaron las coordenadas de 10 puntos y se recopilaron en tablas, acto siguiente se repitiรณ el proceso 4 veces con potenciales diferentes, lo que se obtuvo fue lo siguiente: Se trazaron cuatro curvas equipotenciales (Figura 7), la primera con un potencial de 42.4 V, la segunda de 47.5 V, la tercera de 31.3 V, y la cuarta de 24.2 V.

Figura 7- Equipotenciales en simulador de la experiencia 3 Las curvas equipotenciales obtenidas fueron graficadas en papel milimetrado (Figura 8) mediante las siguientes coordenadas obtenidas gracias a un plano cartesiano

Figura 8- Equipotenciales en papel milimetrado de la experiencia 3

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Tabla 5- Coordenadas del potencial 42.4 V

Tabla 6- Coordenadas del potencial 47.5 V

Tabla 7- Coordenadas del potencial 31.3 V

Tabla 8- Coordenadas del potencial 24.2 V

Gracias a los datos obtenidos en la experiencia 3 se puede observar que al tener dos cargas del mismo signo, en este caso, cargas positivas, entre más pequeña es la potencia, esta está más alejada de la carga y las curvas de potencia de las dos cargas, se unen.

●

Experiencia 4

Figura 9- equipotenciales en simulador experiencia 4

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Las curvas equipotenciales fueron graficadas en papel milimetrado con las siguientes coordenadas

Figura 10- equipotenciales papel milimetrado Las coordenadas para representar dichas curvas equipotenciales en el papel milimetrado fueron:

Tabla 9- Coordenadas del potencial 12.2 v

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Tabla 10- Coordenadas del potencial 12.7 v

Tabla 11- Coordenadas del potencial 12.7 v

Tabla 12- Coordenadas del potencial 4.9 v

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Con los datos obtenidos en la experiencia 4 se puede determinar que al tener dos cargas de diferente signo, entre más grande es la potencia menor (más pequeña) es la curva generada por las dos cargas

●

Experiencia 5

Figura 11- equipotenciales en simulador experiencia 5

Figura 12- equipotenciales papel milimetrado Las coordenadas para representar dichas curvas equipotenciales en el papel milimetrado fueron:

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Tabla 13- Coordenadas del potencial 58.4 v

Tabla 14- Coordenadas del potencial 29.7 v

Tabla 15- Coordenadas del potencial 23.6 V

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Tabla 16- Coordenadas del potencial 21.3 v

Con los datos obtenidos en la experiencia 5 se puede determinar que al tener 5 cargas de el mismo signo, cuando la potencia es más pequeña la curva generada es mucho más grande, si la potencia en grande la curva generada es más pequeña

5. CONCLUSIONES ● ●

●

El potencial es directamente proporcional a la distancia entre la carga y el punto donde se calcula el potencial Las líneas equipotenciales son siempre perpendiculares al campo eléctrico, y ya que es perpendicular su movimiento a lo largo de la superficie equipotencial no realizaría trabajo. las superficies equipotenciales o curvas equipotenciales son las formas geométricas que se forman a partir de una partícula cargada y están conformadas por puntos de campo eléctricos en los cuales el campo no varía o donde la diferencia de potencial en dichas curvas equipotenciales es cero El trabajo para desplazar una carga entre dos puntos de una misma superficie equipotencial es nulo, Dos superficies equipotenciales no se pueden cortar.

6. BIBLIOGRAFÍA ●

Prรกctica 7

CIRCUITOS SIMPLES

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) MEDIDA DE RESISTENCIAS, VOLTAJE Y CORRIENTE Sofía Hernández Tibaduiza (201820371) Cristián Pérez Rodríguez (201820596) Stiven Robayo González (201820646) Danilo Saavedra Cárdenas (201811815) FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS ESCUELA DE FÍSICA UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA Carlos.robayo@uptc.edu.co

1. RESUMEN

Se realizaron los respectivos experimentos ingresando al simulador una vez allí se procedió a realizar nuestro primer experimento el cual seleccionamos una resistencia en el panel izquierdo del simulador y arrastramos hacia el área de trabajo , se tomó nota de las franjas de colores que la componen y el valor en ohmios suministrado por el simulador , después de esto calculamos el valor utilizando el código de colores , nuestro segundo experimento se hallaron los valores de seguridad suponiendo que todas las resistencias utilizadas por el simulador son de ¼ de potencia para esto se utilizaron las ecuaciones (1) y (2) con estas hallamos la corriente máxima y voltaje máximo para este punto se tomó como base los datos del experimento 1 , ya para nuestro último experimento se construyó el circuito ( Figura 2) en el simulador , una vez hecho se procedió a tomar 10 datos de voltaje y de corriente con tres resistencias diferentes ya con esto se halló Corriente máxima y Voltaje máximo estos datos se plasmaron en tablas asimismo se realizaron gráficas de V vs I y se halló la ecuación particular .

2. INTRODUCCIÓN El desarrollo de esta práctica nos permitió afianzar conocimientos y conocer el correcto uso de los instrumentos de medición eléctrica. Estos instrumentos permiten medir la intensidad de corriente eléctrica por un conductor (amperímetro), la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito (voltímetro) o la resistencia eléctrica de un dispositivo resistor (óhmetro). con algunos componentes básicos de los circuitos eléctricos como fuentes de voltaje y resistores. Los instrumentos de medición a utilizar en el curso de la materia serán instrumentos destinados a la medición de magnitudes eléctricas. Ellos son

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principalmente: ● Voltímetro – mide la diferencia de potencial eléctrico en voltios o submúltiplos. ● Amperímetro – mide intensidad de corriente eléctrica en amperes o submúltiplos.

Los amperímetros y voltímetros pueden ser utilizados para mediciones en corriente continua o alterna, o ambas. Los dos instrumentos antes mencionados pueden presentarse en forma independiente o agrupados en un solo instrumento llamado Multímetro o, como se lo denomina comúnmente, Tester. En cualquiera de los casos, los instrumentos poseen un selector de escalas, para seleccionar el rango de medición.

En los voltímetros y amperímetros el cero se encuentra al principio de la escala y al final de la escala, llamado fondo de escala, le corresponde el máximo valor posible de medir en esa escala.

El código de colores de resistencia funciona a base de colores. En la actualidad existen una gran variedad de resistencias, son indispensables para los circuitos que utilizamos hoy en día. Analizaremos el código de colores de las resistencias para averiguar los valores que tienen. Este código es de gran utilidad debido a que no siempre tendremos un aparato como un multímetro. Recordemos que la unidad de medida de estos componentes es el Ohm.

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Figura 1- Código de Colores Además de esto, es importante tener en cuenta la ecuación de la potencia y la del voltaje máximo, las cuales son las siguientes

Donde: P= Potencia Imax=Corriente máxima Vmax=Voltaje máximo Re= Resistencia 3. MÉTODO EXPERIMENTAL El equipo utilizado fue el software que nos da unas condiciones donde podemos simular lo que sería la realidad, colocando diferentes resistencias y demás permitiéndonos armar un circuito El simulador sirve para la construcción de circuitos básicos, donde podemos tomar resistencias, fuentes, y cables e irlos uniendo, a la vez podemos utilizar aparatos de medición como los amperímetros, voltímetros. Las fuentes como las resistencias se

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pueden variar o cambiar de valor.

Figura 2. Simulador utilizado

4. RESULTADO Y ANÁLISIS

A continuación, se muestran los resultados de cada una de las experiencias con sus respectivas especificaciones, en las cuales se utilizó un simulador (Figura...) en donde proporcionaba diferentes herramientas para la construcción de circuitos eléctricos, como los utilizados en este laboratorio que fueron una resistencia, voltímetro, amperímetro, batería y cables. ● Experiencia 1 Utilizando el simulador (Figura 2) se arrastró al área de trabajo una resistencia, ya que el simulador daba la opción de configurar su valor se recopilaron estos datos en una tabla, acto siguiente se procedió a calcular el valor de las resistencias por el código de colores y comparar los resultados obtenidos, con los resultados recopilados del simulador, lo que se obtuvo fue lo siguiente:

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Tabla 1- Comparación de resultados por simulador y código de colores

Como se observa en la tabla (1) el valor obtenido por el código de colores es prácticamente el mismo al obtenido por el simulador, varían algunos resultados por unos cuantos decimales, con este código de colores es una manera rápida y eficaz de calcular el valor de las resistencias, este método fue creado a comienzos de 1920 por la Radio Manufacturer's Association y hoy en día se sigue utilizando este método.

