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PRCTICA 1CARGA ELCTRICA Y FORMAS DE ELECTRIZACINA. OBJETIVO GENERAL. El alumno ser capaz de determinar la trasferencia de carga que puede ocurrir entre dos objetos. B. OBJETIVOS ESPECFICOS. El alumno ser capaz de: a) b) c) d) e) Cargar elctricamente cuerpos por: friccin, contacto e induccin. Descargar elctricamente cuerpos por conduccin e ionizacin. Explicar algunos de los fenmenos relacionados con la carga elctrica. Determinar la polaridad de un cuerpo cargado. Medir la carga contenida en una esfera.

C. ANTECEDENTES. Previo a la realizacin de la prctica, el estudiante deber investigar acerca de los siguientes temas: a) Cuantizacin de la carga. b) Carga elemental. c) Conservacin de la carga. d) Definicin de carga elctrica. D. MATERIAL NECESARIO. a) Electrmetro con accesorios. b) Separadores de carga. c) Esferas conductoras con soporte aislante. d) Electroscopio. e) Barras: vidrio, ebonita, plstico, madera y hierro. f) Multmetro con opcin para medicin de capacitancia. g) Maquina de Wimshurst con accesorios. h) Frotadores: piel, seda, plstico y franela. i) Encendedor. j) Esfera conductora de 38 mm de dimetro.

e a Figura 1.1

h Figura 1.2

b

2

g)

d )

c ) Figura 1.3

f ) Figura 1.4

E. DESARROLLO. El profesor dar las instrucciones necesarias y suficientes para el manejo y utilizacin correcta de los materiales y equipos. a) Con ayuda del profesor, conecte las puntas de prueba del electrmetro a la jaula de Faraday como se indica en la figura 1.1. Cercirese de que antes de su uso, el sistema se encuentre descargado, el electrmetro se encuentre en el mximo rango y ajustado en 0 V. 1. PROCESOS DE CARGA. a) Frote cada una de las barras disponibles con los diferentes frotadores y acerque cada una de stas a la jaula de Faraday como se indica en la figura 1.5, anotando sus observaciones en la siguiente tabla.

Frotador Seda Piel Piel Plstico Franela

Barra Signo Vidrio Ebonita Plstico Madera Hierro

Tabla 1.1 Figura 1.5 Pregunta 1 Cules barras adquirieron carga positiva? Cules carga negativa? y Cules no se cargaron? _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________

3 Pregunta 2 Por qu ocurri esto? Explique. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ b) Frote entre s los separadores de carga y acrquelos a la jaula de Faraday, uno a la vez, en la misma posicin y a la misma altura, anotando la lectura del electrmetro. Pregunta 3 Durante el proceso de friccin, se crea la carga elctrica? Explquelo en base al experimento anterior. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ c) Frote entre s los separadores de carga y acrquelos a la jaula de Faraday en la misma posicin, frente a frente (muy prximos entre s pero sin contacto entre ellos), anotando la lectura del electrmetro. Figura 1.6.

Figura 1.6 Pregunta 4 Qu concluye de la experiencia anterior? _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ d) Mediante una barra previamente cargada, toque una de las esferas conductoras con soporte aislante y acerque sta a la jaula de Faraday. Pregunta 5. Qu tipo de carga adquiere la esfera conductora? Qu fue lo que ocurri? _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ e) Frote la barra de plstico contra un trozo de piel y acerque sta a las esferas conductoras que se encuentran en contacto entre s como se muestra en la figura 1.7, enseguida separe las esferas en presencia de la barra y luego acerque cada una de ellas (una a la vez), a la jaula de Faraday.

4

Figura 1.7 f) Represente mediante un dibujo lo que ocurri en el experimento anterior. Pregunta 6 Qu concluye de la experiencia anterior? _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ g) Usando el mtodo de carga por induccin, cargue una de las esferas con polaridad positiva. Mediante un dibujo, indique y explique cmo lo logr? 2. PROCESOS DE DESCARGA. a) Mediante la barra de plstico frotada contra un trozo de piel, cargue el electroscopio, enseguida descargue ste mediante el mtodo de conduccin (mediante un cable a tierra o tocndolo con la mano). b) Repita la actividad anterior y descargue ahora el electroscopio mediante el mtodo de ionizacin (aproximando la flama del encendedor o cerillo a la pieza metlica de la parte superior del electroscopio). Pregunta 7 Haciendo referencia a la experiencia anterior, explique Cmo ocurren los procesos de descarga por conduccin y por ionizacin? _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ 3. MEDICIN DE LA CARGA. a) Con ayuda del profesor, mida la capacitancia combinada del electrmetro y de la jaula de Faraday, tomando nota de la capacitancia medida. b) Cargue la esfera conductora con hilo de nylon (de 38 mm de dimetro), y soportndola de ste, transfiera la carga de la esfera a la jaula de Faraday, tal y como se indica en la figura 1.8. Anote la lectura del electrmetro.

5

Figura 1.8 Pregunta 8 Cmo determinara la carga en la esfera? _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ Pregunta 9 Cul es la carga que contena la esfera? _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ Pregunta 10 Qu exceso o defecto de electrones contena la esfera? _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ 4. EXPERIMENTOS ELECTROSTTICOS. a) Accione la mquina de Winshurst y determine la polaridad de cada uno de los electrodos esfricos de la mquina. Pregunta 11 Qu polaridad tiene cada uno de los electrodos? Cmo la determin? _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ b) Con ayuda del profesor, conecte cada uno de los accesorios disponibles para la mquina de Winshurst como se muestra en la figura 1.9.

Figura 1.9

6 Pregunta 12 Qu es lo que ocurri en cada uno de los accesorios utilizados? Explique. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ F. CONCLUSIONES. En base a los objetivos planteados y a los experimentos realizados exprese sus conclusiones y comentarios. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ G. APLICACIONES. Algunas de las aplicaciones de la electrosttica las encontramos en los precipitadores electrostticos para el control de la contaminacin ambiental, as como en los procesos de pintura mediante efectos electrostticos. H. BIBLIOGRAFIA. . Fsica universitaria, volumen 2, undcima edicin, Sears, Semansky, Young y Freedman, Addison Wesley, 2004. . La naturaleza de las cosas, volumen 2, Susan M. Lea, John Robert Burke, Thomson editores, 1999. . Artculos relacionados (Internet).

7

PRCTICA 2LEY DE COULOMB A. OBJETIVO GENERAL.El alumno ser capaz de medir la fuerza de origen elctrico que se produce debido a la interaccin de dos esferas cargadas.

B. OBJETIVOS ESPECFICOS.El alumno: a) Conocer las partes componentes, operacin, manejo y caractersticas del modelo de balanza de torsin utilizado y los principales ajustes. b) Determinar la relacin entre la fuerza y la distancia de separacin entre dos esferas cargadas elctricamente. c) Determinar la relacin entre la fuerza y la cantidad de carga contenida en las esferas. d) Determinar la permitividad elctrica del aire en el lugar y en el momento de realizar el experimento.

C. ANTECEDENTES.Previo a la realizacin de la prctica, el alumno: a) Realizar una investigacin en Internet acerca de los experimentos que realiz Coulomb, as como de los materiales que utiliz y de las conclusiones que obtuvo. b) Investigar acerca de los conceptos de carga puntual, permitividad elctrica y ley de Coulomb.

D. MATERIAL NECESARIO.a) Balanza de torsin con accesorios. b) Electrmetro con la jaula de Faraday. c) Barra de plstico y piel de conejo.

a

b

Figura 2.1

Figura 2.2

8

E. DESARROLLO.El profesor indicar cuales son las especificaciones de los componentes y como realizar los ajustes necesarios para utilizar correctamente el modelo de balanza de torsin disponible en el laboratorio, as como de su forma de operacin.

rFigura 2.2 Figura 2.3 Pregunta 1 Cules son las partes ms importantes del modelo de la balanza de torsin que se les proporcion? Indique sus caractersticas. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ Pregunta 2 Cules son los ajustes que hay que realizar para que el equipo est en condiciones de ser utilizado para iniciar una serie de mediciones? _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ 1. RELACIN ENTRE LA FUERZA ELCTRICA Y EL INVERSO DEL CUADRADO DE LA DISTANCIA. a) A partir de una separacin (r) de 4.0 cm entre centros de las esferas tal y como se indica en la figura 2.3, suministre a stas la misma cantidad de carga y del mismo signo.

9

Figura 2.4

Figura 2.5

Las Figuras 2.4 y 2.5, nos muestran el efecto de repulsin entre las esferas cuando se suministra a stas cargas del mismo signo. b) A continuacin registre en la tabla 2.1, las mediciones que se sugieren; para cada medicin, gire el cabezal de torsin de la balanza hasta hacer coincidir nuevamente la marca que se encuentra en la placa que sirve al mismo tiempo como contrapeso y como aleta de amortiguamiento, con la marca en el soporte fijo en la balanza, tal y como se muestra en la figura 2.2, (tome en cuenta que F = Dx y D = 1x10-6 N/grado). r x10-2 (m) 4 5 6 7 8 9 10 11 12 F x10-6 (N) r2 x10-4 (m2) (1/ r2) x104 (m-2)

(grados)

Tabla 2.1. Programa de mediciones c) Al trmino de la serie de mediciones, tal y como lo realiz en la prctica 1, mida y anote la carga contenida en cada esfera. d) Haga una grfica acotada de fuerza elctrica (variable dependiente) contra el inverso del cuadrado de la distancia (variable independiente).

