Octubre 29, 2009 Departamento de Física

Laboratorio de Física electricidad ciencias básicas

Universidad Del Norte – Colombia.

CAMPO MAGNETICO ALREDEDOR DE UN SOLENOIDE

Rada Ariza Carlos Alfonso Laino Dario Alberto

Email: carada@uninorte.edu.co Email: lainod@uninorte.edu.co

Ing. Mecánica. Ing. Industrial.

ABSTRACT

The main objective of this third experience physics lab electricity (behavior of the magnetic field along the axis of a solenoid), has been studying the behavior of the magnetic field of a solenoid at different points around this as a sensor attached the computer used to measure the intensity of the magnetic field was moving away or approaching it. After carefully carrying out each step for the realization of this experience of successfully completed laboratory successfully each of the goals set for it.

RESUMEN

El objetivo principal de esta tercera experiencia de laboratorio de física electricidad (comportamiento del campo magnético a lo largo del eje de un solenoide), fue el estudiar el comportamiento del campo magnético de un solenoide en distintos puntos sobre el eje longitudinal de éste. Dicho estudio se llevó a cabo con los recursos de investigación con que cuenta el laboratorio. Luego de llevar a cabo cuidadosamente cada uno de los pasos para la realización de esta experiencia de laboratorio logramos finalizar exitosamente cada una de las metas propuestas para este.

INTRODUCCION Y OBJETIVOS

En esta experiencia la hipótesis primordial fue estudiar el comportamiento del campo magnético en función de la distancia desde el centro del eje del solenoide, hasta llegar a una distancia prudente (sobre el eje longitudinal del solenoide) donde el campo de este se acercara a cero. Es decir, que a medida que nos alejamos del solenoide, el campo irá disminuyendo. Además tenemos como meta analizar y discutir la diferencia existente entre los datos experimentales obtenidos en el laboratorio y datos teóricos obtenidos por medio de una expresión matemática que nos permitió calcular el campo magnético en cualquier punto del eje de en un solenoide y dar una explicación lógica de dichos resultados.

MARCO TEORICO

• Campo magnético: al igual que el campo eléctrico, el campo magnético es un campo vectorial, esto es una cantidad vectorial asociada con cada punto del espacio. En cualquier posición se define la dirección de B como aquella en la que tiende a apuntar el polo norte de una brújula. La magnitud del campo magnético es proporcional a la magnitud de la carga, la magnitud de la fuerza también es proporcional a la magnitud o intensidad del campo. También la fuerza magnética depende de la velocidad de la partícula. En esto se distingue claramente de la fuerza de campo eléctrico. Una partícula con carga en reposo no experimenta fuerza magnética alguna. Además, se encuentra experimentalmente que la fuerza magnética F no tiene la misma dirección del campo magnético B, sino que siempre es perpendicular tanto a B como a la velocidad v. la magnitud F de la fuerza resulta ser proporcional a la componente de v perpendicular al campo.

• 

La fuerza sobre una carga q que se desplaza con una velocidad v en un campo magnético B se proporciona, tanto en términos de magnitud como de dirección por:

(1)

La unidad SI de B es equivalente a . Esta unidad se llama tesla (se abrevia T). Otra unidad de B de uso común es el gauss (1G = 10^-4 T). A los instrumentos para medir el campo magnético en algunas ocasiones gausímetros.

• Campo magnético de un solenoide: un conductor enrollado en forma de hélice se denomina solenoide y se utiliza para producir un campo magnético intenso y uniforme en una pequeña región del espacio.

• 

Considere un solenoide de longitud L y radio R que contiene N vueltas muy proximas entre siy que conduce una corriente I estable. Para hallar los angulos lo hacemos reemplazando con el radio y la distancia a cada punto donde vallamos a calcular el campo. Este problema se reduce con la siguiente expresion matematica:

(2)

Y expresando , y . De esta manera, (2) queda de esta forma:

(3)

• Líneas de campo magnético: todo campo magnético se puede representar por medio de líneas de campo magnético. Se dibujan las líneas de modo que la línea que pasa por un punto cualquiera sea tangente al vector de campo magnético B en ese punto. Donde las líneas de campo adyacente están próximas unas de otras, la magnitud del campo es grande; donde estas líneas están muy separadas, la magnitud del campo es pequeña. Asimismo, en virtud de que la dirección de B en cada punto es única, las líneas de campo nunca se cruzan.

• Flujo magnético y ley de Gauss del magnetismo: cualquier superficie se puede dividir en elementos de área dA. Con respecto a cada elemento se determina B, la componente de B normal a la superficie de la posición de ese elemento, B = B cos , donde  es el ángulo entre la dirección de B y una línea perpendicular a la superficie.

El flujo magnético total a través de la superficie es la suma de las contribuciones de los elementos de área individuales:

(3)

La unidad SI de flujo magnético es igual a la unidad de campo magnético (1T) multiplicada por la unidad de área (1m²). Esta unidad se llama weber.

Por analogía, si existe algo así como una carga magnética individual (mono polo magnético), el flujo magnético total a través de la superficie cerrada seria proporcional a la carga magnética total encerrada. Se concluye que el flujo magnético a través de una superficie cerrada siempre es cero.

(4)

A esta ecuación se le llama en ocasiones ley de Gauss del magnetismo.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

El montaje de la tercera experiencia del laboratorio de física electricidad (comportamiento del campo magnético a lo largo del eje de un solenoide) se realizo de la siguiente manera:

Primero conectamos el solenoide a la fuente de corriente directa y le aplicamos una diferencia de potencial de 5 voltios, después de esto conectamos los sensores de corriente a dicho solenoide. Luego, con ayuda del sensor de campo magnético llamado algunas veces gauussimetro, medimos el campo magnético a lo largo del eje longitudinal del solenoide a medida que íbamos alejando el instrumento de medición de este, centímetro a centímetro, cada una de las distancias fueron relacionadas en DataStudio con una magnitud distinta del campo magnético, todos esos datos fueron consignados en la grafica 1. (Intensidad del campo magnético vs posición) y en la tabla 1. (Intensidad del campo magnético vs posición) que se encuentran ubicadas en el siguiente ítem.