● Experiencia 2 Para dar solución a la siguiente tabla se debe tener en cuenta las ecuaciones (1) y (2) anteriormente dadas para hallar la P (potencia) y Vmax (voltaje máximo),

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) con el fin de determinar qué tanta corriente se le puede dar al circuito y de esta manera asegurarnos de no causarle algún daño a este durante su ejecución.

Tabla 2 - Factores de seguridad para las resistencias

Como se observa en la tabla 2 se encontró los valores de seguridad que son: el voltaje máximo, la corriente máxima y la resistencia de cada simulador, para hallar estos valores se supuso que todas las resistencias utilizadas corresponden a ¼ de potencia, con estos valores podemos saber la cantidad de corriente que podemos utilizar en cada circuito.

● Experiencia 3 Utilizando el simulador (Figura 2) se arrastraron al área de trabajo una resistencia, un voltímetro, un amperímetro, una batería, y cables con el fin de armar un circuito eléctrico (Figura 3), se tomó el valor de 3 resistencias obtenidas anteriormente y se procedió a variar el voltaje de la pila anotando el cambio de la corriente, esta información se recopiló en tablas y en gráficas para cada caso, las resistencias fueron:

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➔

Figura 3- Circuito eléctrico de la experiencia 3

Utilizando la resistencia

máxima de:

la cual presenta un voltaje máximo y una corriente

Se tomaron 10 datos de voltaje y corriente utilizando la resistencia 1 y se recopiló esta información en la siguiente tabla y gráfica: Tabla3 -Intensidad y voltaje usando la resistencia 1

Figura 4-Voltaje vs intensidad de la resistencia

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➔

Utilizando la resistencia 2 la cual presenta un voltaje máximo y una corriente máxima de:

Se tomaron 10 datos de voltaje y corriente utilizando la resistencia recopiló esta información en la siguiente tabla y gráfica: Tabla 4-Intensidad y voltaje usando la resistencia

yse

Figura 5-Voltaje vs intensidad de la resistencia ➢ Utilizando la resistencia la cual presenta un voltaje máximo y una corriente máxima de: Para una resistencia de 18 ohmios, se tomaron los valores de Intensidad y Voltaje en el simulador el cual utiliza la ley de Ohm para sus cálculos.

= 6.7

2 = 18 ℎ

Tabla 4-Intensidad y voltaje usando la resistencia = 120

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Figura 6.-Voltaje vs intensidad de la resistencia 3 Mediante la ecuación ( 2− 1 ) se halló la pendiente y esta correspondió al mismo valor 2−

de la resistencia, se deduce que la corriente que fluye dentro del circuito es directamente proporcional al voltaje de la batería, y es inversamente proporcional a la resistencia usada en el circuito. Como se observa en las tres gráficas anteriores la pendiente corresponde al valor de la resistencia, porque ella se toma para los cálculos como una constante. Con base a las tablas donde plasmó el valor de la caída de voltaje contra la intensidad, dejando la resistencia de un solo valor, se hicieron las gráficas las cuales son rectas, donde la pendiente es el valor constante de resistencia para cada caso.

5. CONCLUSIONES

•

• •

Se logro realizar un gran trabajo ya que los errores porcentuales de las corrientes y los voltajes parciales fueron mínimos por lo que pudimos comprobar la gran importancia de lo aprendido en clase en cuanto a la ley de ohm. Es necesario medir los voltajes parciales en cada una de las resistencias para luego mediante la ley de ohm calcularlos teóricamente y compararlos Podemos concluir que la resistencia depende mucho en si está en paralelo o en serie puesto que, si el circuito está en serie la resistencia aumenta al añadir mayor

•

número de resistencias, lo contrario sucede en un circuito en paralelo donde mientras más resistencias se añada menos resistencia se obtendrá La corriente que fluye dentro de un circuito es directamente proporcional al voltaje que se le proporciona al circuito, y es inversamente proporcional a la resistencia utilizada en dicho circuito El código de colores de las resistencias es un método rápido y eficaz de calcular el valor de la resistencia sin necesidad de alguna herramienta.

6. BIBLIOGRAFÍA

● Corrales, H. A., & Hincapié, C. A. O. (2009). Estudio dinámico de un horno de resistencias eléctricas convertido a gas. Scientia et technica, 2(42). ● Cevallos Valdez, C. F. (2016). Estudio para modificar la fuente de calor en una cabina de pintura, cambio de calentador con quemador a diésel a resistencias eléctricas (Bachelor's thesis, CIENCIAS DE LA INGENIERÍA )

Prรกctica 8

RESISTENCIAS EN SERIE Y PARALELO

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) CÁLCULO DE RESISTENCIA EQUIVALENTE Y RELACIÓN CORRIENTE-VOLTAJE Sofía Hernández Tibaduiza (201820371) Cristián Pérez Rodríguez (201820596) Stiven Robayo González (201820646) Danilo Saavedra Cárdenas (201811815) FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS ESCUELA DE FÍSICA UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA Carlos.robayo@uptc.edu.co

1. RESUMEN Se realizaron los respectivos experimentos ingresando al simulador una vez allí se procedió a realizar nuestro primer experimento el cual diseñamos un circuito utilizando 2 resistencias de diferente valor conectadas en serie, se calculó la resistencia equivalente y tomamos medidas de corriente y voltaje en diferentes puntos del circuito , repetimos el procedimiento anterior, utilizando 3, 4 y 5 resistencias , para el segundo experimento se diseñó un circuito utilizando 2 resistencias de diferente valor conectadas en paralelo, calculamos la resistencia equivalente y se tomó medidas de corriente y voltaje en diferentes puntos del circuito. Igual que el experimento uno se procedió a repetir el procedimiento anterior, utilizando 4, 6 y 8 resistencias. Todos los datos y resultados hallados en los dos experimentos se plasmaron en tablas y además cada imagen de los circuitos se plasmó en el trabajo para poder conseguir una mejor experiencia al revisar el laboratorio. 2. INTRODUCCIÓN

La resistencia eléctrica es una propiedad de un objeto o sustancia que hace que se resista o se oponga al paso de la corriente eléctrica. La resistencia de un circuito eléctrico determina cuanta corriente fluye en el circuito cuando se le aplica un voltaje determinado Resistencia en serie: Dos resistencias están en serie si por ellas pasa exactamente la misma corriente

Figura 1. Resistencias en serie

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) La resistencia equivalente es equivalente a la resistencia introducida en el circuito en vez de R1y R2, no modifica los valores de la intensidad. Se debe tener en cuenta que la intensidad no debe sufrir alteración y, como la equivalente sustituye ambas resistencias, la diferencia de potencial de la equivalente, debe ser la suma de las diferencias de potencial de R1 y R2

Figura 2. Resistencia equivalente Entonces para hallar Re se utiliza la fórmula Re= R1 + R2 + R3 + … + Rn (1) Donde n es el número de resistencias en serie. Resistencia en paralelo: Dos resistencias están en paralelo si sobre los terminales correspondientes de éstas se establece un mismo voltaje.

Figura 3. Resistencias en paralelo La resistencia equivalente, equivale a la resistencia que introducida en el circuito en vez de R1 y R2, no modifique los valores de la intensidad, de forma que la intensidad que pase por la equivalente sea la suma de la inversa de R1 y R2. Se debe tener en cuenta que, como la equivalente sustituye ambas resistencias, la diferencia de potencial de la equivalente, debe ser la misma de la R1 y R2

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Figura 4. Resistencia equivalente Entonces para hallar Re se utiliza la fórmula Re= 1 / (1/R1 + 1/R2 + 1/R3) (2)

Además de esto, es importante tener en cuenta la ecuación de la potencia y la del voltaje máximo, las cuales son las siguientes P=Imax2*Re (3) Vmax=Imax*Re (4) Donde: P= Potencia Imax=Corriente máxima Vmax=Voltaje máximo Re= Resistencia 3. MÉTODO EXPERIMENTAL El equipo utilizado fue el software que nos da unas condiciones donde podemos simular lo que sería la realidad, colocando diferentes resistencias y demás permitiéndonos armar un circuito El simulador sirve para la construcción de circuitos básicos, donde podemos tomar resistencias, fuentes, y cables e irlos uniendo, a la vez podemos utilizar aparatos de medición como los amperímetros, voltímetros. Las fuentes como las resistencias se pueden variar o cambiar de valor.