Pregunta 3

10 A partir de la grfica obtenida, qu afirmacin(es) o comentario(s) puede hacer? Exprselo en forma verbal, y de ser posible de manera simblica. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ 2. RELACIN ENTRE LA FUERZA ELCTRICA Y LAS CARGAS EN LAS ESFERAS. a) Para una distancia de 4.0 cm entre centros de esferas, suministre a stas, la misma cantidad de carga y mida la fuerza elctrica de repulsin entre ellas. b) La carga en las esferas, puede reducirse poniendo en contacto la esfera conductora con hilo de nylon descargada con cualquiera de las esferas de la balanza, dado que el dimetro de stas es el mismo, la carga se divide exactamente a la mitad de la carga que se encontraba presente en la esfera antes del contacto; mediante este procedimiento, reduzca paulatinamente la carga en las esferas de la balanza midiendo cada vez la fuerza de repulsin entre ellas, registre sus mediciones en la tabla 2.2. q1 (C) q2 (C) q1q2 ( C2 ) F x10-6 (N)

(grados)

Tabla 2.2 c) Haga una grfica acotada de la fuerza elctrica (variable dependiente) contra el producto de las cargas ( q1q2 ) como variable independiente. Pregunta 4 A partir de la grfica obtenida, qu afirmacin(es) o comentario(s) puede hacer? Exprselo en forma verbal, y de ser posible de manera simblica. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ 3. ANLISIS ESTADSTICO DE DATOS. a) Mediante el mtodo de mnimos cuadrados o de pares de puntos, encuentre la pendiente de la mejor recta que se ajusta con los resultados que se encuentran en la tabla 2.1.

Pregunta 5 A partir de la pendiente obtenida y de la carga medida en las esferas, Cmo podra determinar la permitividad elctrica del aire? Explquelo.

11 _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ Pregunta 6 Con los resultados obtenidos y mediante la respuesta a la pregunta anterior, Cul es el valor que encuentra para la permitividad del aire en el lugar en que realiz el experimento? _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ F. CONCLUSIONES. En base a los objetivos planteados y a los experimentos realizados exprese sus conclusiones y comentarios. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________

G. APLICACIONES.El concepto de interaccin elctrica implcito en la ley de Coulomb, nos permite comprender las aplicaciones de la electrosttica.

H. BIBLIOGRAFA.. Fsica universitaria, volumen 2, undcima edicin, Sears, Semansky, Young y Freedman, Addison Wesley, 2004. . Artculos relacionados (Internet).

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PRCTICA 3CAMPO ELCTRICOA. OBJETIVO GENERAL. El alumno ser capaz de interpretar mapas de campo elctrico debido a electrodos de diferentes formas cargados electrostticamente dispuestos en distintos arreglos. B. OBJETIVOS ESPECFICOS. El alumno ser capaz de: a) Comprobar algunas caractersticas de las lneas de campo elctrico. b) Representar los mapas de campo elctrico debido a diferentes distribuciones de carga. c) Verificar que el campo elctrico en el interior de un conductor cargado es nulo. C. ANTECEDENTES. Previo a la realizacin de la prctica, el estudiante deber investigar acerca de los siguientes temas: a) Campo elctrico. b) Polarizacin elctrica. c) Lneas de campo elctrico y mapas de campo elctrico. D. MATERIAL NECESARIO. a) b) c) d) Recipiente de vidrio o de material plstico. Aceite. Fibras de material sinttico. Electrodos de diferentes formas: dos esfricos, dos placas planas, dos cilndricos con diferente dimetro, un par de electrodos de forma irregular y un alambre de 10.0 cm de longitud. e) Fuente de alto voltaje o Mquina de Wimshurst. f) Cables para conexin.

e

Figura 3.1

b

d

a

c

13 Figura 3.2 Figura 3.3

E. DESARROLLO. El profesor informar sobre las caractersticas de la(s) fuente(s) de voltaje disponible(s) para el desarrollo de esta prctica, enfatizando sobre las precauciones que debern observar al hacer uso de sta(s), as como las instrucciones necesarias para utilizar el equipo. Pregunta 1 Cules son las caractersticas de la fuente de voltaje que se les proporcion para la prctica? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 2 Qu precauciones se deben tener al utilizar la fuente? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 1. MAPAS DE CAMPO ELCTRICO. a) Vierta en el interior de la cubeta aceite suficiente hasta obtener una lmina de aproximadamente 1.0 cm de espesor. b) Esparza sobre el aceite fibras de material sinttico agitando el contenido hasta obtener una distribucin uniforme. c) Conecte los electrodos a la fuente disponible como se muestra en la Figura 3.4 y obtenga los mapas de campo elctrico para los siguientes arreglos: Campo radial esfrico. Campo de un dipolo. Campo entre dos electrodos planos. Campo entre dos cilindros concntricos. Campo entre un electrodo plano y un esfrico. Campo debido a un electrodo irregular. Campo debido a un arreglo arbitrario de electrodos. Campo elctrico debido a una lnea de carga. Figura 3.4 RECOMENDACIN. Antes de realizar sus observaciones, lea cuidadosamente cada una de las actividades y preguntas que se formulan a continuacin. d) Dibuje el mapa de campo correspondiente indicando la polaridad de los electrodos as como la orientacin de las lneas de campo elctrico.

14 e) Observe la relacin (ngulo) entre cualquier lnea de campo con respecto a la superficie que contiene carga.

Pregunta 3 Por qu las fibras de material sinttico en el aceite se orientan de tal manera que nos es posible observar la configuracin del campo? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 4 En qu caso(s) y en qu regin(es) encontr que las fibras de material sinttico no sufrieron ninguna interaccin a pesar de que los electrodos se encontraban energizados? Qu significa esto? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 5 En qu regin o regiones encontr una mayor densidad de lneas de campo elctrico? Qu significa esto? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 6 Cmo anulara en una regin el campo elctrico sin descargar los electrodos? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 7 De acuerdo con los mapas de campo obtenido, Qu podra sealar como caractersticas para las lneas de campo elctrico? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ H. F. CONCLUSIONES. En base a los objetivos planteados y a los experimentos realizados exprese sus conclusiones y comentarios. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

15 I. G. APLICACIONES. Comprendiendo las caractersticas de las lneas de campo elctrico, es posible construir los mapas de campo elctrico debido a cualquier distribucin de carga. H. BIBLIOGRAFA. . Fsica universitaria, volumen 2, undcima edicin, Sears, Semansky, Young y Freedman, Addison Wesley, 2004. . Fsica conceptual, novena edicin, Paul G. Hewitt, Addison Wesley Iberoamericana, 2002.

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PRCTICA 4MULTMETROA. OBJETIVO GENERAL. El alumno ser capaz de utilizar el multmetro en sus diferentes funciones y rangos B. OBJETIVOS ESPECFICOS. a) El estudiante establecer procedimientos para utilizar el multmetro como: Ohmetro, Vlmetro y Amprmetro. C. ANTECEDENTES. Previo a la realizacin de la prctica, el estudiante deber investigar acerca de los siguientes temas: a) Diferencia de potencial. b) Resistencia. c) Corriente. D. MATERIAL. a) b) c) d) e) f) g) h) i) Multmetro y manual del usuario (propiedad del alumno). Resistores de diferentes valores y tipos. Fuente de voltaje de corriente directa variable de 0 a 24 V. Pilas de diferentes tipos y valores nominales. Fusibles de varios tipos (algunos en buen estado y otros abiertos). Focos de diferente voltaje y potencia. Cables para conexin. Bases para conexin. Cargadores y/o eliminador de bateras.

c a

b d h b i e

Figura 4.1

Figura 4.2

17

E. DESARROLLO. 1. USO DEL MULTMETRO COMO OHMETRO. a) Elabore un procedimiento para utilizar correctamente el multmetro como ohmetro, auxliese con el manual del usuario y en caso de duda, solicite la asesora del profesor. b) Mida la resistencia elctrica de tres resistores y complete la siguiente tabla.