En la segunda parte del infome fue montada de la siguietne manera: se utlizo el mismo sensor de campo si no que esta vez este quedaria estatico y lo que va variar es la corriete de está manera se podra analizar la relación del aumento de la corriente con el campo magnetico

DATOS OBTENIDOS

Los datos obtenidos están consignados en la siguiente grafica y en la tabla de datos.

• GRAFICA 1: Campo magnetico vs tiempos
  
• GRAFICA 2: Campo magenico vs corriente
  

GRAFCA 1

GRAFICA 2

ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Como podemos observar en la gráfica, obtenida en la medición del campo magnético del solenoide, el valor del campo magnético axial β disminuye a medida que aumenta la distancia de la medición con respecto al punto medio del solenoide. En la tabla aparecen registrados los valores correspondientes a cada una de las distancias de medición.

Intentando hallar una expresión matemática por medio de la cual se nos permita determinar el valor de β, podemos considerar el campo generado por el una vuelta del solenoide como el producido por una espira con corriente. Pero, el solenoide no esta constituido por una sola espira, sino que tiene muchas espiras cercanas. Y es por ello que utilizamos la ecuación (3) para el cálculo de la componente axial del campo magnético del solenoide.

Con dicha ecuación, comprobaremos los valores obtenidos experimentalmente para cada una de las distancias:

se utlizo la relacion de la pendiente que tenia la corriente con el campo de esta manera las variables se reduce y se encuantra una expresión muy general para la formula, es posible que se pueda utlizar valores de la grafica pero el númmero de espiras se hará mucho mas péqueño o simplemente se alejara del valor inicial.

Donde:0, N=2920vueltas, I=0.0651A, L=0.11m y R=0.017507043

Es evidente que existen diferencias entre la medición obtenida en el laboratorio y los resultados esperados. Pero debemos recordar que el desarrollo teórico es una aproximación muy buena (y aquí lo podemos ver) de los resultados de la realidad. Sin embargo, estos valores experimentales pueden haberse tomado cometiendo errores a la hora registrar los datos por parte de los experimentadores, y faltas de precisión de los equipos utilizados. A pesar de todo esto, podremos considerar que obtuvimos excelentes resultados en este experimento.

En la segunda parte del informe se puede inferir de la grafica 2 como el aumento de la corriente genera un campo magnetico mucho mas grande y guarda la relación linealmente.Se puede observa pequeños saltos en la grafica pero esto es nomral ya que en los cambios de la corriente data estudio leia cuando la fuente cortaba la señal y mandaba la nueva, es por eso que en la mayoria de las graficas de la electricidad

CONCLUSIONES

Después de desarrollar la actividad experimental, podemos concluir que en el interior del solenoide, el campo β es casi constante, excepto en áreas cercanas a los bordes. Además, a medida que nos alejamos del solenoide, el valor de β va disminuyendo, hasta hacerse 0 en algún punto alejado de él. Es decir, que β es inversamente proporcional a la distancia.

Otra característica importante de los solenoides con corriente es que el campo magnético que generan en su interior es casi paralelo al eje longitudinal de dicho solenoide. Pero a partir de los bordes, las líneas de campo empiezan a cerrarse sobre el elemento, algo que es similar a lo que le ocurre a un imán. Por tal motivo, es que podemos hacer una analogía entre imanes y bobinas o solenoides.

Otro punto importante, es que los resultados teóricos desarrollados son una muy buena aproximación de los resultados que se esperan en la realidad. Además, los datos experimentales no son del todo precisos, pero nos dan una idea de la magnitud de la aproximación de la teoría, y del campo que se genera en el interior de un solenoide en la vida real.

Por todo lo anterior, podemos afirmar que cumplimos los objetivos propuestos para esta actividad, y que aplicamos y comprobamos experimentalmente todo lo aprendido en clases.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

[1] SEARS, ZEMANSZY, YOUNG, FREDDMAN, Física universitaria, Undécima edición, volumen II, Ed. Pearson educación, México 2004.

[2] SERWAY, Raymond A, Física, Tercera edición, Tomo II, Ed. Mc Graw Hill, Colombia 1982.

[3] http://www.docentes.unal.edu.co/jdbaenad/docs/ME/guion08-CampoMagnSolenoide.pdf

Septiembre15, 2009 Departamento de Física
Laboratorio de Física electricidad ciencias básicas
Universidad Del Norte – Colombia.

LABORATORIO CARGAY DESCARGA DE UN CONDENSADOR

Rada Ariza Carlos Alfonso Laino Dario Alberto
Email: carada@uninorte.edu.co Email: lainod@uninorte.edu.co
Ing. Mecánica. Ing. Industrial.

ABSTRACT
The main objective of this lab is to understand and analyze the behavior of a resistor coupled to a resistor during this part is necessary to know the function of each and how each one can act when it is in connection with a fountain. It is also necessary to understand and introduce the importance of the time constant of capacitor discharge as an important element in modern electronics. Discuss the importance of functional behaviors that can have these two elements of the circuit.

RESUMEN
El objetivo principal de este laboratorio es comprender y analizar el comportamiento de una resistencia acoplada a un resistor, durante esta parte es necesario conocer la función de cada uno y de qué forma puede actuar cada uno cuando se encuentra en conexión con una fuente. También es necesario entender e introducir la importancia de la constante de tiempo de descarga del condensador como un elemento importante para la electrónica moderna. Analizar la importancia de los comportamientos funcionales que pueden tener estos dos elementos del circuito.