Figura 5. Simulador

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4. RESULTADO Y ANÁLISIS A continuación, se muestran los resultados de cada una de las experiencias con sus respectivas especificaciones, en las cuales se utilizó un simulador (Figura 5) en donde proporcionaba diferentes herramientas para la construcción de circuitos eléctricos, como los utilizados en este laboratorio que fueron una resistencias, voltímetro, amperímetros, baterías y cables.

●

Experiencia 1

Utilizando el simulador (Figura 5) se arrastraron al área de trabajo resistencias, un voltímetro, amperímetros, una batería, y cables con el fin de armar circuitos eléctricos con 2,3,4 y 5 resistencias, se calculó la resistencia equivalente de cada circuito con sus respectivos valores de seguridad de corriente y voltaje, luego se procedió a calcular el voltaje y corriente en diferentes puntos del circuito, esta información se recopiló en tablas para cada caso, los circuitos fueron: 

Circuito en serie 1 Para el primer circuito en serie se utilizaron 2 resistencias de diferente valor (R1 y R2), con una potencia de 1/4, y el voltaje aplicado fue de 11,0 V, el circuito fue el siguiente:

Figura 6.- Circuito en serie 1

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Figura 6.-circuito en serie 1, en el simulador Se procedió a calcular la resistencia equivalente del circuito con la suma total de las resistencias encontradas en el circuito, ya con la resistencia equivalente obtenida se obtuvieron los valores de seguridad de corriente y voltaje, se recopiló la información en la siguiente tabla: Tabla 1- Resistencia equivalente y valores de seguridad del circuito 1 RESISTENCIA RESIST

EQUIVALENTE

I max (A)

V max (V)

ENCIA (OHMS)

(OHMS)

7,0 OHMS

13,5 OHMS

0,018

0,243

6,5 OHMS

13,5 OHMS

0,018

0,243

Acto siguiente mediante el voltímetro y los amperímetros del simulador se tomaron los datos de corriente y voltaje en diferentes puntos del circuito, la información se recopiló en tablas y lo siguiente fue lo que se obtuvo Se tomaron los datos del voltaje en dos puntos del circuito:

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Figura 7-voltaje resistencia 1

Figura 8-voltaje resistencia 2 Se tomaron los datos de corriente en dos puntos del circuito:

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Figura 9-corriente del circuito 1. La información se recopiló en la siguiente tabla: Tabla 2-Corriente y Voltaje en los puntos 1 y 2

En el circuito 1 en serie se puede observar que el voltaje cambia en cada punto del circuito, esto debido a la utilización de resistencias con diferentes valores. En cambio, podemos observar que la corriente mantuvo el mismo valor en todo el circuito.

 Circuito en serie 2 Para el segundo circuito en serie se utilizaron 3 resistencias de diferentes valores (R1,R2 y R3), con una potencia de 1/4, y el voltaje aplicado fue de 11,0 V, el circuito fue el siguiente:

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Figura 10.- Circuito en serie 2

figura 11-circuito 2, tres resistencias en serie Se procediรณ a calcular la resistencia equivalente del circuito por medio de la suma total de las resistencias encontradas en este. Con la resistencia equivalente obtenida se obtuvieron los valores de seguridad de corriente y voltaje. Se recopilรณ la informaciรณn en la siguiente tabla:

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Tabla 3 - Resistencia, I máx. y V máx. del 2 circuito en serie RESISTENCIA (OHMS)

RESISTENCIA EQUIVALENTE I max (A)

V max(V)

(OHMS) R1

7,0 OHMS

18 OHMS

0,013

0,234

6,5 OHMS

18 OHMS

0,013

0,234

4,5 OHMS

18OHMS

0,013

0,234

Acto siguiente mediante el voltímetro y los amperímetros del simulador se tomaron los datos de corriente y voltaje en diferentes puntos del circuito, la información se recopiló en tablas y lo siguiente fue lo que se obtuvo: Se tomaron los datos del voltaje en dos puntos del circuito:

Figura 12-voltaje del circuito 2 primer punto

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Figura 13-voltaje del circuito 2 segundo punto

Figura 14-voltaje del circuito 2 tercer punto

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Se tomaron los datos de corriente en dos puntos del circuito:

Figura 15-corriente del circuito 2 La información se recopiló en la siguiente tabla:

Tabla 4-Corriente y Voltaje en los puntos 1, 2 Y 3

En el circuito 2 en serie se puede observar que el voltaje cambia en cada punto del circuito, esto debido a la utilización de resistencias con diferentes valores. En cambio, podemos observar que la corriente mantuvo el mismo valor en todo el circuito. 

Circuito en serie 3 Para el TERCER circuito en serie se utilizaron 4 resistencias de diferentes valores (R1, R2 y R3 y R4), con una potencia de 1/4, y el voltaje aplicado fue de Vt = 0.45 Amp*22

Ohmios = 10 Voltios 10 V, el circuito fue el siguiente

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Figura 16. Circuito en serie 3

Figura 17-circuito 3, en el simulador Se procediรณ a calcular la resistencia equivalente del circuito por medio de la suma total de las resistencias encontradas en este. Con la resistencia equivalente obtenida se obtuvieron los valores de seguridad de corriente y voltaje. Se recopilรณ la informaciรณn en la siguiente tabla: Tabla 5 - Resistencia, I max y V mรกx del 3 circuito en serie

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Figura 18-voltaje del circuito 3 primer punto

Figura 19-voltaje del circuito 3 segundo punto

Figura 20-voltaje del circuito 3 tercer punto

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Figura 21-voltaje del circuito 3 cuarto punto

Se tomaron los datos de corriente en dos puntos del circuito:

Figura 22-voltaje del circuito 3 cuarto punto La información se recopiló en la siguiente tabla Tabla 6-Corriente y Voltaje en los puntos 1, 2, 3 , 4

Como se ve en el circuito las corrientes en cada una de las resistencias es igual a 0.45 Amperios que es la misma intensidad de la corriente que circula por todo el circuito. Se halla colocando el amperímetro en serie.

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) 

Circuito en serie 4 Para el CUARTO circuito en serie se utilizaron 3 resistencias de diferentes valores (R1, R2 R3 , R4 Y R5), con una potencia de 1/4, y el voltaje aplicado fue de 10 V, el circuito fue el siguiente:

Figura 23. Circuito en serie 4

Figura 24-circuito 4, en el simulador

Se procedió a calcular la resistencia equivalente del circuito por medio de la suma total de las resistencias encontradas en este. Con la resistencia equivalente obtenida se obtuvieron los valores de seguridad de corriente y voltaje. Se recopiló la información en la siguiente tabla:

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Tabla 7 - Resistencia, I máx. y V máx. del 4 circuito en serie

Figura 25 -voltaje del circuito 4 primer punto

Figura 26 -voltaje del circuito 4 segundo punto

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Figura 27-voltaje del circuito 4 tercer punto

Figura 28-voltaje del circuito 4 cuarto punto

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Figura 29-voltaje del circuito 4 quinto punto

La información se recopiló en la siguiente tabla Tabla 8 -Corriente y Voltaje en los puntos 1, 2, 3 , 4 y 5

Como se ve en el circuito las corrientes en cada una de las resistencias es igual a 0.53Amperios que es la misma intensidad de la corriente que circula por todo el circuito. Se halla colocando el amperímetro en serie. ●

Experiencia 2

Utilizando el simulador (Figura 5) se arrastraron al área de trabajo resistencias, un Voltímetro, amperímetros, una batería, y cables con el fin de armar circuitos eléctricos con 2,3,4 y 5 resistencias, se calculó la resistencia equivalente de cada circuito con sus respectivos valores de seguridad de corriente y voltaje, luego se procedió a calcular el voltaje y corriente en diferentes puntos del circuito, esta información se recopiló en tablas para cada caso, los circuitos fueron:

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) ➔ Circuito en paralelo 1 Para el primer circuito en paralelo se utilizó 2 resistencias de diferente valor (R1 y R2), con una potencia de 1/4, y el voltaje aplicado fue de 40 V, el circuito fue el siguiente:

Figura 30.- Circuito en paralelo 1

Figura 31.- Circuito en paralelo 1, con dos resistencias

Se procedió a calcular la resistencia equivalente del circuito aplicando la ecuación (2), ya con la resistencia equivalente obtenida, se obtuvieron los valores de seguridad de corriente y voltaje con las ecuaciones (3) y (4), se recopiló la información en la siguiente tabla:

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Tabla 9- Resistencia equivalente y valores de seguridad del circuito 1

Acto siguiente mediante el voltímetro y los amperímetros del simulador se tomaron los datos de corriente y voltaje en diferentes puntos del circuito, la información se recopiló en tablas y lo siguiente fue lo que se obtuvo: Se tomaron los datos de corriente en dos puntos del circuito:

Figura 32- Corriente del circuito 1 en los puntos 1 y 2 Se tomó los datos de voltaje en dos puntos del circuito:

Figura 33- Voltaje del circuito 1 en los puntos 1 y 2

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) La información se recopiló en la siguiente tabla: Tabla 10-Corriente y Voltaje en los puntos 1 y 2

En el circuito 1 en paralelo se puede observar que la corriente cambiaba en cada componente del circuito y esto se debía a que se utilizó las resistencias de diferente valor, además que el voltaje en todo el circuito fue el mismo en cada componente. ➔ Circuito en paralelo 2 Para el primer circuito en paralelo se utilizó 4 resistencias de diferente valor (R1, R2, R3 y R4), con una potencia de 1/4, y el voltaje aplicado fue de 50 V, el circuito fue el siguiente:

Figura 34- Circuito en paralelo 2

Figura 35- Circuito en paralelo 2, en el simulador

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Se procedió a calcular la resistencia equivalente del circuito aplicando la ecuación (2), ya con la resistencia equivalente obtenida, se obtuvieron los valores de seguridad de corriente y voltaje, con las ecuaciones (3) y (4). se recopiló la información en la siguiente tabla: Tabla 11- Resistencia equivalente y valores de seguridad del circuito 2

Acto siguiente mediante el voltímetro y los amperímetros del simulador se tomaron los datos de corriente y voltaje en diferentes puntos del circuito, la información se recopiló en tablas y lo siguiente fue lo que se obtuvo: Se tomaron los datos de corriente en cuatro puntos del circuito:

Figura 36- Corriente del circuito 2 en los cuatro puntos

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Se tomaron los datos de voltaje en cuatro puntos del circuito:

Figura 37- Voltaje del circuito 2 en los cuatro puntos La información se recopiló en la siguiente tabla: Tabla 12-Corriente y Voltaje en los cuatro puntos

En el circuito 2 en paralelo se puede observar que la corriente cambiaba en cada componente del circuito y esto se debía a que se utilizó las resistencias de diferente valor, además que el voltaje en todo el circuito fue el mismo en cada componente. ➔ Circuito en paralelo 3 Para el primer circuito en paralelo se utilizó 3 resistencias de diferente valor (R1, R2 y R3), con una potencia de 1/4, y el voltaje aplicado fue de 48 V, el circuito fue el siguiente:

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Figura 38 Circuito en paralelo 3

Figura 39. Circuito en paralelo 3, en el simulador Se procedi贸 a calcular la resistencia equivalente del circuito aplicando la ecuaci贸n (2), ya con la resistencia equivalente obtenida, se obtuvieron los valores de seguridad de corriente y voltaje, con las ecuaciones (3) y (4) se recopil贸 la informaci贸n en la siguiente tabla:

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Tabla 13- Resistencia equivalente y valores de seguridad del circuito 3

Acto siguiente mediante el voltĂmetro y los amperĂmetros del simulador se tomaron los datos de corriente y voltaje en diferentes puntos del circuito y lo siguiente fue lo que se obtuvo: Se tomaron los datos de corriente en tres puntos del circuito:

Figura 40- Corriente del circuito 3 en los tres puntos Como las resistencias son de diferentes valores, se obtienen diferentes niveles de corriente en cada punto. Se tomaron los datos de voltaje en tres puntos del circuito:

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Figura 41- Voltaje del circuito 3 en los tres puntos Al momento de tomar el voltaje en los tres puntos diferentes, se pudo observar que el voltaje siempre fue el mismo. â&#x17E;&#x201D; Circuito en paralelo 4 Para el primer circuito en paralelo se utilizĂł 5 resistencias de diferente valor (R1, R2, R3, R4 y R5), con una potencia de 1/4, y el voltaje aplicado fue de 70 V, el circuito fue el siguiente:

Figura 42 Circuito en paralelo 4

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Figura 43. Circuito en paralelo 4, en el simulador Se procedió a calcular la resistencia equivalente del circuito aplicando la ecuación (2), ya con la resistencia equivalente obtenida, se obtuvieron los valores de seguridad de corriente y voltaje, con las ecuaciones (3) y (4) se recopiló la información en la siguiente tabla: Tabla 14- Resistencia equivalente y valores de seguridad del circuito 4

Acto siguiente mediante el voltímetro y los amperímetros del simulador se tomaron los datos de corriente y voltaje en diferentes puntos del circuito y lo siguiente fue lo que se obtuvo: Se tomaron los datos de corriente en cinco puntos del circuito:

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Figura 44- Corriente del circuito 4 en los cinco puntos Como las resistencias son de diferentes valores, se obtienen diferentes niveles de corriente en cada punto. Se tomaron los datos de voltaje en cinco puntos del circuito:

Figura 45- Voltaje del circuito 4 en los cinco puntos Al momento de tomar el voltaje en los tres puntos diferentes, se pudo observar que el voltaje siempre fue el mismo En lo expuesto anteriormente, gracias a los resultados obtenidos se pudo deducir que el voltaje

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

En este caso que fueron circuitos en paralelo es el mismo en cada componente, y este corresponde al voltaje de la fuente de alimentación del circuito. La corriente por otro lado en el circuito en paralelo como se observó en los resultados, es diferente en cada componente mientras se use diferentes resistencias la corriente que atraviesa cada componente será distinta, se puede deducir que corriente y resistencia son inversamente proporcionales. Por último, en cada circuito se observó que la resistencia equivalente o resistencia total siempre es menor a la resistencia más pequeña que se utilice en el circuito.

5. CONCLUSIONES ●

●

● ● ● ●

En un circuito en paralelo, el voltaje a través del circuito será el mismo en cada componente, el cual corresponde de la fuente de alimentación que utilice el circuito. La corriente de un circuito en paralelo es diferente en cada componente del circuito, mientras se utilice diferentes valores de resistencias, en otras palabras, corriente y resistencia son inversamente proporcionales. En un circuito paralelo es aquel donde la corriente eléctrica fluye por dos o más caminos, la ventaja de los circuitos en paralelo es que si uno de los caminos se interrumpe no afecta el funcionamiento de los demás. La resistencia equivalente siempre será menor que la resistencia más pequeña utilizada en el circuito. Los circuitos en serie se utilizan en conexiones sencillas en donde la batería se une con una resistencia y luego vuelve a la batería. En el circuito en serie la corriente que fluye por el circuito es la misma en el circuito completo y en cada dispositivo. La suma de las resistencias del circuito en serie, es igual a la resistencia total del circuito.

6. BIBLIOGRAFÍA

● Corrales, H. A., & Hincapié, C. A. O. (2009). Estudio dinámico de un horno de resistencias eléctricas convertido a gas. Scientia et technica, 2(42).

● Cevallos Valdez, C. F. (2016). Estudio para modificar la fuente de calor en una cabina de

pintura, cambio de calentador con quemador a diésel a resistencias eléctricas (Bachelor's thesis, CIENCIAS DE LA INGENIERÍA EINDUSTRIAS FACULTAD: INGENIERÍA AUTOMOTRIZ).