Resistor R1 R2 R3

Valor medido

Valor nominal

Pregunta 1 Los valores medidos estn dentro del rango de tolerancia que se especfica? Explique. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ c) Cheque el estado de los fusibles y de los focos que se le proporcionaron. Pregunta 2 Cmo se enter del estado de stos elementos? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 3 Qu precauciones recomendara para utilizar adecuadamente el multmetro como ohmetro? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 2. USO DEL MULTMETRO COMO VLTMETRO DE CORRIENTE DIRECTA. a) Elabore un procedimiento para utilizar correctamente el multmetro como vltmetro de corriente directa, auxliese con el manual del usuario y en caso de duda, solicite la asesora del profesor. b) Mida la diferencia de potencial en las terminales de las pilas y de las fuentes de energa que se le proporcionaron y complete la siguiente tabla. Fuente de energa Valor medido Valor nominal

18 Pila 1 Pila 2 Fuente de voltaje variable Eliminador de bateras Pregunta 4 Los valores medidos Corresponden aproximadamente con los valores nominales?, en caso de encontrar diferencias notables, explquelo. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 5 Qu recomendaciones sugiere para utilizar correctamente el multmetro como vltmetro de corriente directa? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 3. USO DEL MULTMETRO COMO VLMETRO DE CORRIENTE ALTERNA. a) Elabore un procedimiento para utilizar correctamente el multmetro como vltmetro de corriente alterna, auxliese con el manual del usuario y en caso de duda, solicite la asesora del profesor. b) Mida la diferencia de potencial en el contacto disponible para la toma de energa elctrica y en los bornes de la fuente de energa de voltaje variable de corriente alterna y complete la siguiente tabla. Fuente de energa Valor medido Valor nominal Contacto Fuente de C.A. Pregunta 6 Los valores medidos corresponden aproximadamente con los valores nominales?, en caso de encontrar diferencias notables explquelo. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 7 Qu recomendaciones sugiere para utilizar correctamente el multmetro como vltmetro de corriente alterna? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 4. USO DEL MULTMETRO COMO AMPERMETRO DE CORRIENTE DIRECTA.

19 a) Elabore un procedimiento para utilizar correctamente el multmetro como ampermetro o miliampermetro de corriente directa, auxliese con el manual del usuario y en caso de duda, solicite la asesora del profesor. b) Alambre un circuito simple como se indica en la figura 4.3, que contenga un resistor (cuya resistencia haya medido en el punto 1 de esta prctica), un ampermetro y una fuente de corriente directa de voltaje variable.

A + R

Figura 4.3 Figura 4.3 c) Mida la diferencia de potencial aplicada a las terminales del resistor y calcule la corriente que circular a travs del circuito ( I = V/R). d) Mida la corriente que circula a travs del resistor y compare el valor calculado con el valor medido. Pregunta 8 Qu concluye de esta experiencia? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ I. CONCLUSIONES. En base a los objetivos planteados y a los experimentos realizados exprese sus conclusiones y comentarios. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ J. APLICACIONES. El multmetro es un instrumento muy til de uso amplio que permite conocer las condiciones de funcionamiento de cada uno de los elementos que se integran en los circuitos elctricos y electrnicos.

20

H. BIBLIOGRAFA. . Manual del usuario. . Fsica universitaria, volumen 2, undcima edicin, Sears, Semansky, Young y Freedman, Addison Wesley, 2004.

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PRCTICA 5POTENCIALA. OBJETIVO GENERAL. El alumno ser capaz de determinar equipotenciales debido a diferentes electrodos cargados elctricamente. B. OBJETIVOS ESPECFICOS. El alumno ser capaz de: a) Explorar y encontrar alrededor de los electrodos, puntos de igual potencial elctrico y las equipotenciales correspondientes. b) Comprobar que el interior de un cuerpo cargado constituye un volumen equipotencial. c) Comprobar algunas caractersticas de las lneas equipotenciales. d) Comprobar el concepto de gradiente de potencial. C. ANTECEDENTES. Previo a la realizacin de la prctica, el estudiante deber investigar acerca de los siguientes temas: a) b) c) d) Potencial elctrico. Diferencia de potencial. Equipotencial. Gradiente de potencial.

D. MATERIAL NECESARIO. a) b) c) d) Recipiente con arena de mar. Par de electrodos planos. Par de electrodos cilndricos. Fuente de voltaje de corriente directa variable de 0-24 V. e) Vltmetro con sus terminales. f) Cables para conexin. g) Regla de plstico o madera.

d b e aFigura 5.1

c g

E. DESARROLLO. El profesor dar las instrucciones necesarias y suficientes para el manejo y utilizacin correcta de los materiales y equipos. 1. DETERMINACIN DE POTENCIALES.

22 a) En una charola de plstico con arena de mar humedecida, enterrar las placas planas de tal manera que queden paralelas entre si con una separacin de doce centmetros como se muestra en la figura 5.2, luego conctelas a la fuente de voltaje, una de ellas al terminal positivo de la fuente y la otra al terminal negativo. Ajuste la salida de la fuente a 12 V.

Figura 5.2 b) Haga una representacin del mapa de campo para este par de electrodos, tal y como lo hizo en la prctica de campo elctrico.

Mapa de campo elctrico entre dos alambres paralelos c) Conecte la terminal comn del vltmetro al borne negativo de la fuente y asgnelo como electrodo de referencia con potencial 0 V. El multmetro debe estar dispuesto para medir diferencia de potencial en corriente directa en un rango adecuado a la salida de voltaje de la fuente. d) Con la punta de prueba positiva del multmetro cheque el potencial en diferentes puntos de ambas placas. Pregunta 1 Se pueden considerar estas placas como superficies equipotenciales? Explique su respuesta. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

23 e) Mediante la punta conectada al positivo del vltmetro, explore entre las placas y realice una toma de datos del voltaje para las distancias indicadas en la siguiente tabla, anotando en sta las lecturas de los potenciales encontrados.

Distancia Potencial (m) 0.03 0.06 0.09 (V)

Pregunta 2 Cmo cambia el potencial con la distancia? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ f) Localice las equipotenciales de 3 V, 6 V y 9 V. Pregunta 3 Cmo determin las lneas equipotenciales? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ g) En el mapa de campo, represente las equipotenciales encontradas. Pregunta 4 Qu ngulo hay entre las superficies equipotenciales y las lneas de campo elctrico? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ h) Proceda de manera similar con los electrodos cilndricos colocndolos en la arena de manera concntrica, colocando entre ellos la pelcula de plstico que sirve como auxiliar para la toma de datos. Figura 5.3.

Figura 5.3

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i) Repita para este caso, las actividades y preguntas que se indican entre los incisos b y e, enseguida complete la siguiente tabla.

Distancia Potencial (m) (V) 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 2. GRADIENTE DE POTENCIAL. a) Entierre la punta negativa de la terminal conectada al comn del vltmetro, en un punto cualquiera entre los electrodos analizados anteriormente y explore con la punta conectada al borne positivo del vltmetro, en los puntos que se encuentran sobre un circulo de un centmetro de radio, para cada punto explorado tome la lectura del potencial. Figura 5.4.

Figura 5.4 b) Haga un dibujo que contenga la localizacin de los electrodos y la punta del terminal negativo as como tambin el mapa de campo.

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Mapa de campo elctrico entre dos electrodos cilndricos c) Indique en el dibujo los puntos explorados y las lecturas de las diferencias de potencial encontradas. Pregunta 5 En qu direccin con respecto al campo, se obtuvo el mximo incremento de potencial? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ F. CONCLUSIONES. En base a los objetivos planteados y a los experimentos realizados exprese sus conclusiones y comentarios. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ G. APLICACIONES. Algunas de las aplicaciones de las experiencias realizadas con estos conceptos las podemos encontrar en el diseo de redes de tierra, en la definicin de normas de seguridad, en los mtodos elctricos para la exploracin de recursos acuferos y minerales, etc. H. BIBLIOGRAFA. . Fsica universitaria, volumen 2, undcima edicin, Sears, Semansky, Young y Freedman, Addison Wesley, 2004.

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PRCTICA 6PROPIEDADES DE LOS AISLANTESD. OBJETIVO GENERAL. El alumno ser capaz de determinar algunas propiedades de los materiales dielctricos. E. OBJETIVOS ESPECFICOS. El alumno ser capaz de: a) Determinar la rigidez dielctrica del aire. b) Determinar la constante dielctrica de algunas muestras de materiales aislantes. F. ANTECEDENTES. Previo a la realizacin de la prctica, el estudiante deber investigar acerca de los siguientes temas: a) b) c) d) e) Rigidez dielctrica. Constante dielctrica. Campo elctrico y diferencia de potencial entre placas de un capacitor. Capacitancia de un capacitor. Fenmeno del rayo (buscar en Internet).

D. MATERIAL NECESARIO. a) b) c) d) e) Fuente de voltaje variable de corriente directa de 0-6 KV. Dos modelos de capacitores variables de placas paralelas. Un multmetro con funcin de medicin de capacitancia. Muestras de materiales aislantes: madera, cartn, vidrio y policarbonato. Cables para conexin.

b a d

Figura 6.1

Figura 6.2

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E. DESARROLLO. El profesor dar las instrucciones necesarias y suficientes para el manejo y utilizacin correcta de los materiales y equipos. 1. DETERMINACIN DE LA RIGIDEZ DIELCTRICA DEL AIRE. a) Conecte la fuente de voltaje de (0 6) KV a las terminales del capacitor variable de placas paralelas, como se muestra en la figura 6.3. PRECAUCIN. Cercirese que la fuente est apagada y con el control de voltaje hasta el tope en sentido antihorario, en 0 V. b) Utilizando el vernier que se encuentra en la parte superior que sujeta la placa mvil, ajuste la separacin entre placas a 0.5 mm. Figura 6.4.