INTRODUCCION Y OBJETIVOS
Como se observo en el tema anterior, puede que durante un circuito se encuentre aun resistor y un condensador acoplados simultáneamente. Entonces es necesario plantear la hipótesis principal como el tiempo juega un papel importante ya que anteriormente habíamos analizados estos elementos sin necesidad de la constante tiempo. Para esto es necesario comprender un capacitor como un interruptor el cual puede descargar y cargarse, como esto sucede puede pasar que el voltaje cambia y no siempre sea el mismo en relación del tiempo. Entonces el resistor cambiara la cambiara la corriente que pasa por su interior. Es por eso que es necesario comprender la nueva variable llamada τ la cual representara el tiempo de relajación del circuito. En esta parte de los cálculos será necesario admitir que el τ no siempre representara un valor constante a nivel teórico y a nivel experimental si no que mas bien puede variar de una manera mínima .Por otra parte Analizar los comportamientos funcionales de el voltaje con respecto a tiempo nos dará una idea de cómo se descarga o se carga un capacitor.


MARCO TEORICO
Circuitos R-C
En el acto de cargar o descargar un capacitor nos topamos en una situación en la que las corrientes, voltaje y potencia cambian con el tiempo.



En el proceso de carga de un capacitor, en t=0 se cierra el interruptor para completar el circuito y permitir que la corriente alrededor de la espira comience a cargar el capacitor. Para todas consideraciones practicas, la corriente comienza en el mismo instante en todas las partes conductoras del circuito, y en cada instante la corriente es la misma en todas partes.

En el proceso de descarga, al cabo de un tiempo igual a RC, la corriente en el circuito R-C ha disminuido a 1/e de su valor inicial. En este momento la carga del capacitor ha alcanzado una fracción (1-1/e)=0.632 de su valor final Q=CV. El producto RC es, en consecuencia, una medida de la rapidez de carga del capacitor. Llamaremos a RC, la constante de tiempo.
}

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
El proceso experimental fue muy sencillo se necesito ensamblar el siguiente circuito:

Para los cuales se hicieron las mediciones de voltaje correspondiente la fuente utilizada ξ fue de 10 voltios, la resistencia era de 3300 ohmios y el condensador era de 330 microfaradios y era necesario conectar el switch utilizado de manera correcta y con la polaridad indicada del condensador. Durante esta parte se activo el switch dejando sin voltaje a la resistencia luego se abrió el switch para que el condensador se descargara de tal manera que el voltaje suministrado volviera recorrer al resistor de manera normal. Después de esto e utilizo la barra de herramientas del data estudio para determinar de manera practica la constante de tiempo de relajación del circuito. Luego se hicieron los ajustes exponenciales respectivos para poder analizar la función correctamente
DATOS OBTENIDOS
Los datos obtenidos están consignados en las siguientes graficas:
· Grafica 1: Carga y descarga de los capacitores
· Grafica 2: Carga y descarga de los condensadores con ajuste exponencial y los valores del a función.
· Grafica 3: Carga y descarga de los condensadores con un aumento relativo

De las graficas se pudieron obtener los datos siguientes a través de la herramienta de data estudio para poder calcular τ de manera experimental:



Aplicando la ecuación se obtuvo
Para lo cual se obtuvo:
V(t)=4,874voltios
Vmax=9,790 voltios
t=0,79 segundos

Despejando se tiene entonces: τ=1,146 segundos y el teórico fue de 1,089 multiplicando la resistencia con el capacitor. Teniendo un error de 5%.

ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Como se pudo observar en los resultados puede que el tiempo de relajación del condensador pueda variar muy poco entre el teórico y el experimental. Esto puede suceder por la capacitancia del capacitor no es exacta y que el valor que se le venda al comprador sea el más aproximado, puede suceder que la composición química del dieléctrico puede variar por tanto la capacitancia de igual manera cambia. La otra parte que pudo cambiar puede ser el material no óhmico por el cual se traslado la corriente pudo haber afectado las mediciones que se realizaron. Durante la experiencia se debió prever el funcionamiento del switch como elemento importante en la elaboración de circuitos. Es de suma importancia recordar que los ejercicios cuando son llevados a la práctica se le deben considerar la polaridad del condensador. También es necesario comprender la relación entre voltaje y tiempo que existe entre un resistor y un condensador los cuales se encuentran en la mayoría de los circuitos que existen hoy en día.

CONCLUSIONES
Después de comprender todas las anotaciones teóricas se pudo analizar correctamente y comprobar nuestras hipótesis planteadas al principio de la experiencia como noss pudimos dar cuenta el error teórico con respecto al experimental. Se pudo comprender que puede suceder y porque muchas veces la polaridad de un condensador puede afectar las medidas de un circuito. Se pudo observar también que el comportamiento de la grafica fue el adecuado y que puede que el error radique en la medida de carga del capacitor. Además se debe tener en cuenta la temperatura ala cual se realizo la prueba ya que puede que esta no haya sido la mas indicada.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
[1] CASTRO CASTRO, Darío y OLIVO BURGOS, Antalcides, Física electricidad para estudiantes de ingeniería: notas de clase/ Darío Castro Castro, Antalcides Olivo Burgos. Barranquilla: Ediciones Uninorte, 2008.
[2] SEARS, ZEMANSZY, YOUNG, FREDDMAN, Física universitaria, Undécima edición, volumen II, Ed. Pearson educación, México 2004.
[4] TIPLER, Paul A, Física**, Tercera edición, Tomo II, Editorial Reverté, S.A., España, 1996.