Prรกctica 9

CIRCUITO MIXTO

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

CIRCUITOS MIXTOS Sofía Hernández Tibaduiza (201820371) Cristián Pérez Rodríguez (201820596) Stiven Robayo González (201820646) Danilo Saavedra Cárdenas (201811815) FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS ESCUELA DE FÍSICA UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA Carlos.robayo@uptc.edu.co

1. RESUMEN Se realizaron los respectivos experimentos ingresando al simulador una vez allí se procedió a diseñar tres circuitos mixtos distintos, utilizando diferente número de resistencias, de diferente valor y añadiendo diferentes voltajes, para el primer circuito se realizó con tres resistencias y con un voltaje de 83 V para nuestro segundo circuito de diseño con cuatro resistencias y un voltaje de 50 V y para el tercer circuito este se realizó con 5 resistencias y con un voltaje de 74 V ,se tomaron medidas de corriente y voltaje en diferentes puntos del circuito además para los tres circuitos de cálculo la resistencia equivalente y las normas de seguridad , además de construir los circuitos se realizó una investigación sobre los divisores de corriente y voltaje . 2. INTRODUCCIÓN Un circuito mixto es una combinación de varios elementos conectados tanto en paralelo como enserie, estos pueden colocarse de la manera que sea, siempre y cuando se utilicen los dos diferentes sistemas de elementos. Estos circuitos se pueden reducir resolviendo primero los elementos que se encuentran en serie y luego los que se encuentren en paralelo, para luego calcular y reducir un circuito único y puro.

Figura 1. Circuito Mixto

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Al tener un circuito mixto, se permite tener dos resultados posibles para cada conexiĂłn Si los elementos estĂĄn conectados en serie, el voltaje total serĂĄ la suma algebraica de los voltajes parciales, siempre y cuando la conexiĂłn se realice respetando la conexiĂłn alterna de las polaridades.

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2021; = đ?&#x2018;&#x2030;1 + đ?&#x2018;&#x2030;2 + đ?&#x2018;&#x2030;3 + â&#x2039;Ż + đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x203A;

(1)

Si la conexiĂłn es en paralelo, las tensiones entre nodos serĂĄ siempre la misma:

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2021; = đ?&#x2018;&#x2030;1 = đ?&#x2018;&#x2030;2 = đ?&#x2018;&#x2030;3 = â&#x2039;Ż = đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x203A;

(2)

Entonces, se tiene que para hallar la resistencia equivalente de un circuito mixto se tiene la fĂłrmula:

(3) En donde

(4) La corriente en el circuito es:

đ??ź = đ??ź1 = đ??ź2 + đ??ź3 (5)

que constituye la ley de conservaciĂłn de la carga. Por otra parte, el potencial que suministra la fuente es igual a la suma de los potenciales que consumen los resistores:

(6)

(7) AdemĂĄs de esto, es importante tener en cuenta la ecuaciĂłn de la potencia y la del voltaje mĂĄximo, las cuales son las siguientes P=Imax2*Re (8) Vmax=Imax*Re (9) Donde: P= Potencia Imax=Corriente mĂĄxima Vmax=Voltaje mĂĄximo Re= Resistencia

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Esta práctica de laboratorio nos permite aplicar los diferentes conceptos que se han reunido en las prácticas anteriores, además de poder comparar los resultados obtenidos teóricamente con los experimentales esto para lograr una mejor comprensión de este tema. 3. MÉTODO EXPERIMENTAL El equipo utilizado fue el software que nos da unas condiciones donde podemos simular lo que sería la realidad, colocando diferentes resistencias y demás permitiéndonos armar un circuito El simulador sirve para la construcción de circuitos básicos, donde podemos tomar resistencias, fuentes, y cables e irlos uniendo, a la vez podemos utilizar aparatos de medición como los amperímetros, voltímetros. Las fuentes como las resistencias se pueden variar o cambiar de valor

Figura 2.- Simulador

4. RESULTADO Y ANÁLISIS Utilizando el simulador (Figura 2) se arrastraron al área de trabajo resistencias, un voltímetro, amperímetros, una batería, y cables con el fin de armar circuitos eléctricos mixtos con 3,4 y 5 resistencias, se calculó la resistencia equivalente de cada circuito con sus respectivos valores de seguridad de corriente y voltaje, luego se procedió a calcular el voltaje y corriente en diferentes puntos del circuito, esta información se recopiló en tablas para cada caso, los circuitos mixtos constan de resistencias en paralelo y resistencias en serie, las mallas en paralelo se reducen a una resistencia equivalente en serie que son sumadas con las que se encuentran en serie para obtener una resistencia total. los circuitos fueron:

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ď&#x201A;ˇ Circuito 1: Para el primer circuito mixto se utilizaron 3 resistencias de diferente valor (R1, R2 y R3), con una potencia de 1/4 y el voltaje aplicado fue de 83 V, el circuito fue el siguiente: =13 Ohm =21 Ohm =65 Ohm

Figura 3. Circuito mixto con 3 resistencias

Figura 4. Circuito mixto con 3 resistencias en el simulador

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Los valores de las resistencias utilizadas en el circuito fueron: Tabla1 - Valores de las resistencias del circuito 2 Resistencia (Ohm) R1 13 R2 21 R3 65 Acto siguiente mediante el voltímetro y los amperímetros del simulador se tomaron los datos de corriente y voltaje en diferentes puntos del circuito, la información se recopiló en tablas y lo siguiente fue lo que se obtuvo: Se tomaron los datos de corriente en cinco puntos del circuito:

3 4

Figura5- Corriente del circuito mixto con 3 resistencias

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Se tomaron los datos de voltaje en cinco puntos del circuito:

Figura 6- Voltaje del circuito mixto con 3 resistencias punto 1

Figura 7- Voltaje del circuito mixto con 3 resistencias punto 2

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Figura 8- Voltaje del circuito mixto con 3 resistencias punto 3

Figura 9- Voltaje del circuito mixto con 3 resistencias punto 4

Figura 10- Voltaje del circuito mixto con 3 resistencias punto 5

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La informaciĂłn se recopilĂł en la siguiente tabla: Tabla 2-Corriente y voltaje en los cinco puntos Punto Corriente(A) Voltaje (V) 1 2.87 37.37 2 2.87 45.63 3 2.17 37.37 4 0.70 45.63 5 0.70 45.63

Se adaptĂł la ecuaciĂłn (3) para hallar la resistencia equivalente de este circuito:

Reemplazando valores

đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x17D; =

21â&#x2C6;&#x2014;65 21+65

= 15,87 ohm

đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2019; = 13 + 15.87 = 28.9 đ?&#x2018;&#x153;â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x161; Ya obtenida la resistencia equivalente se puede utilizar para hallar los valores de seguridad. Se procediĂł a utilizar las ecuaciones (5) para hallar los valores de corriente total y voltaje total. Se hallĂł la corriente total:

đ??źđ?&#x2018;&#x2021; = đ??ź1 = đ??ź2 + đ??ź3 đ??źđ?&#x2018;&#x2021; = 2.87 = 2.17 + 0.70 = 2.87A En el caso del voltaje se utilizaron las ecuaciones (6) y (7), para comprobar que cualquiera de estas funciona para hallar el voltaje total de un circuito mixto: V= 2.87*13+(2.17*21 = 65*0.70) =83 VT= 37.31+45.57=83

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Por último, se recopiló la información obtenida en la siguiente tabla: Tabla 3-Valores de seguridad, corriente total y voltaje total del circuito con 3 resistencias Resistencia equivalente (ohm)

Corriente máxima (A)

Voltaje máximo(V)

Corriente total(A)

Voltaje total(V)

28.9

0.09

2.601

0.09

Se pudo observar que, en un circuito mixto para resolverlo hay que aplicar las fórmulas ya conocidas de serie y paralelo, así se va reduciendo paso a paso hasta obtener una única resistencia. En este circuito la corriente sale de la parte inferior de la batería y se divide para viajar a través de R3 y R2, para viajar a través de R1 y finalmente vuelve a la parte superior de la batería. ● Circuito 2: Para el segundo circuito mixto se utilizaron 4 resistencias de diferente valor (R1, R2, R3, R4), con una potencia de 1/4 y el voltaje aplicado fue de 50 V, el circuito fue el siguiente:

=23 Ohm

=50 Ohm

=9 Ohm

=69 Ohm Figura11. Circuito mixto con 4 resistencias

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Figura12 Circuito mixto con 4 resistencias en simulador Los valores de las resistencias utilizadas en el circuito fueron: Tabla 4- Valores de las resistencias del circuito 2

Acto siguiente mediante el voltímetro y los amperímetros del simulador se tomaron los datos de corriente y voltaje en diferentes puntos del circuito, la información se recopiló en tablas y lo siguiente fue lo que se obtuvo: Se tomaron los datos de corriente en cuatro puntos del circuito:

Figura13.- Corriente del circuito mixto con 4 resistencias

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Se tomaron los datos de voltaje en cuatro puntos del circuito

Figura14.- Voltaje del circuito mixto con 4 resistencias La informaci贸n se recopil贸 en la siguiente tabla: Tabla 5-Corriente y voltaje en los cuatro puntos

Se adapt贸 la ecuaci贸n (3) para hallar la resistencia equivalente de este circuito:

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Reemplazando valores:

Ya obtenida la resistencia equivalente se puede utilizar para hallar los valores de seguridad. Se procedió a utilizar las ecuaciones (5) para hallar los valores de corriente total y voltaje total. Se halló la corriente total:

En el caso del voltaje se utilizaron las ecuaciones (6) y (7), para comprobar que cualquiera de estas funciona para hallar el voltaje total de un circuito mixto:

Por último, se recopiló la información obtenida en la siguiente tabla: Tabla 6-Valores de seguridad, corriente total y voltaje total del circuito con 4 resistencias

Se pudo observar gracias a los datos obtenidos que un circuito mixto es la combinación de circuito en serie y paralelo, y se obtuvieron variaciones tanto en su intensidad de

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corriente como en su voltaje, por ejemplo, para hallar la resistencia equivalente primero se halló una resistencia equivalente entre las resistencias en paralelo, ya obtenido se halló la resistencia equivalente total del circuito como si fuera un circuito en serie, además observamos que el voltaje en la parte del circuito en paralelo fue igual, pero cuando pasaba a ser en serie este cambiaba. ● Circuito 3: Para el tercer circuito mixto se utilizaron 5 resistencias de diferente valor (R1, R2, R3, R4, R5), y el voltaje aplicado fue de 74 V, el circuito fue el siguiente:

=16 Ohm

R2=18Ohm =23.5 Ohm

=10 Ohm

Figura 15. Circuito mixto con 5 resistencias

=29.5 Ohm

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Figura16. Circuito mixto con 5 resistencias en simulador

Los valores de las resistencias utilizadas en el circuito fueron: Tabla 7- Valores de las resistencias del circuito

Se procediรณ a tomar los datos de corriente y voltaje en diferentes puntos del circuito, la informaciรณn se recopilรณ en tablas y lo siguiente fue lo que se obtuvo: Se tomaron los datos de corriente en cinco puntos del circuito:

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Figura17.- Corriente del circuito mixto con 5 resistencias Se tomaron los datos de voltaje en cinco puntos del circuito:

Figura18.- voltaje del circuito mixto en la resistencia 1.

Figura19- voltaje del circuito mixto en la resistencia 2.

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Figura 20- voltaje del circuito mixto en la resistencia 3.

Figura 21- voltaje del circuito mixto en la resistencia 4.

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Figura 22- voltaje del circuito mixto en la resistencia 5. La informaciรณn se recopilรณ en la siguiente tabla: Tabla 8-Corriente y voltaje en los cinco puntos

RESISTENCIA (OHMS)

CORRIENTE (A)

VOLTAJE (V)

2,20

35,26

0,93

16,70

O,71

16,70

0,57

16,70

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2,20

22,04

Se adaptรณ la ecuaciรณn () para hallar la resistencia equivalente del circuito, Ademรกs se procediรณ a utilizar las ecuaciones () para hallar los valores de corriente total y voltaje total, todos los resultados se plasmaron en las siguientes tablas: Tabla 9. resistencia equivalente del circuito con 5 resistencias

CIRCUITO EN PARALELO RESISTENCIAS 2,

7,57 OHMS

3 Y 4 CIRCUITO EN SERIE RESISTENCIAS 1,

33,57 OHMS

2, 3,4 Y 5

RESISTENCIA EQUIVALENTE Valor total del Circuito

33,57 OHMS

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Tabla 10, Valores de seguridad del circuito con 5 resistencias

Tabla 11, Corriente total y Voltaje total circuito con 5 resistencias

Corriente Total ( A )

Voltaje Total (V)

4.41 A

74 V

En este circuito se evidencia que las resistencias R2 , R3 , R4 tienen el mismo voltaje y diferente corriente , esto se debe a que se encuentran en paralelo , debido a que este circuito es mixto la resistencia equivalente total es menor a la resistencia de los componentes del circuito gracias a la conductancia que presentan las resistencias en paralelo . ● Divisores de corriente y voltaje un divisor de corriente es un circuito eléctrico que transforma una corriente de entrada en otras 2 corrientes de diferentes más pequeñas a una de las corrientes o intensidades se le suele llamar de salida (ls) el divisor de tensión está formado por dos o más resistencias (o impedancias) puestas en serie, una detrás de otra de modo que el punto de unión de esas dos resistencias nos ofrezca un borne de conexión en el que acceder a un valor medio de la tensión. es decir, dos resistencias en serie soportan más tensión que lo que soporta una sola de

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ellas, cosa está muy obvia que puede usarse para conseguir reducir la tensión de una parte del circuito eléctrico. Un divisor de corriente es un circuito eléctrico que transforma una corriente de entrada en otras 2 corrientes diferentes más pequeñas- a una de las corrientes o intensidades se le suele llamar de salida (ls) El circuito para conseguir esto es un simple circuito de 2 resistencias en paralelo como el que puedes ver en la figura siguiente donde se toma un ejemplo para explicar los divisores de corriente y voltaje.

Figura 23. divisor de corriente fórmulas

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● Ejemplo aplicando directamente las fórmulas del divisor de corriente anteriormente demostrada Se tiene un circuito con dos resistencias en paralelo una de 5 Ohmios y la otra de 20 Ohmios, una fuente de 20 Voltios, en el simulador colocando los medidores de corriente tenemos los valores en los cuales se reparte la corriente total que sale de la fuente. It = 5 Amperios. Con la fórmula se calcula cada una de las intensidades

Circuito para el cálculo de las intensidades

Figura 24. ejemplo de divisor de corriente

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Como se observa la rama que tiene más resistencia circulará menos intensidad por ella siempre, solo en el caso de que fueran las 2 resistencias iguales la intensidad total se dividiría en dos intensidades iguales por cada rama. Cuando tenemos calculada una intensidad, la otra será la resta de la total menos la calculada.

● Divisor de voltaje Si tenemos una fuente con dos o más resistencias se puede calcular el voltaje de forma directa con las siguientes fórmulas:

Figura 25- Circuito

● Ejemplo para Divisor de Voltajes: Se tiene un circuito en serie con tres resistencia

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO) Figura 26 ejemplo divisor de voltaje

En la figura 27 se tiene que la caĂda de potencial en la Resistencia de 5 Ohmios es de 1.85 Voltios

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Figura27 voltaje utilizando el simulador En la Figura 28 siguiente se tiene que la caĂda de potencial en la Resistencia de 10 Ohmios es de 3.70 Voltios

Figura 28 voltaje utilizando el simulador

En la Figura 29 siguiente se tiene que la caĂda de potencial en la Resistencia de 12 Ohmios es de 4.44 Voltios.