Figura 6.3

Figura 6.4

c) Energice la fuente e incremente gradualmente la diferencia de potencial en las placas del capacitor hasta que ocurra la ruptura del dielctrico (aire) entre las placas. PRECAUCIN. Mientras la fuente est energizada, no toque los cables ni las partes metlicas del dispositivo. d) Tome nota de la lectura de la diferencia de potencial a la cual ocurre la ruptura y complete la siguiente tabla. Voltaje Distancia entre placas (V) x10-3 m 0.5 1.0 1.5

28 2.0 Tabla 6.1 Pregunta 1 Cmo se define la rigidez dielctrica de un dielctrico? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 2 Cmo determinara la magnitud del campo elctrico al cual ocurre la ruptura? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ e) Con los valores registrados en la tabla 6.1 haga una grfica de voltaje contra distancia. V

d Pregunta 3 Qu concluye de la grfica anterior? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ f) Determine la pendiente de la mejor recta que se ajusta a los datos obtenidos. Pregunta 4 Cul es el valor promedio de la rigidez dielctrica del aire? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 5 Cmo ocurre ste fenmeno? Explquelo desde un punto de vista microscpico. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 6 Qu diferencia de potencial se requiere para que se genere un arco elctrico entre dos electrodos en el aire separados un metro de distancia? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

29 2. DETERMINACIN DE LA CONSTANTE DIELCTRICA. a) Utilizando el capacitor variable de placas paralelas, introduzca entre las placas una muestra de material dielctrico y mida la capacitancia como se muestra en la figura 6.5.

c

Figura 6.5

Figura 6.6

PRECAUCIN. Al insertar el material entre las placas, procure que el material llene completamente el espacio entre las mismas y que el multmetro se encuentre en la funcin y rango adecuado. b) Retire el material sin cambiar la distancia entre las placas midiendo nuevamente la capacitancia en estas condiciones, tal y como se muestra en la figura 6.6. c) Repita el procedimiento que se indica en los incisos a y b para cada una de las muestras de material dielctrico disponibles y complete la tabla 6.2.

Muestra

C C0 Constante Con dielctrico Sin dielctrico dielctrica

Tabla 6.2 Pregunta 7 Cmo determin la constante dielctrica de cada material? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 8

30 Cmo son los resultados obtenidos de la rigidez dielctrica del aire y de las constantes dielctricas de las muestras, con respecto a los indicados en las tablas que se encuentran en los libros de texto? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ J. F. CONCLUSIONES. En base a los objetivos planteados y a los experimentos realizados exprese sus conclusiones y comentarios. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ K. G. APLICACIONES. Los materiales dielctricos tienen un amplio uso en todo tipo de elementos que encontramos en los circuitos y mquinas elctricas (motores, generadores, transformadores), as como en la fabricacin de conductores, capacitores, aisladores para las lneas de transmisin y distribucin de energa elctrica, etc. H. BIBLIOGRAFA. . Fsica universitaria, volumen 2, undcima edicin, Sears, Semansky, Young y Freedman, Addison Wesley, 2004. . Fsica, volumen 2, cuarta edicin, Halliday, Resnick y Krane, CECSA, 1996.

31

PRCTICA 7CAPACITORESA. OBJETIVO GENERAL. El alumno ser capaz de distinguir los tipos de capacitores y comprobar sus reglas cuando estos se conectan en serie, paralelo o en una combinacin serie paralelo. B. OBJETIVOS ESPECFICOS. El alumno ser capaz de: a) Conocer los diferentes tipos de capacitores y sus caractersticas. b) Comprobar las reglas para los capacitores en sus conexiones serie y paralelo. D. ANTECEDENTES. Previo a la realizacin de la prctica, el estudiante deber investigar acerca de los siguientes temas: a) Capacitancia y capacitor. b) Conexin de capacitores. c) Tipos de capacitores, caractersticas y aplicaciones. D. MATERIAL NECESARIO. a) b) c) d) e) Tableros con capacitores de diferentes tipos. Cuatro capacitores con capacitancias menores de 10 F. Multmetro con sus terminales, con opcin de medicin de capacitancia. Cables para conexin. Cuatro bases para conexin de capacitores.

b e c

a

d

Figura 7.1 E. DESARROLLO.

Figura 7.2

32 El profesor dar las instrucciones necesarias y suficientes para el manejo y utilizacin correcta de los materiales y equipos.

1. CAPACITORES. a) El profesor mostrar los diferentes tipos de capacitores, sus caractersticas e indicar algunas de sus aplicaciones. Pregunta 1 Cules son los datos nominales que especifica un fabricante de capacitores? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 2 De acuerdo con el dielctrico utilizado en la fabricacin de capacitores Cmo se pueden clasificar estos? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 2. CONEXIN DE CAPACITORES. a) Utilizando cuatro capacitores, mida la capacitancia de cada uno de ellos y etiqutelos de menor a mayor anotando su capacitancia en la siguiente tabla. Capacitor Capacitancia (F) C1 C2 C3 C4 Tabla 7.1 2.1. CAPACITORES EN PARALELO. b) Alambre el circuito de capacitores como se indica en la figura 7.3.

C1 C2 a C3 C4 b

Figura 7.3

33

Pregunta 3 De acuerdo a esta la conexin, Cul es el valor de la capacitancia equivalente? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ c) Mida entre los puntos a y b, la capacitancia equivalente del circuito. Pregunta 4 Compare los valores de la capacitancia equivalente contra la capacitancia medida, Qu concluye? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 2.2. CAPACITORES EN SERIE. d) Utilizando los mismos capacitores, ahora conecte estos en serie como se muestra en la figura 7.4.

C1 a

C2

C3

C4 b

Figura 7.4 Pregunta 5 Para esta conexin, Cul es el valor de la capacitancia equivalente? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ e) Mida entre los puntos a y b, la capacitancia equivalente del circuito. Pregunta 6 Compare los valores de la capacitancia equivalente contra la capacitancia medida, Qu concluye? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 2.3. CIRCUITO MIXTO DE CAPACITORES. f) Alambre ahora el circuito de capacitores como se indica en la figura 7.5.

34

C1 a C3Figura 7.5

C2 b C4

Pregunta 7 Para esta conexin, Cul es el valor de la capacitancia equivalente? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ g) Mida entre los puntos a y b, la capacitancia equivalente del circuito. Pregunta 8 Compare los valores de la capacitancia equivalente contra la capacitancia medida, Qu concluye? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ L. F. CONCLUSIONES. En base a los objetivos planteados y a los experimentos realizados exprese sus conclusiones y comentarios. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ M. G. APLICACIONES. Los capacitores tienen una gran variedad de aplicaciones, tales como: en la correccin del factor de potencia, en el arranque de motores monofsicos de corriente alterna, en los sintonizadores de seales, en la emisin y recepcin de ondas electromagnticas, etc. H. BIBLIOGRAFIA. . Fsica universitaria, volumen 2, undcima edicin, Sears, Semansky, Young y Freedman, Addison Wesley, 2004. . La naturaleza de las cosas, volumen 2, Susan M. Lea, John Robert Burke, Thomson editores, 1999.

35 . Artculos relacionados (Internet).

36

PRCTICA 8PROPIEDADES DE LOS CONDUCTORESG. OBJETIVO GENERAL. El alumno ser capaz de determinar algunas propiedades de los conductores metlicos. H. OBJETIVOS ESPECFICOS. El alumno ser capaz de: a) Verificar que la resistencia elctrica de un conductor metlico es directamente proporcional con su longitud e inversamente proporcional con el rea de su seccin transversal. b) Determinar la resistividad del nicromo y/o del constantan. c) Encontrar una relacin entre la resistencia y la temperatura. I. ANTECEDENTES. Previo a la realizacin de la prctica, el estudiante deber investigar acerca de los siguientes temas: a) Resistividad, conductividad y resistencia elctrica. b) Variacin de la resistividad con la temperatura. c) Los valores de la resistividad y del coeficiente de variacin de la resistividad con la temperatura de al menos diez materiales. D. MATERIAL NECESARIO. a) b) c) d) e) f) g) h) i) Tablero con alambres de nicromo o constantan de diferentes calibres. Multmetro con sus puntas de conexin. Flexmetro. Micrmetro. Termistor. Termmetro digital. Vaso pyrex. Parrilla elctrica. Aceite comestible.

i a d b c e h g f

37

Figura 8.1 E. DESARROLLO.

Figura 8.2

El profesor dar las instrucciones necesarias y suficientes para el manejo y utilizacin correcta de los materiales y equipos. 1. TOMA DE DATOS. a) Utilizando cualquiera de los tableros de alambre, medir con el micrmetro el dimetro de cada uno de ellos y anote estos datos en la tabla 8.1.

Calibre #

Dimetro (x 10-4 m)

rea (x 10-8 m2)

1/A (x 108 m-2)

(m) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2

( )

(m) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4

Longitud y resistencia ( ) (m) ( ) (m) 0.6 0.8 0.6 0.8 0.6 0.8 0.6 0.8 0.6 0.8

( )

(m) 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

( )

L/A (m-1)

Tabla 8.1

Figura 8.3

Figura 8.4

b) Con el multmetro en su funcin de ohmetro, en el rango de 200 , mida la resistencia de cada alambre para las longitudes indicadas en la tabla 8.1, registrando en esta, el valor correspondiente. c) Complete los datos faltantes en la tabla (rea, inverso del rea y longitud entre rea). NOTA: Tome para la columna L/A, la longitud de cada conductor como de un metro. 2. VARIACIN DE LA RESISTENCIA CON LA LONGITUD. a) Para un calibre (alambre) con los datos que le corresponden, haga una grfica de resistencia contra longitud.