Octubre 1, 2009 Departamento de Física
Laboratorio de Física electricidad ciencias básicas
Universidad Del Norte – Colombia.

RESITENCIAS Y LEY OHM

Rada Ariza Carlos Alfonso Laino Dario Alberto
Email: carada@uninorte.edu.co Email: lainod@uninorte.edu.co
Ing. Mecánica. Ing. Industrial.



ABSTRACT
The laboratory's main goal is to recognize and observe the behavior of ohmic materials through testing of circuits. Apply ohmn laws, and know its importance to apply to both complex and simple circuits. Expand knowledge about the current. Recognize the operation and applications of a non-ohmic in today's electronics. Recognize resistance. Differentiating the electromotive sources and voltage sources. Being able to meet the batteries internally and different chemical reactions to generate electricity

RESUMEN
El objetivo principal del laboratorio es reconocer y observar el comportamiento de los materiales óhmicos a través de pruebas de circuitos. Aplicar las leyes de ohmn y saber su importancia para aplicarlos a los circuitos tanto complejos como simples. Ampliar el conocimiento acerca la corriente. Reconocer el funcionamiento y las aplicaciones de un material no óhmico dentro de la electrónica actual. Reconocer las resistencias. Diferenciar las Fuentes electromotriz y las fuentes de voltaje. Poder conocer las baterías de manera interna y sus diferentes reacciones químicas para poder generar energía eléctrica.




INTRODUCCION Y OBJETIVOS
La hipótesis que se desea abstraer en esta experiencia de laboratorio es el reconocimiento de la ley de ohm y de su aplicación para el reconocimiento de materiales óhmicos. Durante esta experiencia también se puede entender el funcionamiento de una resistencia y del uso de los materiales no óhmicos para la electrónica moderna. Esta hipótesis también abarca parte del conocimiento de la corriente, ya que es necesario obtener y entender su aplicación cuando se desea conocer la obediencia de un material a la ley de ohm. En esta parte de la resistencia es necesario entender y comprender la diferencia entre una fuente electromotriz y una fuente de voltaje ya que nos puede servir de gran ayuda para el futuro.
Durante esta experiencia observamos el funcionamiento de una batería descomponiéndola en sus partes más mínimas y entendiendo las reacciones químicas que allí se presentan. En estos objeticos también se puede comprender como todo aparato que consuma energía puede tratarse como una resistencia y como las frecuencias en que se envía la corriente puede variar diversos parámetros e los circuitos. También y no sin importancia el conocer los símbolos de los circuitos, para poder interpretarlos diagramas que los parámetros utilizan.

MARCO TEORICO
· Corriente: Se define como todo movimiento de carga de una región a otra. El traslado de estas cargas se puede interpretar en términos de energía y trabajo, ya que el campo eléctrico realiza trabajo de traslado de cargas. La energía cinética resultante se transfiere al material conductor por medio de las colisiones de iones, los cuales vibran en torno a su posición de equilibrio en la estructura cristalina del conductor. Se define como

Y las unidades en SI son los amperes (A) que se definen como 1 coulomb/segundos. También podemos definir la corriente convencional en la cual se hace una convención del flujo de la dirección de la corriente adherido siempre a la carga positiva. Debemos decir que la cooriente convencional no simpre es siempre la dirección de corriente real.
La corriente por unidad de área se define como densidad de corriente J.

· La resistividad: Esta relación es llamada también la ley de ohm, Descubierta por el físico alemán George Simon Ohm. Yla definimos de estama manera relacionando las magnitudes del campo y la densidad e corriente.
El reciproco de la resistividad es la continuidad la cual se mide en Ohm x m-1 .
· Las resistencias: Cuando un material obedece a la ley de ohm la relación entre el campo y la densidad lineal siempre va ser la misma. Por tanto cuando es contante la corriente total que es proporcional a la diferencia de potencial dado de la siguiente manera:



La unidad e resistencia es el ohm que equivale a 1volt/ampere. Un dispositivo que tenga un valor especifico de resistencia entre sus extremo se denomina resistor.

· Fuerza electromotriz y resistencia interna: Se denomina fuerza electro motriz a toda influencia que hace fluir corriente de un potencial menor a uno mayor. Esta no es una fuerza en verdad es una energía por unidad de carga. A esto se le denomina fem. Idealmente la diferencia de potencial que se suministra entre los dos bornes es constante pero esto no sucede en la realidad, ya que la fuentes electromotrices poseen una resistencia interna la cual no permite que la conversión de energía química como en una batería, sea la misma que se produce a nivel eléctrico.
La resitencia interna está determinada por:
· Potencia y energía: En los circuitos eléctricos lo que más nos interesa es la velocidad de la entrega. Si la corriente es una velocidad de carga entonces el cambio de energía potencia que corresponde a la cantidad de carga es V dQ lo que significa:

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Durante la primera parte de la experiencia se hcieron la mediciones de voltaje en varias parte de una tabla de circuíos suministrada por la universidad en la cual se encontraba varias resistencias, capacitores y diodos, para este caso se utilizo la resistencia de 10 ohmios y un led (diodo emisor de luz) el cual se le suministraron diversos voltajes dentro de un rango de 0,1 hasta los 10 voltios. Después se conectaron 2 medidores de voltaje a puntos en los cuales se registraba el voltaje en un diodo y el otro en la resistencia. Estos datos se registraron y se tomaron medidas en la grafica para poder obtener de manera practica la pendiente de la recta. En la segunda parte de la experiencia se hizo un circuito con una bombilla y el generador de voltaje. Durante este circuito se conecto uno de los medidores de voltaje para poder observar el comportamiento del bombillo a diferentes voltajes hasta el punto de que este prendiera. Estos datos fueron anotados en la grafica y se les tomaron datos apropiados. En la parte cmplementaria final de la experiencia se observo

DATOS OBTENIDOS

Los datos obtenidos están consignados en las siguientes graficas:
· Grafica 1: Resistencia y led (diodo emisor de luz)
· Grafica 2: Bombillo

ANALISIS Y DISCUSION DE LOS RESULTADOS

En la primera parte de la experiencia se pudo comprobar de forma casi ideal como la pendiente de la recta de un material óhmico era el valor de la resistencia que este poseía, también se obtuvieron diferentes valores para los cuales se interpreto el comportamiento de los led como materiales no óhmicos que después de cierto voltaje estos tiende a comportarse de manera distinta como en una relación logarítmica. En esta parte se obtuvieron estos valores:

.