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Figura 29 voltaje utilizando el simulador

5. CONCLUSIONES ● Un divisor de corriente es un circuito eléctrico que transforma una corriente de entrada en otras 2 corrientes diferentes más pequeñas- a una de las corrientes o intensidades se le suele llamar de salida (ls) ● Un circuito eléctrico mixto se conoce por las variaciones de su intensidad de corriente y su voltaje, presentando las características de cada una de sus componentes, si son en serie o en paralelo. ● El circuito mixto conserva características tanto del circuito en serie como del paralelo, que se debe reducir la parte que está en paralelo a un circuito en serie para poderlo sumar y hallamos valores de la intensidad, siendo la misma en cada una de las resistencias ● En un circuito mixto la corriente inicial y final es la misma, además esta se distribuye a través de las resistencias y el voltaje varia en la mayoría de puntos en el circuito 6. BIBLIOGRAFÍA ● Corrales, H. A., &amp; Hincapié, C. A. O. (2009). Estudio dinámico de un horno de resistencias eléctricas convertido a gas. Scientia et technica, 2(42). ● Cevallos Valdez, C. F. (2016). Estudio para modificar la fuente de calor en una cabina de pintura, cambio de calentador con quemador a diésel a resistencias eléctricas (Bachelor&#39;s thesis, CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E INDUSTRIAS FACULTAD: INGENIERÍA AUTOMOTRIZ).

Prรกctica 10

CAPACITORES

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CAPACITORES

Sofía Hernández Tibaduiza (201820371) Cristián Pérez Rodríguez (201820596) Stiven Robayo González (201820646) Danilo Saavedra Cárdenas (201811815) FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS ESCUELA DE FÍSICA UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA Carlos.robayo@uptc.edu.co

1. RESUMEN Se realizaron los respectivos experimentos ingresando al simulador uno ; una vez allí se procedió a suministrar 0.2 V al circuito a través de la batería con ayuda del voltímetro, se utilizó placas de 100mm2 de área y estas separadas 2 mm y se procedió realizar cambios de voltaje, para el segundo experimento se suministró 0.65 V , en este caso se realizó cambios en la separación entre las placas , para el tercer experimento también se suministró 0.65 V y se comienzo a hacer cambios en el área de las placas en los 3 distintos experimentos se observó lo ocurrido lo cual está plasmado en las tablas de resultados , una vez realizado los experimentos en el simulador uno se procedió a ingresar al simulador 2 y se procedió a repetir los procedimientos 1,2 y 3 pero esta vez en cada una de las situaciones introduzca entre las placas diferentes materiales dieléctricos además de esto se armó un circuito en serie utilizando 3 capacitores, calculando el valor de la capacitancia equivalente, variando el voltaje en la batería, se midió el voltaje en cada capacitor del circuito y se compruebo que la carga es igual en todos los capacitores ,también se realizó un circuito con 3 capacitores, calculando el valor de la capacitancia equivalente, variando el voltaje en la batería, midiendo el voltaje en cada capacitor del circuito y comprobando que el voltaje es igual en cada capacitor y que la carga es diferente todos los capacitores. 2. INTRODUCCIÓN Un condensador o capacitor, es un dispositivo que tiene la capacidad de almacenar energía en forma de campo eléctrico. Este se conforma de dos armaduras metálicas paralelas que generalmente están hechas de aluminio, y un separador dieléctrico. Un capacitor se rige bajo unas condiciones de capacidad, rigidez dieléctrica, tolerancia, tensión de trabajo y polaridad. Un capacitor está formado por dos conductores separados por un medio material no conductor. Idealmente el capacitor almacena energía eléctrica en forma de campo

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eléctrico entre los conductores. Cada conductor recibe el nombre de electrodo, cuando a uno del electrodo se le agrega una carga eléctrica en el otro se induce la misma cantidad, pero de signo distinto estableciéndose un campo eléctrico. Si se aumenta la carga en el capacitor, la diferencia de potencial entre sus electrodos se incrementa en forma proporcional. La relación entre la carga total Q en uno de sus electrodos y la diferencia de potencial V entre los electrodos es siempre una constante denominada capacidad del elemento. la capacidad C se expresa en faradios. La capacidad de un capacitor depende de la geometría de los conductores que forman las placas del capacitor y del medio material que las separa. 3. MÉTODO EXPERIMENTAL El equipo utilizado fueron dos simuladores, los softwares nos da unas condiciones donde podemos simular lo que sería la realidad, permitiéndonos armar un circuito, El simulador sirve para la construcción de circuitos básicos, donde podemos medir el voltaje, la capacitancia total, la carga encerrada entre otros.

Figura 1. Simulador 1

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Figura 2. Simulador 2 4. RESULTADO Y ANĂ LISIS A continuaciĂłn, se muestran los resultados de cada una de las experiencias con sus respectivas especificaciones, en las cuales se utilizaron los simuladores (Figura 1 y 2) en donde se proporcionaba diferentes herramientas para la construcciĂłn de circuitos elĂŠctricos, como los utilizados en este laboratorio que fueron unas resistencias, voltĂmetro, amperĂmetros, baterĂa, placas y diferentes materiales dielĂŠctricos. â&#x2014;? Experiencia 1 Utilizando el simulador uno (Figura 1) en donde se apreciaba un circuito de un baterĂa conectado a dos placas, que en este caso presentaban un ĂĄrea de 100đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;2, y una separaciĂłn de 2mm, se comenzĂł hacer cambios en el voltaje suministrado, con ayuda del voltĂmetro y anotando los diferentes datos obtenidos, los resultados se comprendieron en una tabla y fueron los siguientes:

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Figura 3. Cambio de voltaje de la experiencia 1 Tabla1- Cambios de voltaje, carga y energía almacenada de la experiencia 1

Se puede observar gracias a los datos obtenidos en la anterior tabla que a medida que se aumentaba el voltaje, la carga de la placa superior y la energía almacenada de la misma forma aumentaban. sabiendo que la separación no cambió y el área tampoco se puede deducir gracias a esto que el voltaje es directamente proporcional a la carga y energía almacenada.

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● Experiencia 2 Utilizando el simulador uno (Figura 1) en donde se apreciaba un circuito de un batería conectado a dos placas, que en este caso presentaban un área de 100mm2, y un voltaje de 0.650 V, se comenzó hacer cambios en la separación de las placas anotando los diferentes datos obtenidos, los resultados se comprendieron en una tabla y fueron los siguientes:

Figura 4. Cambio en la separación de las placas de la experiencia 2

Tabla 2- Cambios en la separación de las placas, capacitancia, carga y energía almacenada de la experiencia 2

Se puede observar gracias a los datos obtenidos en la anterior tabla que a medida que se aumentaba la separación entre las placas, la carga de la placa superior, capacitancia y la energía almacenada disminuían. Sabiendo que el voltaje suministrado no cambió y el

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área tampoco se puede deducir gracias a esto que la carga de la placa superior, capacitancia y energía almacenada son inversamente proporcionales a la distancia de separación de las placas. ● Experiencia 3 Utilizando el simulador uno (Figura 1) en donde se apreciaba un circuito de un batería conectado a dos placas, separadas 6mm y un voltaje de 0.650 V, se comenzó hacer cambios en el área de las placas, anotando los diferentes datos obtenidos, los resultados se comprendieron en una tabla y fueron los siguientes:

Figura 5. Cambio en el área de las placas de la experiencia 3

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Tabla 3. Cambios en el área de la carga, capacitancia, carga y energía almacenada de la experiencia 3

La recopilación de los datos obtenidos en la anterior tabla, teniendo en cuenta que el v voltaje y la separación de las placas no cambia, deja en evidencia que a medida que se aumenta el área de las placas, la carga de la placa superior, capacitancia y la energía almacenada aumentaban, Entonces, se puede deducir gracias a esto que la carga de la placa superior, capacitancia y energía almacenada son directamente proporcionales al área de las placas Por último, se pudo observar un comportamiento cuando se desconectaba la batería del circuito, que fue lo siguiente:

Figura 6. Bateria conectada al circuito

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Figura 7. Batería desconectada al circuito Se pudo observar que al estar conectada la batería a las placas, y estas aumentando o disminuyendo su separación el voltaje no cambia, pero cuando se desconcertaba las placas guardaban el último voltaje obtenido a cierta separación, ya cuando la separación aumentaba entre las placas este voltaje aumentaba, al igual que su energía almacenada, pero en el caso la capacitancia esta disminuye, y la carga de la placa superior se mantenía constante. Por ejemplo el voltaje a una separación de 4mm era de 0,650 v, una capacitancia de 0,22 F, una carga de 0,14 C y una energía almacenada de 0,05 J (Figura 6) , luego se desconectó la batería y se aumentó la separación a 10 mm (Figura 7) y se observó que el voltaje aumento a 1,625 v, la capacitancia disminuye a 0,09 F, la carga se mantuvo constante y la energía almacenada aumentó a 0,12J Experimentalmente se puede comprobar que la carga almacenada en un capacitor es directamente proporcional al voltaje aplicado entre sus terminales. Entonces: Q = C x V (carga = capacidad x voltaje)