38

Pregunta 1 De acuerdo con la grfica obtenida, Cmo podra expresar la relacin entre la resistencia y la longitud? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 3. VARIACIN DE LA RESISTENCIA CON LA SECCIN TRANSVERSAL. a) Con los datos registrados en la tabla 8.1, haga una grfica de la resistencia obtenida para un metro de longitud contra el inverso del rea de la seccin transversal de los alambres utilizados. Pregunta 2 De acuerdo con la grfica obtenida, Cmo podra expresar la relacin entre la resistencia y la seccin transversal de un conductor. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 4. DETERMINACIN DE LA RESISTIVIDAD. a) Con los datos registrados en la tabla, haga una grfica de resistencia (R) contra longitud entre rea (L/A) para los conductores empleados. Pregunta 3 De acuerdo con la grfica obtenida, Cmo podra expresar la relacin entre la resistencia y la longitud entre el rea de la seccin transversal de un conductor? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ b) Determine la pendiente de la mejor recta que se ajusta con los datos utilizados en la grfica. Pregunta 4 Qu representa la pendiente de la recta? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 5 Cul es la resistividad del material con que estn fabricados los alambres utilizados? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 6 Cmo es el valor de la resistividad obtenida comparado con el valor que se registra en tablas de libros de texto? Explique.

39 _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 5. VARIACIN DE LA RESISTENCIA CON LA TEMPERATURA. a) Como se muestra en la figura 8.5, introduzca el termistor y el termmetro en el vaso pyrex con aceite a temperatura ambiente (T.A), enseguida, mida la resistencia de ste a la temperatura ambiente y a las temperaturas que se indican en la tabla 8.2. Para incrementar la temperatura en el medio donde se encuentra el termistor, conecte la parrilla elctrica al contacto de 127 V.Temperatura (oC) T. A = 26 29 32 35 38 41 44 Resistencia ( )

Tabla 8.2

Figura 8.5

a) Con los datos obtenidos, trace una grfica de resistencia contra temperatura. Pregunta 7 De acuerdo con la grfica obtenida, Cmo podra expresar la relacin entre la resistencia y la temperatura? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ K. CONCLUSIONES. En base a los objetivos planteados y a los experimentos realizados exprese sus conclusiones y comentarios. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ G. APLICACIONES. Los conceptos de resistencia y resistividad, se utilizan para el diseo en la fabricacin de resistores y todo tipo de conductores elctricos, as como en el campo de la bioingeniera y en la investigacin de recursos naturales. H. BIBLIOGRAFA. . Fsica universitaria, volumen 2, undcima edicin, Sears, Semansky, Young y Freedman, Addison Wesley, 2004.

40 . La naturaleza de las cosas, volumen 2, Susan M. Lea, John Robert Burke, Thomson editores, 1999.

41

PRCTICA 9OSCILOSCOPIOA. OBJETIVO GENERAL. El estudiante ser capaz de utilizar el osciloscopio para medir la diferencia de potencial y el perodo de una seal variable en el tiempo. B. OBJETIVOS ESPECFICOS. El alumno ser capaz de: a) Comprender el principio de operacin del osciloscopio, la funcin que desempean sus controles principales y sus aplicaciones. b) Utilizar el osciloscopio para determinar la amplitud y el perodo de las ondas triangular, cuadrada y senoidal a diferentes frecuencias que suministra un generador de ondas. c) Analizar el efecto de un diodo y un capacitor conectados al devanado secundario de un transformador. J. ANTECEDENTES. Previo a la realizacin de la prctica, el estudiante deber investigar acerca de los siguientes temas: a) Voltaje variable en el tiempo. b) Amplitud, perodo y frecuencia de una seal variable. c) En Internet, acerca del principio de operacin del osciloscopio, la funcin de sus controles principales y sus aplicaciones. D. MATERIAL NECESARIO. a) b) c) d) e) f) g) Osciloscopio con sus puntas de prueba. Un transformador de 500/46 vueltas. Un puente de rectificacin de onda completa. Un generador de funciones. Un tablero de rectificacin. Un osciloscopio abierto. Cables para conexin.

e

Figura 9.1

b d c

a

42

Figura 9.2 E. DESARROLLO. 1. EL OSCILOSCOPIO Y SUS FUNCIONES

Figura 9.3

El profesor explicar el principio de operacin del osciloscopio y la funcin de sus controles principales. Pregunta 1 Cules son los controles principales de un osciloscopio? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 2 Qu tipo de seal se aplica a las placas de deflexin horizontal? Represntela mediante un dibujo. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 3 Qu tipo de seal se aplica a las placas de deflexin vertical? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 4 Cul es el rango de voltaje que se puede medir con el osciloscopio y la punta de prueba proporcionada? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 5 Cul es el rango de tiempo que se puede medir? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 6 Cmo se genera y como se acelera el haz de electrones en el can de electrones del osciloscopio? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 2. MEDICIN DE DIFERENCIA DE POTENCIAL OSCILOSCOPIO EN UN CIRCUITO RECTIFICADOR. Y TIEMPO CON EL

43 a) Conecte la punta de prueba a las terminales de la pila y determine la diferencia de potencial entre sus terminales. b) Trace una grfica acotada de la diferencia de potencial entre las terminales de la pila contra el tiempo.

Pregunta 7 Cul es el voltaje y su frecuencia? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ c) Energice el transformador del tablero de rectificacin y mida la diferencia de potencial entre la derivacin central (punto 0 indicado en el diagrama) y los extremos del devanado (puntos 1 y 2), para esto conecte la terminal negativa de la punta de prueba del osciloscopio en el punto 0 y la positiva en los puntos 1 y 2. 1 3 127 V CA 0 5 2 7 4 C1 + 6 8 10 12 14 9 C2 + 11 C3 + 13

d) Trace una grfica acotada de las diferencias de potencial observadas contra el tiempo. v v

t

t

Pregunta 8 Cules son los valores de amplitud y frecuencia de la seal de salida del transformador? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 9 Cmo los determin?

44 _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ e) Conecte mediante un cable corto el borne 1 con el 3, enseguida conecte el positivo de la punta de prueba del osciloscopio en la terminal de salida del diodo de rectificacin (punto 4), la terminal negativa de la punta de prueba permanece conectada en el punto 0. A continuacin, observe en el osciloscopio el efecto del diodo en la forma de onda. f) De la misma manera que en el inciso anterior, observe ahora el efecto del otro diodo en la seal de voltaje, para ello conecte el punto 2 con el 5 y cambie la terminal positiva de la punta de prueba del punto 4 al punto 6. g) Trace una grfica acotada de voltaje contra tiempo de lo observado en cada diodo. v v

t

t

h) Conecte el punto 4 con el 6 y observe en el osciloscopio el efecto combinado de los dos diodos. La terminal positiva de la punta de prueba puede estar conectada en el punto 4 o en el punto 6. i) Trace una grfica acotada de voltaje contra tiempo de lo observado. v

t j) Conecte la terminal negativa del capacitor de menor capacitancia (punto 8) con la derivacin central del transformador (punto 0) y la terminal positiva del capacitor (punto 7) con la unin de los dos diodos puntos 4 y 6), enseguida observe en el osciloscopio el efecto del capacitor. k) Haga una grfica de la seal observada en el osciloscopio.

45 v

t l) Conecte ahora el foco en paralelo con el capacitor y observe en el osciloscopio lo que ocurre. m) Repita lo anterior con los otros dos capacitores y observe lo que ocurre. Pregunta 10 Cul es el efecto del capacitor sobre la seal despus de los diodos? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ n) Conecte a la salida del transformador de 500/46 vueltas el puente de rectificacin y observe en el osciloscopio el voltaje de salida. 3. GENERADOR DE ONDAS. a) Conecte la salida del generador de ondas al osciloscopio y observe para las diferentes seales disponibles las formas de onda que proporciona. b) Para una forma de onda, ajuste el generador a las frecuencias de 100, 1000 y 10,000 Hz y mida la amplitud mxima y el perodo para cada frecuencia. Pregunta 11 Coincide la frecuencia que indica el generador de ondas con la frecuencia calculada a partir del perodo medido en el osciloscopio? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 12 Cmo caracterizara al generador de ondas en cuanto a su amplitud y frecuencia? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ N. F. CONCLUSIONES. En base a los objetivos planteados y a los experimentos realizados exprese sus conclusiones y comentarios. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

46 O. G. APLICACIONES. El osciloscopio es un instrumento de apoyo en el diseo, construccin y reparacin de equipos elctricos y electrnicos, as como en otras reas de las ciencias tales como la medicina, la geofsica y la bioingeniera. H. BIBLIOGRAFIA . Manual del osciloscopio (disponible en el laboratorio). . Artculos en Internet. . Fsica universitaria, volumen 2, undcima edicin, Sears, Semansky, Young y Freedman, Addison Wesley, 2004.