Demostrando claramente que no es un material óhmico el material que poseía una curva en forma exponencial. Y diferenciando claramente entre un material óhmico y uno que si lo es. En la segunda parte se pudo observar lo que estábamos esperando lo cual era que el foco pudo comportarse como una resistencia yaque la grafica aunque no fue perfecta tiende tras un ajuste lineal a comportarse como un material óhmico.

CONCLUSIONES
Para finalizar esta experiencia definimos entonces la corriente eléctrica y sus fenómenos para poder relacionar la mecánica clásica con la física eléctrica. Podemos también admitir como todas las teorías y leyes planteadas por los físicos es aplicable a la vida diaria, como en el caso de la ley (Relación) de Ohm o el caso de las ecuaciones de potencia para la energía eléctrica, todo esto asociado al movimiento de cargas que definimos en la primera parte de nuestro curso de física electricidad. También sería bueno poder relacionar estas teorías de resistividad a la vida diaria y poder comprender como en un circuito de una casa el cual puede parecer complejo, puede llevarse a algo muy simple en un diagrama de circuitos.
Por otra parte haber entendido las reacciones químicas que se pueden producir y también la generación de energía eléctrica a través de otras energías como la energía eólica, nuclear, térmica etc. De manera siguiente el comprender el funcionamiento de una fem con sus teorías de resistencia interna. Las múltiples aplicaciones de los materiales óhmicos y de los materiales que no obedecen a esa relación. Por otra parte entender que estos materiales pueden convertir la energía eléctrica en calor a través de su estructura cristalina, reduciendo el flujo de corriente.
Otra conclusión seria que para los materiales utilizados en el laboratorio los no óhmicos tienen un comportamiento interesante el cual nos permite deducir que ante cierta cantidad de corriente esto se comportan como óhmicos pero después de cierto tiempo estos dejan pasar la corriente.
Observar el comportamiento de los diodos como especies de separadores de corriente y comprender finalmente como todos lo utensilios como focos, lavadoras, televisores, etc. Pueden ser considerados como resistencias

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
[1] CASTRO CASTRO, Darío y OLIVO BURGOS, Antalcides, Física electricidad para estudiantes de ingeniería: notas de clase/ Darío Castro Castro, Antalcides Olivo Burgos. Barranquilla: Ediciones Uninorte, 2008.
[2] SEARS, ZEMANSZY, YOUNG, FREDDMAN, Física universitaria, Undécima edición, volumen II, Ed. Pearson educación, México 2004.
[4] TIPLER, Paul A, Física**, Tercera edición, Tomo II, Editorial Reverté, S.A., España, 1996.

Septiembre15, 2009 Departamento de Física
Laboratorio de Física electricidad ciencias básicas
Universidad Del Norte – Colombia.

LINEAS DE CAMPO ELECTRICO

Rada Ariza Carlos Alfonso Laino Dario Alberto
Email: carada@uninorte.edu.co Email: lainod@uninorte.edu.co
Ing. Mecánica. Ing. Industrial.





ABSTRACT
The laboratory's main goal is to expand knowledge about the capacitor, which have a very everyday use in today's electronics. During the laboratory was observed as it exists as a very broad relationship between the distance to the material found and the area they present to represent when a capacitor (or parallel plate, spherical, coaxial cable.). Also during the practice wanted to know the change that generated a material that was among them (in this case wood and acrylic) as this may increase or decrease its capacitance.


RESUMEN
El objetivo principal del laboratorio es ampliar los conocimientos con respecto a los condensadores o capacitores, los cuales tienen un uso muy cotidiano en la electrónica actual. Durante el laboratorio se observo como existe como una relación muy amplia entre la distancia a al que se encuentran los materiales y el área que estos presentan a la hora de representar un capacitor (ya sea de placas paralelas, esférico, cable coaxial.). También durante la práctica se quiso conocer el cambio que generaba un material que se encontraba entre ellos (en este caso madera y acrílico) ya que este puede aumentar o disminuir su capacitancia.

INTRODUCCION Y OBJETIVOS
Es de suma importancia recalcar que durante esta experiencia la hipótesis principal era la actuación del K como la constante dieléctrica de un material el cual se encuentra entre los conductores del capacitor. A demás de esto durante la práctica se pudo ver a través de las graficas como varia la carga con respecto a la distancias que se encontraba las placas (se debe resaltar que durante la práctica lo que se quiso fue representar un capacitor de placas paralelas) y como por obvias razones no se pudo variar área de las placas circulares era fundamental el delta de la distancia. En esta experiencia se pudo manifestar la importancia de la jaula de Faraday como medidor de cargas y también la conductividad del ser humano ya que este puede descargar un capacitor. También tuvimos bajo las indicaciones del profesor poder comprender el funcionamiento de un capacitor en un circuito poniendo de ejemplo un inodoro ordinario el cual almacena energía, y después de cierto tiempo este se detiene. Otro de los ejemplos mostrados en la experiencia fue la ruptura de un dieléctrico sometiéndolo a grandes diferencias de potencial lo cual nos permitió meditar como un dieléctrico puede actuar durante un campo muy fuerte.