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â&#x2014;? Experiencia 4 Utilizando el simulador dos (Figura 2) en donde se apreciaba un circuito de un baterĂa conectado a dos placas, ademĂĄs de materiales dielĂŠctricos, se procediĂł a repetir las experiencias 1,2 y 3 pero en este caso se colocarĂa diferentes materiales dielĂŠctricos entre las placas de cada experiencia, los resultados fueron los siguientes: â?&#x2013;

Experiencia 4.1

Utilizando el simulador dos (Figura 2) en donde se apreciaba un circuito de un baterĂa conectado a dos placas, que en este caso presentaban un ĂĄrea de 100đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;2, una separaciĂłn de 5mm entre las placas y entre ellas el material dielĂŠctrico que corresponde a teflĂłn , se comenzĂł hacer cambios en el voltaje suministrado, con ayuda del voltĂmetro y anotando los diferentes datos obtenidos, los resultados se comprendieron en una tabla y fueron los siguientes:

Figura 8. Experiencia 1 con teflĂłn entre las placas

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Tabla 4. Experiencia 1 utilizando teflĂłn entre las placas

Se puede observar que en este caso como se utilizĂł el material dielĂŠctrico teflĂłn entre las placas, a diferencia del primer caso que no se utilizĂł ningĂşn material, los valores de carga de la placa superior y energĂa almacenada aumentaron cabe suponer debido a este material dielĂŠctrico que estaba entre las placas, esto se debe a que el teflĂłn tiene una constante dielĂŠctrica mayor que la del aire, esta constante es una medida de permisividad estĂĄtica relativa de cierto material. â?&#x2013; Experiencia 4.2 Utilizando el simulador dos (Figura 2) en donde se apreciaba un circuito de un baterĂa conectado a dos placas, que en este caso presentaban un ĂĄrea de 100đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;2, un voltaje de 0.650 V, y papel entre sus placas, se comenzĂł hacer cambios en la separaciĂłn de las placas anotando los diferentes datos obtenidos, los resultados se comprendieron en una tabla y fueron los siguientes:

Figura 9. Experiencia 2 con papel entre las placas

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Tabla 5. Experiencia 2 utilizando papel entre las placas

Se puede observar que en este caso como se utilizó el material dieléctrico papel entre las placas, a diferencia del segundo caso que no se utilizó ningún material, los valores de carga de la placa superior, capacitancia y energía almacenada aumentaron cabe suponer debido a este material dieléctrico que estaba entre las placas, esto se debe a que el papel tiene una constante dieléctrica mayor que la del aire, esta constante es una medida de permisividad estática relativa de cierto material.  Experiencia 4.3 Utilizando el simulador dos (Figura 2) en donde se apreciaba un circuito de un batería conectado con un voltaje de 0.650 V, una separación de 6mm y vidrio entre sus placas, se comenzó hacer cambios en el área de las placas anotando los diferentes datos obtenidos, los resultados se comprendieron en una tabla y fueron los siguientes:

Figura 10. Experiencia 2 con vidrio entre las placas

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Tabla 5. Experiencia 3 utilizando vidrio entre las placas

Con estos resultados se pudo observar que, a comparación de la primera experiencia, los resultados fueron mayores, ya que se utilizó un material dieléctrico como el vidrio, pero los valores siguen siendo directamente proporcionales. ● Experiencia 5 Utilizando el simulador (Figura 2) se procedió a armar un circuito en serie utilizando tres capacitadores con voltajes distintos.

Figura 11. Simulador con tres capacitadores.

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Tabla 6. Valores de cada capacitor y voltaje utilizado de la batería.

VOLTAJE DE LA BATERÍA

1,5V

1,40 X〖10^(-13) F

1,50 X 10^(-13) F

1,30 X 10^(-13) F

Luego hallamos la capacitancia equivalente para el circuito en serie.

Figura 12 voltaje Batería

FISICA III (ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO)

Figura 13 voltaje Batería

Figura 14 voltaje Batería

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Los datos Obtenidos se plasmaron en la siguiente tabla Tabla7. Capacitancia equivalente, utilizando 4 voltajes diferentes de la batería.

VOLTAJE DE LA BATERÍA (V)

1,5V

0,808V

0,279V

0,319V

CAPACITANCIA EQUIVALENTE (Ce) 2,150183X10^13F

2,150183X10^13F

Como se observa en la tabla 7 se utilizan cuatro diferentes voltajes para la batería, al hallar la capacitancia equivalente se evidencia que esta es igual para cualquier voltaje. A continuación, se observa en las Figuras 15,16,17 y la tabla 8, el voltaje de cada capacitador.

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Figura 15 Voltaje Capacitor 1

Figura 16 Voltaje Capacitor 2

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Figura 17 Voltaje Capacitor 3

Tabla 8. Voltaje de cada capacitador

CAPACITADOR

VOLTAJE

0,106V

0,099V

0,114V

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En la siguiente tabla podemos observar la cantidad de carga eléctrica almacenada en cada capacitador. Tabla 9. Carga total de todos los capacitores

CARGA

1,48 X 10^(-14) F

Se puede observar gracias a los datos obtenidos que la capacitancia equivalente en un circuito en serie es igual sin importar el voltaje que se le dé a la fuente de energía, que el voltaje del capacitor de mayor valor será menor que el voltaje del capacitor menor valor cuyo voltaje será mayor. Por último, se comprobó que la cantidad de energía almacenada es igual para cada capacitor debido a que solo poseen una fuente de energía. ● Experiencia 6 Se armó el circuito con tres capacitores con una distancia igual cada uno de ellos y el área de la placa son iguales, Se toma inicialmente un voltaje de 0.54 Voltios de la fuente y se toma el voltaje en cada uno de los capacitores, donde nos da que los voltajes son iguales en los tres capacitores.

figura 18. voltaje en el primer capacitor

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Figura 19. voltaje en el segundo capacitor

Figura 20. voltaje en el tercer capacitor

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Tabla10. voltaje en cada uno capacitador

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Figura 21. Voltaje 1.02 Volt para el mismo arreglo y el mismo diseĂąo de los capacitores.

Figura22. voltaje de 1.02 volt para el segundo capacitor

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figura23. voltaje de 1.02 volt para el tercer capacitor podemos concluir que tenemos que los valores de la carga total y la capacitancia total no variaron en cada uno de los circuitos con la misma forma o diseĂąo de los capacitores. La caĂda de voltaje en cada uno de los capacitores es la misma.

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para ese diseño la carga de cada uno de los capacitores es igual debido a que el diseño del capacitor es el mismo, la distancia entre las placas es la misma, el área de cada una de las placas es la misma 5. CONCLUSIONES ● La capacitancia equivalente en un circuito en serie es igual sin importar el voltaje que se le dé a la fuente de energía. ● El capacitor es un dispositivo que almacena energía en un campo electrostático. La propiedad para almacenar energía eléctrica es una característica importante del dispositivo eléctrico llamado Capacitor. ● La capacitancia equivalente de una combinación en paralelo es igual a la suma de las capacitancias individuales. ● Los capacitores en serie, la suma de sus voltajes es equivalente al voltaje de la fuerza generadora y las cargas totales de los circuitos en serie y paralelo de cada capacitor es casi igual o se acerca al valor de la capacitancia

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6. BIBLIOGRAFÍA ● Corrales, H. A., & amp; Hincapié, C. A. O. (2009). Estudio dinámico de un horno de resistencias eléctricas convertido a gas. Scientia et technica, 2(42). ●

Cevallos Valdez, C. F. (2016). Estudio para modificar la fuente de calor en una cabina de pintura, cambio de calentador con quemador a diesel a resistencias eléctricas (Bachelor &#39;s thesis, CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E INDUSTRIAS FACULTAD: INGENIERÍA AUTOMOTRIZ).