47

PRCTICA 10LEYES DE KIRCHHOFFA. OBJETIVO GENERAL. El alumno ser capaz de verificar el principio de conservacin de la carga y de la energa en un circuito con dos mallas principales. B. OBJETIVOS ESPECFICOS. El alumno ser capaz de verificar: a) La primera regla de Kirchhoff en los nodos principales de un circuito. b) La segunda regla de Kirchhoff en cada una de las mallas del circuito. C. ANTECEDENTES. Previo a la realizacin de la prctica, el estudiante deber investigar acerca de los siguientes conceptos: a) b) c) d) Principio de conservacin de la carga. Principio de conservacin de la energa. Nodo, rama, lazo y malla. Reglas de Kirchhoff.

D. MATERIAL NECESARIO. a) b) c) d) e) Dos fuentes de voltaje variable de corriente directa de 0-24 V. Tres bases de madera para conexin de resistores. Tres resistores con resistencias entre 100 y 300 . Un multmetro con sus puntas de conexin. Cables para conexin. c d b a e b a b c c

Figura 10.1 E. DESARROLLO.

48

El profesor dar las instrucciones necesarias y suficientes para el manejo y utilizacin correcta de los materiales y equipos. 1. REGLAS DE KIRCHHOFF.a)

Mida la resistencia de los resistores proporcionados anotando su valor y etiqutelos como R1, R2 y R3, donde R1 R2 R3.

b) Alambre la red elctrica como se indica en la figura 10.2.

R1 +1

a

R2I2

I1 I3

+2

R3b

Figura 10.2 c) Energice las fuentes 1 y 2 ajustando el voltaje de salida aproximadamente para 1 10.0 V y 2 8.0 V. Mida y anote el voltaje que suministran las fuentes bajo condiciones de carga. V, V 1= 2= d) Tomando como referencia el sentido de las corrientes indicadas en la figura 10.2, establezca las ecuaciones linealmente independientes para nodos y mallas. Pregunta 1 Cul es el sistema de ecuaciones que resulta del anlisis de la red en estudio? Antelas.

e) Resuelva el sistema de ecuaciones obtenido. Pregunta 2 Cules son los valores de las corrientes de rama calculados? I1 = I2 = I3 =

f) Mida en la red elctrica alambrada, cada una de las corrientes indicadas en la figura.

49 Pregunta 3 Cul es el valor de las corrientes medidas? Antelas. I1 = I2 = I3 =

Pregunta 4 Las magnitudes de las corrientes medidas son iguales que las calculadas? Explique. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ NOTA: En el caso de encontrar diferencias significativas ( 10 % ) entre los valores medidos y los calculados, verifique nuevamente los valores de salida de las fuentes y posibles falsos contactos; si esto no fuera el problema, revise una vez ms el planteamiento y solucin del sistema de ecuaciones. Pregunta 5 Se cumple con la primera regla de Kirchhoff en los nodos de la red? Explique. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ g) Determine utilizando los valores de las corrientes calculadas, la diferencia de potencial entre las terminales de cada uno de los resistores que integran la red elctrica en estudio. h) Mida la diferencia de potencial en las terminales de cada resistor y anote la lectura del vltmetro. VR1 = VR2 = VR3 =

Pregunta 6 Los valores medidos y los calculados son iguales? Explique. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Verifique para cada malla V = 0, anotando los aumentos y disminuciones de potencial que ocurren en cada uno de sus elementos.

Pregunta 7 Se cumple con la segunda regla de Kirchhoff en cada malla? Explique. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

50 L. CONCLUSIONES. En base a los objetivos planteados y a los experimentos realizados exprese sus conclusiones y comentarios. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ G. APLICACIONES. El sistema de generacin, transmisin, distribucin y utilizacin de la energa elctrica a nivel nacional, constituye una red elctrica interconectada, en donde se utilizan mtodos derivados a partir de las reglas de Kirchhoff para su anlisis y operacin, as como en el anlisis y diseo de equipos elctricos y electrnicos. H. BIBLIOGRAFA. . Fsica universitaria, volumen 2, undcima edicin, Sears, Semansky, Young y Freedman, Addison Wesley, 2004. . Fsica, volumen 2, cuarta edicin, Halliday, Resnick y Krane, CECSA, 1996.

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PRCTICA 11CAMPO MAGNTICOK. OBJETIVO GENERAL. El alumno ser capaz de comprobar experimentalmente las leyes de Ampere y de BiotSavart. L. OBJETIVOS ESPECFICOS. El alumno ser capaz de: a) Comprobar algunas de las caractersticas de las lneas de induccin magntica. b) Obtener los mapas de campo magntico debido a imanes y conductores con corriente. c) Comprobar las leyes de Ampere y de Biot-Savart para el caso de un toroide y una bobina circular. M. ANTECEDENTES. Previo a la realizacin de la prctica, el estudiante deber investigar acerca de los siguientes conceptos: a) b) c) d) Lneas de induccin magntica. Ley de Biot-Savart. Ley de Ampere. Campo magntico en los puntos que se encuentran sobre la circunferencia media de un toroide con corriente. e) Campo magntico en el centro de una bobina circular con corriente. D. MATERIAL NECESARIO. a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) Transformador de 500 a 46 vueltas. Puente de rectificacin. Gaussmetro. Bobinas montadas en placas de acrlico (toroide, solenoide y bobina con seccin transversal cuadrada). Multmetro. Flexmetro. Limaduras de hierro. Brjulas. Conductor recto con placa de acrlico. Bobina circular con hilos para localizar el centro. Imn recto y de herradura. Cables para conexin.

52

a b c

k g

d e

Figura 11.1

Figura 11.2

j d

Figura 11.3 E. DESARROLLO.

Figura 11.4

El profesor dar las instrucciones, precauciones y recomendaciones para el manejo y utilizacin segura de los materiales y equipos. 1. MAPAS DE CAMPO MAGNTICO DEBIDO A IMANES. a) Coloque una hoja de papel sobre los imanes de barra y de herradura, enseguida esparza sobre la hoja de papel de manera uniforme limaduras de hierro. b) Dibuje los mapas de campo magntico correspondientes indicando los polos del imn as como la orientacin de las lneas de campo.

53

Pregunta 1 Cmo determin los polos norte y sur de los imanes utilizados? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 2. MAPAS DE CAMPO DEBIDO A CONDUCTORES CON CORRIENTE. PRECAUCIN. Para los siguientes experimentos, se utilizar como fuente de energa un transformador de 500/46 vueltas en combinacin con un puente de rectificacin; dado que las corrientes que circularn a travs de estos elementos y los conductores en estudio sern iguales o superiores a la corriente nominal de estos dispositivos (5 A), no permita que el sistema permanezca energizado por ms de cinco segundos, de no ser as, estos elementos podran sufrir daos irreversibles. a) Antes de conectar los conductores disponibles a la fuente de energa, esparza de forma uniforme limaduras de hierro sobre las placas de acrlico en donde se encuentran montados de manera individual los siguientes casos: Conductor recto. Solenoide. Toroide. Bobina. RECOMENDACIN. Para facilitar la orientacin de las limaduras de hierro en el campo magntico que se producir por la corriente que circular a travs de los conductores, golpee ligeramente con el dedo las placas de acrlico mientras el sistema permanezca energizado (recuerde, no ms de cinco segundos), esto facilitar lo orientacin de las limaduras en el campo. b) Para cada uno de los conductores en estudio, obtenga y dibuje el mapa de campo correspondiente indicando el sentido de la corriente a travs de los conductores, as como la orientacin de las lneas de campo magntico.

54

Pregunta 2 Por qu las limaduras de hierro se orientan de manera que nos permiten visualizar la configuracin del campo magntico? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 3 En qu casos y en qu regiones encontr mayor densidad de lneas de campo? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 4 En qu casos y en qu regiones las limaduras de hierro no experimentaron ninguna orientacin? Explique. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 5 De acuerdo con los mapas de campo obtenidos, Qu podra sealar como caractersticas para las lneas de campo magntico? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 3. COMPROBACIN DE LAS LEYES DE AMPERE Y DE BIOT-SAVART. Pregunta 6 De acuerdo con la ley de Biot-Savart, Cul es la expresin que resulta para determinar la magnitud del campo magntico en el centro de una espira circular con corriente?

a) Para la bobina circular disponible, obtenga el nmero de vueltas y mida su radio. N= vueltas R= m b) Haciendo uso del transformador con su puente de rectificacin, energice la bobina aplicando aproximadamente 5 V y mida la corriente a travs de ella. I= A c) Calcule con los datos obtenidos la magnitud del campo magntico en su centro. B= G d) Como se indica en la figura 11.5, coloque en el centro de la bobina, el sensor (Punta de prueba) del gaussmetro y mida la magnitud del campo magntico. Recuerde que la fuente de energa no debe permanecer conectada por ms de cinco segundos.

55

Figura 11.5

Figura 11.6

Pregunta 7 Compare la magnitud del campo magntico medido con la magnitud del campo calculado. Qu concluye? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 8 De acuerdo con la ley de Ampere, Cul es la expresin que resulta para determinar magnitud del campo magntico en los puntos que se encuentran en el radio medio de un toroide

e) Repita los pasos a, b, c, y d que se indican anteriormente, pero ahora haciendo uso del toroide disponible, Figura 11.6. Pregunta 9 Compare para este caso, la magnitud del campo magntico medido con la magnitud del campo calculado. Qu concluye? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ P. F. CONCLUSIONES. En base a los objetivos planteados y a los experimentos realizados exprese sus conclusiones y comentarios. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Q. G. APLICACIONES. La comprensin de las leyes de Ampere y de Biot-Savart, nos permiten determinar el campo magntico debido a la corriente que circule por un conductor o arreglo de conductores en cualquier punto o regin en casos como motores, generadores, transformadores, lneas de transmisin, etc. H. BIBLIOGRAFA.