MARCO TEORICO
· Capacitores y Capacitancia
Dos conductores cualesquiera separado por un aislador (o un vacio) forman un capacitor o condensador. Cuando un conductor tiene inicialmente carga cero y después se transfieren electrones de un conductor al otro, estamos cargando el capacitor. De tal manera los conductores tienen cargas iguales pero de diferente signo. Cuando decimos que un capacitor tiene carga Q o almacenada, queremos decir que el conductor que esta al potencial más alto es el Q y así también en sentido contrario.
En diagramas de circuitos se representara de la siguiente manera:

Cuando un capacitor se conecta a una fuente este experimenta una diferencia de potencial Vab fija entre los conductor la cual es igual al voltaje de la batería. El campo en cualquier punto de la región de entre los dos conductores es proporcional a la magnitud de Q de la carga de cada conductor, mas sin embargo la relación entre carga y diferencia de potencial entre los conductores no cambia. Esta relación se conoce como Capacitancia.
Unidad en SI es 1F=1farad=1C/V= 1 Coulomb/ Volt


· Capacitores en Serie y en Paralelo
Los Capacitores se fabrican bajo ciertas Capacitancias estándar pero estas pueden variar dependiendo del modo en que se encuentran ya que para diversos usos es necesaria la combinación de muchos de estos para tener la capacitancia adecuada.
Entonces se debe iniciar conociendo las formas más sencillas de conexión las cuales son la de paralelo y la de serie.

· Capacitores en serie:
Dos capacitores se encuentran en serie si estos se encuentran conectados por un conductor uno enseguida del otro. Entonces cuando se amplía el diferencial de potencia Vab positiva y es constante entre los puntos los capacitores se cargan y las dos poseen la misma magnitud. Para entender este fenómeno dese cuenta que la primera placa adquiere carga positiva, luego esta carga positiva atrae carga negativa hasta que todas las líneas de campo terminen en placa inferior (esto perteneciente al primer condensador), se debe tener en cuenta que las cargas negativas provenían del otro condensador, el cual realizo el mismo proceso si no que de manera contraria al condensador 1. De esta manera la carga final de la placa inferior del condensador 1 y la de la placa superior del condensador 2, en conjunto siempre debe ser cero ya que solo están conectadas unas con otras y nada más. Entonces en una conexión en serie la magnitud de todas las placas es la misma.

· La capacitancia equivalente: Ceq de la combinación en serie se define como la capacitancia de solo un capacitor cuya carga Q es la misma que la de las combinaciones cuando la diferencia de potencial es la misma.

· Capacitores en paralelo: En este caso las placas superiores de los dos capacitores están conectados mediante alambres conductores para formar una superficie equipotencial y las placas inferiores forman otra. Por tanto en una conexión en paralelo la diferencia de potencial de todos los capacitores individuales es la misma e igual a Vab. De cualquier manera las cargas no son necesariamente iguales puesto que pueden llegar a cada capacitor de manera distinta. Por tanto la capacitancia equivalente: Ceq es igual a un solo capacitor con la suma de las capacitancias de cada uno de ellos.

· Almacenamiento de energía: Las aplicaciones de los capacitores dependen de la cantidad de energía que pueden almacenar, y esta energía almacenada es la misma energía requerida para cargarlo. Es decir para separar las cargas y ubicarlas en los conductores. La energía potencial de un capacitor es el mismo trabajo necesario para cargarlo.



Esto también es igual al trabajo del campo eléctrico realiza cuando el capacitor se descarga. En este caso q disminuye de un valor inicial Q a cero conforme a los elementos de dq caen a través de las diferencias de potencial variando de V a 0. Si se define como cero la energía potencial de un capacitor sin carga entonces W en la ecuación es igual a laa energía potencial en U del capacitor cargado. La carga almacenada final es Q=CV.

Las ecuaciones anteriores nos dicen que la capacitancia mide la facultad de un capacitor de almacenar energía como carga. Si se carga un capcitor conectándolo a una batería o a una fuente que suministre una diferencia de potencial, entonces una mayor carga genera una mayor capacitancia. Casi en todas las aplicaciones los capacitores aprovechan la capacidad de almacenar energía y liberarla.

· Dieléctricos: Casi todos los capacitores poseen un material no conductor, o un dieléctrico, entre sus placas conductoras. Una clase común de capacitores utiliza largas tiras de hoja metálica como placas separadas por tiras de hojas de plástico como el Mylar.
La presencia de un dieléctrico solido máxima o entre las placas de un capacitor tiene tres funciones, primero resuelve el problema mecánico de mantener dos placas pegadas a distancias muy cortas, segundo este aumenta o disminuye la máxima diferencia de potencial posible entre dos placas, existe una ruptura del dieléctrico cuando esta ha alcanzado un campo eléctrico demasiado grande, entonces este tiende a ionizarse parcialmente la cual permite la conducción ante él. La otra función de un dieléctrico es aumentar la capacitancia. La capacitancia C0 está dada por C0= Q/V0 y con el dieléctrico la capacitancia es C= Q/V debido a esto podemos definir una constante dieléctrica la cual es la relación entre C y C0.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
En esta en la cual se analizaron los capacitores se puede subdividir en dos partes. En la primera parte se realizaron los puntos 1-3-5 en los que se procedió a variar la medida de la capacitancia con respecto al cambio de la distancia en esta parte se separo 3 cm luego 5cm de esta manera la capacitancia vario respectivamente como se esperaba. Se debe aclarar que la representación del condensador estaba conectada a un generador de 1000V continuos.
En la segunda parte se midió la capacitancia de la representación del capacitor cuando este poseía un dieléctrico de madera y otro de acrílico, este caso los dieléctrico se pusieron entre las dos placas con sumo cuidado ya que esto podía dañar las mediciones de la experiencia. En esta parte de la experiencia las graficas también respondieron de manera adecuada con las mediciones esperadas ya que con el dieléctrico de madera la capacitancia disminuyo y con el acrílico aumento. En la tercera parte 2-4 se cargo el capacitor por medio del contacto ya que el generador del voltaje estaba conectada a la esfera con superficie conductora, y de manera continua como el condensador estaba conectada electrómetro de modo que se pudo observa como la carga se quedaba almacenada y como después de cierto tiempo esta se descargaba cuando se colocaba en contacto con la mano.
Durante la experiencia del laboratorio también pudimos observa como un capacitor a una gran diferencia de potencial puede acabar explotando debido a la ruptura del dieléctrico. Se debe resaltar que es muy peligroso someter a un capacitor a una diferencia de potencial muy alta.