56 . Fsica universitaria, volumen 2, undcima edicin, Sears, Semansky, Young y Freedman, Addison Wesley, 2004. . Fsica conceptual, novena edicin, Paul G. Hewitt, Addison Wesley Iberoamericana, 2002.

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PRCTICA 12FUERZA MAGNTICAN. OBJETIVO GENERAL. El alumno ser capaz de medir la fuerza magntica sobre un conductor con corriente dentro de un campo magntico. O. OBJETIVOS ESPECFICOS. El alumno ser capaz de verificar que la magnitud de la fuerza que se ejerza sobre un conductor con corriente dentro de un campo magntico, es: a) Directamente proporcional a la corriente que conduce. b) Directamente proporcional a su longitud. c) Directamente proporcional al seno del ngulo que forma el conductor con el campo magntico. P. ANTECEDENTES. Previo a la realizacin de la prctica, el estudiante deber investigar acerca de la fuerza que experimenta un conductor con corriente en un campo magntico. D. MATERIAL NECESARIO. a) Balanza de corriente con accesorios. b) Multmetro. c) Fuente de corriente directa de 0-24 V. d) Soporte universal. e) Cables para conexin. f) Gaussmetro.

d

c

a

b

f

Figura 12.1

Figura 12.2

E. DESARROLLO. El profesor dar las instrucciones necesarias y suficientes as como, las precauciones que hay que tomar en cuenta para el manejo y utilizacin correcta de los materiales y equipos.

58

1. DEPENDENCIA DE LA FUERZA MAGNTICA SOBRE UN CONDUCTOR CON RESPECTO A LA CORRIENTE. a) Con la ayuda del profesor, implemente el equipo experimental como se ilustra en la figura 12.3.

Figura 12.3 b) Ajuste la balanza a 0.00 y anote para este ajuste, el valor de la masa que se utilizar como referencia cuando la corriente es nula. c) Aplique las corrientes que se indican en la tabla 12.1, mida para cada caso el valor de la masa equivalente para ajustar la balanza nuevamente a 0.00 y calcule para cada corriente, la fuerza magntica que se ejerce sobre el conductor. PRECAUCIN. La corriente mxima admisible en los conductores de los circuitos impresos es de 5.00 A, corrientes mayores a la indicada, originan la destruccin de estos elementos. Longitud (L) Corriente (I) Masa equivalente ((M) Fuerza magntica (F) m A x 10-3 Kg N 0.04 0.00 0.00 0.04 1.00 0.04 2.00 0.04 3.00 0.04 4.00 Tabla 12.1 Pregunta 1 Cmo calcul el valor de la fuerza magntica sobre el conductor para completar la tabla? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ d) Con los datos obtenidos, trace una grfica de fuerza magntica contra corriente. F

I

59

Pregunta 2 De acuerdo con la grfica obtenida, Cmo podra expresar la relacin que se observa entre la fuerza magntica sobre el conductor y la corriente a travs de el? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 2. DEPENDENCIA DE LA FUERZA MAGNTICA CON RESPECTO A LA LONGITUD. a) Utilizando el mismo arreglo indicado en la figura 12.3, y para una corriente de un ampere (1.00 A), sustituya el elemento impreso utilizado en el punto 1, por los otros circuitos impresos disponibles, cuyas longitudes son 1.00 cm, 2.00 cm y 3.00 cm respectivamente y obtenga para cada uno de ellos los datos necesarios para completar la tabla 12.2. Longitud (L) Corriente (I) Masa equivalente (M) Fuerza magntica (F) m A x 10-3 Kg N 0.01 1.00 0.02 1.00 0.03 1.00 0.04 1.00 Tabla 12.2 b) Con los datos obtenidos, trace una grfica de fuerza magntica contra longitud. F

L Pregunta 3 De acuerdo con la grfica obtenida, Cmo podra expresar la relacin que se observa entre la fuerza magntica sobre el conductor y su longitud? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

60 3. DEPENDENCIA DE LA FUERZA MAGNTICA Y EL NGULO ENTRE EL CONDUCTOR Y EL CAMPO MAGNTICO. a) Con la ayuda del profesor, implemente el equipo experimental como se ilustra en la Figura 12.4.

Figura 12.4 b) Sin aplicar corriente, coloque los conductores de la bobina de forma paralela al campo del imn, el transportador integrado al dispositivo deber indicar un ngulo de 0o y anote para este ajuste, el valor de la masa que se utilizar como referencia cuando la corriente es nula. c) Aplique una corriente fija de un ampere (1.00 A) y realice lo necesario para completar la siguiente tabla. ngulo ( ) Sen ( ) Corriente (I) Masa equivalente ((M) Fuerza magntica (F) (A) x 10-3 Kg N ( o ) 0 0 0.00 0.00 15 0.259 1.00 30 0.500 1.00 45 0.707 1.00 60 0.866 1.00 75 0.966 1.00 90 1.00 1.00 Tabla 12.3 d) Con los datos registrados en la tabla 12.3, trace una grfica de la fuerza magntica contra el seno del ngulo. F

Sen

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Pregunta 4 De acuerdo con la grfica obtenida, Cmo podra expresar la relacin que se observa entre la fuerza magntica sobre el conductor y el seno del ngulo comprendido entre el conductor y el campo magntico? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ e) Para el ngulo de noventa grados y la fuerza magntica correspondiente, calcule la magnitud del campo magntico en la regin donde se encuentran los conductores de la bobina. f) Con ayuda del profesor mida el campo magntico en los puntos que se encuentran a la mitad entre las zapatas polares del imn. g) Compare las magnitudes del campo magntico medido con el calculado. Pregunta 5 Cul es el error en por ciento entre estos dos valores? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ R. F. CONCLUSIONES. En base a los objetivos planteados y a los experimentos realizados exprese sus conclusiones y comentarios. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _______________________________________________________ S. G. APLICACIONES. La fuerza magntica sobre una corriente en un conductor, se considera en el diseo de motores elctricos, frenos magnticos, levitacin magntica y una gran variedad de dispositivos electromecnicos. H. BIBLIOGRAFA. . Fsica universitaria, volumen 2, undcima edicin, Sears, Semansky, Young y Freedman, Addison Wesley, 2004. . Fsica, volumen 2, cuarta edicin, Halliday, Resnick y Krane, CECSA, 1996.

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PRCTICA 13RELACIN CARGA A MASA DE UN ELECTRNA. OBJETIVO GENERAL. El alumno analizar la interaccin de un electrn en un campo elctrico y magntico uniformes. B. OBJETIVOS ESPECFICOS. El alumno: a) Analizar los cambios de energa de un electrn en un campo elctrico uniforme. b) Analizar el movimiento de un electrn cuando incide perpendicularmente en un campo magntico uniforme. c) Determinar el cociente de la masa entre la carga del electrn. E. ANTECEDENTES. Previo a la realizacin de la prctica, el estudiante deber investigar acerca de los siguientes conceptos: a) Trabajo y energa potencial electrosttica. b) Movimiento de una partcula cargada en un campo elctrico uniforme. c) Movimiento de una partcula cargada en un campo magntico uniforme. D. MATERIAL NECESARIO. a) b) c) d) e) f) Aparato de Thomson con accesorios. Fuente de voltaje de corriente directa con salidas para 6 V y de 0 a 500 V. Fuente de voltaje de corriente directa con salida de 0 a 24 V. Dos multmetros. Una brjula. Cables para conexin.

c b

a

c

Figura 13.1

Figura 13.2

63

E. DESARROLLO. El profesor dar las instrucciones necesarias y suficientes para el manejo y utilizacin correcta de los materiales y equipos. 1. MOVIMIENTO DE UN ELECTRN EN UN CAMPO ELCTRICO UNIFORME. a) Conecte las fuentes de voltaje y el vltmetro al aparato de Thomson tal y como se ilustra en la Figura 13.3. PRECAUCIN. Los controles de voltaje, deben estar al tope en sentido antihorario (0 V) y los interruptores apagados (OFF).Control de ajuste de corriente Control de enfoque Bobinas de Helmholtz

+ 250 V 02A

+ CD-

+ -

CD

A+ + -

v

+ + Al filamento 6 V CD o CA

Fuente de voltaje CD (0 24) V

Fuente de voltaje (0 500) V CD Voltaje acelerador

Figura 13.3 b) Active el interruptor de encendido en la posicin ON de la fuente que suministra energa al filamento del aparato de Thomson al mismo tiempo que al can de electrones. c) Mediante un circuito represente la fuente que alimenta al filamento y la resistencia asociada a ste. Pregunta 1 Se desprenden electrones del filamento? Explique. ______________________________________________________________________ d) Aplique al can de electrones una diferencia de potencial no mayor de 250 V, para esto, gire en sentido horario el control de voltaje de la fuente que lo alimenta hasta obtener el voltaje deseado. e) Observe en el tubo del aparato de Thomson el haz de electrones, y utilizando la siguiente figura dibuje la trayectoria de stos entre el ctodo y el nodoRejilla nodo Ctodo

Filamento

V V=0Placas deflectoras

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Figura 13.4 Pregunta 2 Cul es la expresin de la rapidez con la cual los electrones salen del nodo? Cmo encontr esta expresin? v=

2. MOVIMIENTO DE UN ELECTRN EN UN CAMPO MAGNTICO UNIFORME. a) Gire el tubo de Thomson de manera que el haz de electrones sea paralelo con el plano de las bobinas de Hemlholtz. b) Aplique una diferencia de potencial a las bobinas para hacer circular una corriente a travs de ellas, en ningn caso mayor de dos amperes. c) Observe en el tubo de Thomson la trayectoria del haz de electrones. Pregunta 3 Qu efecto provoca el campo magntico sobre el haz de electrones? Explique. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ d) Investigue, utilizando la brjula, la direccin del campo magntico entre las bobinas. Pregunta 4 Cul es la direccin relativa de los vectores v, B y F con respecto al haz de electrones? Represntelos mediante un diagrama auxilindose de la siguiente Figura.y

x z Haz de electrones

Pregunta 5 Cul es la expresin con la que se determina el radio de la rbita circular de una partcula cargada movindose perpendicularmente en un campo magntico? Cmo encontr esta expresin?

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3. RAZN DE CARGA A MASA. a) Utilizando las respuestas a las preguntas 2 y 5, encuentre una expresin para obtener la razn o cociente de la masa a la carga del electrn (e/m). Pregunta 6 Cul es la expresin encontrada para la razn masa a carga (e/m)? A qu corresponde cada trmino? Pregunta 7 El aparato de Thomson que est utilizando, trae impresa en su placa frontal, una expresin de la razn carga a masa del electrn. Es igual sta expresin a la que Usted encontr? De no ser as, revise el procedimiento que desarroll en respuesta a la actividad realizada en el inciso a, de este apartado. b) Para tres radios diferentes, no mayores de cinco centmetros, realice los ajustes y mediciones necesarias y determine para cada caso, la razn de la carga a la masa (e/m).

Pregunta 8 Cul es el valor promedio obtenido de la razn (e/m)?

M. CONCLUSIONES. En base a los objetivos planteados y a los experimentos realizados exprese sus conclusiones y comentarios. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _______________________________________________________ G. APLICACIONES. La interaccin de partculas cargadas en campos elctricos y magnticos, las encontramos en aplicaciones tales como en aceleradores de partculas, osciloscopios, cinescopios de televisin, monitores para computadoras, espectrgrafos de masas, etc. H. BIBLIOGRAFA. . Fsica universitaria, volumen 2, undcima edicin, Sears, Semansky, Young y Freedman, Addison Wesley, 2004. . Fsica, volumen 2, cuarta edicin, Halliday, Resnick y Krane, CECSA, 1996.

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PRCTICA 14FUERZA ELECTROMOTRZ INDUCIDAQ. OBJETIVO GENERAL. El alumno ser capaz de analizar e interpretar el fenmeno de induccin magntica. R. OBJETIVOS ESPECFICOS. El alumno ser capaz de: a) Determinar los factores que intervienen en la fuerza electromotriz inducida en un circuito. b) Comprobar que la corriente inducida en un circuito es tal que se opone a la causa que la origina. c) Obtener una expresin que relacione la magnitud de la fuerza electromotriz inducida con los factores que la inducen. d) Explicar algunos fenmenos de induccin en aplicaciones tecnolgicas. S. ANTECEDENTES. Previo a la realizacin de la prctica, el estudiante deber investigar acerca de los siguientes conceptos: a) b) c) d) Flujo magntico. Ley de Faraday. Ley de Lenz. Investigar en Internet, acerca de los experimentos que realizo Michael Faraday, los materiales que utiliz y los resultados que obtuvo.

D. MATERIAL NECESARIO. a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) m) Transformador 500/46 vueltas. Puente de rectificacin. Bobinas de 250 y 500 vueltas. Galvanmetro. Imn de barra. Osciloscopio. Bobina de induccin con accesorios. Punteadota y pares de tiras metlicas. Brjula. Electroimn y disco de induccin. Magneto con entrehierro variable y accesorios. Riel de aluminio con accesorios. Cables para conexin.

g

Figura 14.1

67

f c a d

e

b

i

Figura 14.2

Figura 14.3

j

k

Figura 14.4

Figura 14.5

Figura 14.6 E. DESARROLLO. El profesor dar las instrucciones necesarias y suficientes para el manejo y utilizacin correcta de los materiales y equipos. 1. FACTORES INDUCIDA. QUE INTERVIENEN EN LA FUERZA ELECTROMOTRIZ

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a) Conecte tal y como se muestra en la figura 14.7, la bobina de 250 vueltas al galvanmetro, enseguida haga oscilar el imn de barra en el interior de la bobina y observe lo que ocurre.

Figura 14.7 Pregunta 1 A la corriente que aparece en la bobina y que mide el galvanmetro se le denomina corriente inducida, Por qu se le designa de esta manera? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 2 La corriente inducida en la bobina, Implica que en ella se indujo una fuerza electromotriz? Explique. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 3 La corriente inducida en la bobina, Es proporcional a la fuerza electromotriz inducida en ella? Explique. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ b) Utilizando las dos bobinas, repita la actividad indicada en el inciso a, pero ahora cambie el nmero de vueltas a 125, 250 y 500 respectivamente. Al hacer oscilar el imn, procure hacerlo con la misma rapidez. c) Para la bobina de 500 vueltas, incremente paulatinamente la rapidez con la cual hace oscilar el imn y observe lo que ocurre. Pregunta 4

69 Al acercar y alejar el imn con respecto al ncleo de la bobina, Cambia el flujo magntico a travs del rea encerrada por la bobina? Explique. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 5 De acuerdo con sus observaciones, Qu factores influyen en la fuerza electromotriz inducida? Explique. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 6 Cmo podra relacionar la magnitud de la fuerza electromotriz inducida con los factores que la inducen? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 2. SENTIDO DE LA CORRIENTE INDUCIDA. d) Haga un dibujo donde se muestre claramente el embobinado, el galvanmetro indicando en l la direccin de la corriente inducida, la orientacin de las lneas de campo del imn, la orientacin de las lneas de campo debidas a la corriente inducida en la bobina cuando el imn se acerca, y otro dibujo cuando el imn se aleja.

Pregunta 7 Cmo cambia el flujo magntico a travs de la bobina debido al campo magntico del imn, cuando se acerca a la bobina y cuando ste se aleja de sta? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 8 Cul es el efecto del flujo magntico debido a la corriente inducida en la bobina con respecto al flujo magntico del imn cuando ste se acerca o se aleja? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ OBSERVACIN. La ley de Lenz establece lo siguiente: el sentido de la corriente inducida en un circuito es tal que se opone a la causa que lo origina. Pregunta 9

70 Cmo expresara ste enunciado en trminos de los flujos magnticos interactuantes? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Pregunta 10 De manera simblica, Cmo agregara este efecto a la respuesta dada a la pregunta 6? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ e) Conecte la bobina de 500 vueltas a la punta de prueba del osciloscopio como se ilustra en la figura 14.8.

Figura 14.8 f) Ponga a funcionar el osciloscopio, ajuste el control de voltaje en el rango de 50 mV/DIV y el control de tiempo en 1 s/DIV. g) Haga oscilar el imn a travs de la bobina con una rapidez uniforme. h) Trace una grfica aproximada de la fuerza electromotriz inducida en la bobina con respecto al tiempo. v

t

Pregunta 11 Cmo es la grfica de fuerza electromotriz inducida en la bobina, comparndola con la grfica de la diferencia de potencial en las terminales de una pila y en las terminales de salida de un transformador? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

71 i) Manteniendo fijo el imn en el ncleo de la bobina, ahora haga oscilar sta y observe lo que ocurre. j) Haga oscilar el imn en el interior de la bobina con diferente rapidez y registre sus observaciones. Pregunta 12 Al cambiar la rapidez del imn en el interior de la bobina, Qu cambios ocurren en las caractersticas de la onda de voltaje inducido? _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

Pregunta 13 El sistema imn bobina en movimiento relativo del uno con respecto al otro, Puede considerarse como el principio de operacin de un generador de corriente alterna? Explique. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 3. FENMENOS DE INDUCCIN. El profesor, presentar y explicar los siguientes casos de induccin electromagntica y algunas de sus aplicaciones. a) b) c) d) Bobina de induccin. Disco de Faraday. Imn con entrehierro variable y placas de aluminio. Riel de aluminio con un cilindro magntico y otro de aluminio.

F. CONCLUSIONES. En base a los objetivos planteados y a los experimentos realizados exprese sus conclusiones y comentarios. _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ T. G. APLICACIONES. El fenmeno de induccin electromagntica lo encontramos en una gran variedad de aplicaciones tecnolgicas, tales como en generadores, motores, transformadores, hornos de induccin, telfono, radio, televisin, computadoras, etc.

72 H. BIBLIOGRAFIA. . Fsica universitaria, volumen 2, un