DATOS OBTENIDOS
Los datos obtenidos están consignados en las siguientes graficas:
Grafica 1: Carga del capacitor

Grafica 2: Medición de la carga entre las dos placas

Grafica 3: La varianza de la carga con respecto ala voltaje

Grafica 4:La variacón del voltaje con respecto ala distancia

Grafica 5 y 6: Dielectricos

ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Análisis de los resultados

Muchas de las hipótesis planteadas al antes de comenzar a realizar la practica de laboratorio fueron comprobadas de manera exitosa y sin muchos inconvenientes, sin embargo uno de ellos tuvo lugar al momento de elaborar la gráfica de el diferencial de potencial vs tiempo, el inconveniente surgió porque el sensor de DataStudio solo es capaz de percibir cierto valor para la tensión y como una de las placas del capacitor fue sobrecargada, entonces esta supero el limite del sensor, por lo tanto la gráfica no era lo que se esperaba. Luego de esto, se tomo la medida de no transferirle demasiada carga al capacitor y simplemente cargarlo un poco mas de la mitad de la medida que el electrómetro puede marcar, para que las lecturas del DataStudio fueran las adecuadas para el buen desarrollo de la experiencia. Luego de esto, descubrimos que realizar cada uno de los procedimientos lentamente produjo mejores resultados, por lo tanto los picos encontrados anteriormente fueron mejorando y así garantizar la certeza de los resultados obtenidos. Durante la experiencia era muy obvio la reacción que causaría la separación de las placas pero lo asombroso fue la reacción que causo la ruptura del dieléctrico, en este caso el aire, cuando este exploto de manera súbita al ponerle un voltaje mucho mas elevado del recomendado o al disminuir la distancia entre las dos placas paralelas del capacitor.
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CONCLUSIONES
Finalmente, en esta experiencia pudimos observar que es muy acertada la analogía que nuestro tutor hizo en clase, al comparar un inodoro con un capacitor, ya que el inodoro almacena agua en su tanque hasta que este llega a su tope, es decir se llena, de igual manera funcionan los capacitores pero en lugar de agua almacenan energía y también cuando están totalmente cargados o llenos por decirlo de otra forma dejan de hacerlo.
Por otra parte encontramos que los dieléctricos plásticos poseen una mayor constante dieléctrica que un material orgánico, también es necesario tener en cuenta el diferencial de potencial que es capaz de generarse entre las dos placas del capacitor porque pudimos observar el efecto negativo producido por las altas tensiones en el dieléctrico. Además fue posible inferir de la practica que para poder construir un capacitor de por lo menos un faradio de capacitancia es necesario la combinación de varios capacitores conectados entre sí hasta obtener la capacitancia requerida.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
[1] CASTRO CASTRO, Darío y OLIVO BURGOS, Antalcides, Física electricidad para estudiantes de ingeniería: notas de clase/ Darío Castro Castro, Antalcides Olivo Burgos. Barranquilla: Ediciones Uninorte, 2008.
[2] SEARS, ZEMANSZY, YOUNG, FREDDMAN, Física universitaria, Undécima edición, volumen II, Ed. Pearson educación, México 2004.
[4] TIPLER, Paul A, Física**, Tercera edición, Tomo II, Editorial Reverté, S.A., España, 1996.

Agosto 31, 2009
Departamento de Física
Laboratorio de Física electricidad ciencias básicas
Universidad Del Norte – Colombia.

LINEAS DE CAMPO ELECTRICO

Rada Ariza Carlos Alfonso Laino Dario Alberto
Email: carada@uninorte.edu.co Email: lainod@uninorte.edu.co
Ing. Mecánica. Ing. Industrial.


ABSTRACT
The main objective of the second experiment made in the physics lab electricity (equipotential lines and electric field) was the theoretical and experimental studies of the behavior of electric field and equipotential lines in practical ways in different systems such as in an electric dipole (Figure 1) or between two lines or conducting plates which resembles the model of a parallel plate capacitor (Figure 2). During the experience we were able to differentiate clearly the effects that occur by the superposition of electric fields.

RESUMEN
El objetivo principal de la segunda experiencia hecha en el laboratorio de física electricidad (líneas equipotenciales y campo eléctrico), fue el de estudiar teórica y experimentalmente el comportamiento del campo eléctrico y el de las líneas equipotenciales de manera práctica en distintos sistemas como por ejemplo en un dipolo eléctrico (Grafica 1) o entre dos líneas o placas conductoras que se asemeja al modelo de un capacitor de placas paralelas (Grafica 2).Durante la experiencia pudimos diferenciar claramente los efectos que se presentan por la superposición de campos eléctricos.

INTRODUCCION Y OBJETIVOS
Es claro que en esta experiencia la hipótesis primordial fue la de comprobar si en algún punto del espacio las líneas equipotenciales y las líneas de campo eléctrico se interceptaran estas dos formarían un ángulo recto (90 grados), dicho de otra manera, que existiría perpendicularidad entre ellas. Además, el diferencial de potencial eléctrico jugó un papel importante en el momento de realizar la experiencia de laboratorio, ya que esta permitió hallar las rutas en las que se encontraban las líneas de campo y la líneas equis potenciales.

MARCO TEORICO

· Líneas de campo eléctrico: Resulta conveniente representar el campo eléctrico dibujando las líneas que indican la dirección del campo en cualquier punto. Faraday, quien alrededor de 1840 introdujo el uso de las líneas de campo, creía que eran reales y las doto de propiedades elásticas. Aun cuando desde el punto de vista moderno las líneas de campo no son reales, ayudan a visualizar el campo eléctrico que si es real.

· ley de Gauss: el flujo eléctrico total a través de cualquier superficie cerrada S es el producto y la suma algebraica de todas las cagas dentro de S.
En términos matemáticos, la ley de Gauss es:(1)
En donde Q es la carga neta. Observe que es válido solo para superficie cerrada S, pero es apreciable sea cual sea su forma. Esas superficies, que por lo general serán hipotéticas, pueden tener forma de una esfera, cilindro o cualquier otra. A esas superficies las llamaremos superficies gaussianas.

· Potencial eléctrico: un potencial es energía potencial por unidad de carga. Se define el potencial V en cualquier punto de un campo eléctrico como la energía potencial U por unidad de carga asociada con una carga de prueba q0 en ese punto:
La energía potencial y la carga son escalares; por consiguiente el potencial es una cantidad escalar. 1V = 1J/C
· Superficies equipotenciales: el potencial en diversos puntos del campo eléctrico se puede representar gráficamente mediante superficies equipotenciales. Estas utilizan la misma idea fundamental de los mapas topográficos, se trazan curvas de nivel que pasan por los puntos que tienen la misma elevación. Por analogía con las curvas de nivel de mapa topográfico, una superficie equipotencial es una superficie tridimensional sobre la cual el potencial eléctrico V es el mismo en todos los puntos.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Después de haber comprendido la teoría de manera clara damos inicia conectando los materiales de la siguiente manera: Ubicamos en la placa de corcho el papel cuadriculado conductor preparado para simular dos cargas puntuales de manera posterior insertamos los chinches los cuales son conectados a un generador. Un chinche es conectado a él positivo y el otro al negativo creando así un buen ambiente para poder destacar los diferentes fenómenos que se presentan ante dos cargas. En la segunda parte de la experiencia el papel conductor simula dos placas metálicas y los chinches son insertado de manera vertical igual que de la forma anterior se midieron los diferentes efectos que las cargas pueden generar en un campo eléctrico. Para medir claramente las líneas de campo en estos dos papeles se utilizo un multimetro del cual se podían obtener lecturas para poder ubicar los campos. Para el caso de las líneas se utilizaron dos contactos los cuales hacían el trabajo de un compas, para las de campo simplemente se ubicaba donde se encontraba el voltaje pedido y hacia se podían ver claramente. Todas estas observaciones fueron plasmadas en unas copias entregadas por el profesor, estas copias eran una simulación del papel conductor.

DATOS OBTENIDOS
Los datos obtenidos están consignados en las siguientes graficas:
· Grafica 1: Dipolo eléctrico.

· Grafica 2: Placas paralelas (capacitor).

ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Durante la experiencia se esperaban que los datos fueron los correspondientes a los anotados en las graficas, ya que debido a la ayuda de un software especifico pudimos ver como se cumple el principio de superposición de las cargas y como se pueden afectar las curvaturas de la líneas de campo en las placas (capacitor) formando curvas cada vez mas elípticas. Era claro que las curvas también tenían que salirse del papel conductor ya que no alcanzaba. En la medición con los diodos no fue muy precisa ya que muchas veces el multimetro se apagaba o simplemente no se lograba obtener el valor más alto del voltaje. No dejando así que las líneas tuvieran un rumbo correcto.
Aunque los resultados esperados siempre se tendrán un margen de error claro el cual no dejara obtener la teoría exacta que se busca. Mas sin embargo los cálculos realizados respecto a la experiencia por medio del dibujo trazado fueron las esperadas para todo los integrantes del grupo. Aquí se pudo observar el famoso efecto de borde presentado por las placas paralelas en sus líneas de campo y la oblicuidad de las líneas de campo en un dipolo eléctrico.

CONCLUSIONES
De manera satisfactoria se cumplió la meta trazada para esta experiencia de laboratorio que era comprobar de manera práctica todas las hipótesis planteadas anteriormente, sin embargo no podemos descartar la existencia de un margen de error y este se da debido a las condiciones del medio en el cual se llevó a cabo nuestra experiencia de laboratorio, los posibles causantes serían: la humedad, que el ambiente estaba cargado o errores humanos en las mediciones, y toma de datos, todo esto debido al poco tiempo de utilidad del multimetro el cual al apagarse hacía perder los valores buscados. De todas maneras, es necesario resaltar que las graficas mostradas en la sección de datos obtenidos es sencillamente una manera de representar el campo eléctrico y las líneas equipotenciales que genera una carga puntual q0 alrededor de sí.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
[1] CASTRO CASTRO, Darío y OLIVO BURGOS, Antalcides, Física electricidad para estudiantes de ingeniería: notas de clase/ Darío Castro Castro, Antalcides Olivo Burgos. Barranquilla: Ediciones Uninorte, 2008.
[2] SEARS, ZEMANSZY, YOUNG, FREDDMAN, Física universitaria, Undécima edición, volumen II, Ed. Pearson educación, México 2004.
[4] TIPLER, Paul A, Física**, Tercera edición, Tomo II, Editorial Reverté, S.A., España, 1996.