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guia de laboratorio de fisica 2
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
1 / 87
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¡No te pierdas las partes importantes!
Código de registro: RE- 10 - LAB- 087 Versión 11.
Tabla de contenido_Toc
Práctica N
o
. 1............................................................................................................................................... 5
LEY DE COULOMB ................................................................................................................................ 5
Práctica N
o
. 2 .............................................................................................................................................. 13
GENERADOR DE VAN DE GRAAFF .................................................................................................. 13
Práctica N°. 3 ............................................................................................................................................ 18
LEY DE OHM Y CIRCUITOS CD ........................................................................................................ 18
Práctica Nº. 4 ............................................................................................................................................. 29
RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA .................................................................................................... 29
Práctica N
o
. 5............................................................................................................................................. 37
PUENTE DE WHEATSTONE ............................................................................................................... 37
Práctica N°. 6 ............................................................................................................................................ 41
CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR ............................................................................. 41
Práctica N
o
. 7 ............................................................................................................................................. 45
FUENTES DE CAMPO MAGNÉTICO ................................................................................................. 45
Práctica N
o
. 8 ............................................................................................................................................. 50
BOBINAS EN CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA Y ALTERNA...................................... 50
Práctica Nº. 9
INDUCCIÓN MAGNÉTICA (TRANFORMACIÓN DE VOLTAJE, GENERADOR Y MOTOR
ELECTRICO) ........................................................................................................................................... 55
Práctica N
o
. 10........................................................................................................................................... 63
CIRCUITO RLC ..................................................................................................................................... 63
Práctica N
o
. 11........................................................................................................................................... 73
ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS ...................................................................................................... 73
Práctica N
o
. 12........................................................................................................................................... 80
INTERFERENCIA Y DIFRACCIÓN .................................................................................... 80
Código de registro: RE- 10 - LAB- 087 Versión 11.
Registrar en forma ordenada y sistemática todas las condiciones experimentales
constantes bajo las cuales se realiza el experimento.
Anotar, en forma tabular, todas las variables medidas (respetar el número de cifras
significativas, incertidumbres y unidades apropiadas).
Todas las tablas deberán estar debidamente enumeradas y llevar un título descriptivo.
5.2. Gráficos – 10 (puntos)
En caso de relacionar dos variables se deben elaborar gráficos, en principio a mano,
empleando papeles de graficación: milimetrado, doble logarítmico (log – log) o semi –
logarítmico (semi log); se debe usar reglas, reglas cerchas y micropuntas 0,3 mm para
la graficación, luego repasar con tinta empleando un grafo del mismo diámetro.
Una vez que la técnica de graficar este aprendida, el docente autorizará el empleo de
la computadora.
Todas las gráficas deberán estar debidamente enumeradas y llevar un título
descriptivo, los ejes deben ser debidamente etiquetados especificando que variable
representan y las respectivas unidades. En caso de que más de una curva haya sido
incluida en una misma gráfica estas deben ser identificadas con una leyenda.
5.3. Ecuaciones y cálculos. (10 puntos)
Registrar las ecuaciones o relaciones matemáticas que se emplearon para realizar los
cálculos.
Se debe mostrar los cálculos más representativos, en caso de existir cálculos muy
largos, estos deben ser incluidos al final del informe en un anexo permitiendo de esta
manera una lectura más ágil del informe
5.4. Cálculo de errores (10 puntos)
Se debe realizar el cálculo de los errores o incertidumbres en las mediciones directas e
indirectas empleando criterios estadísticos y de propagación de errores.
Cuando las magnitudes físicas son obtenidas a partir de una gráfica se debe estimar el
error en la pendiente y la ordenada al origen
5.5. Resultados. (10 puntos)
Anotar todos los resultados calculados con el número de cifras significativas y el error
o incertidumbre calculado.
Para las prácticas donde se relacionan dos magnitudes físicas se debe obtener las
ecuaciones empíricas empleando métodos experimentales como el método de
mínimos cuadrados.
Código de registro: RE- 10 - LAB- 087 Versión 11.
6. Conclusión(es) (15 puntos)
Esta es la parte más importante del informe de laboratorio, aquí se analizan los datos y
resultados obtenidos en la práctica experimental.
Empezando la discusión con el propósito experimental y resumiendo brevemente la
idea básica del experimento, enfatizando las mediciones realizadas haga una transición
para discutir los resultados. Mencione sólo los resultados importantes (con las
incertidumbres y unidades) cuantitativamente con valores numéricos, no coloque
resultados intermedios. Su conclusión debe abordar preguntas tales como:
exponencial?
dependiente? Por ejemplo, si se incrementa la variable independiente, la variable
dependiente también, o por el contrario esta muestra una disminución.
Realice un análisis de la correspondencia entre sus resultados experimentales y lo
esperado de acuerdo a la teoría, para eso use tanto las incertidumbres determinadas
como las diferencias porcentuales. Esto conduce a la discusión de las fuentes de error,
en la discusión de las fuentes de error, se debe considerar todo lo que pudo haber
afectado la medición tomando en cuenta preguntas tales como:
son debidas a idealizaciones inherentes en la teoría (o ambos)?
reducir estas?
despreciados en la teoría se debieron tomar en cuenta?
En cualquier caso, en la presentación de los resultados se deben considerar
desviaciones sistemáticas y aleatorias
Plantear explicaciones para resultados inesperados.
7. Respuestas a las preguntas del cuestionario (10 puntos)
Escribir las respuestas a las preguntas del cuestionario que se encuentra en la Guía de
Prácticas de laboratorio al final del tema correspondiente.
8. Bibliografía
Respaldar el marco teórico con las citas bibliográficas correspondientes es
recomendable emplear la norma APA (ver especificaciones en Internet)
9. Anexos
Si existen cálculos demasiado extensos o repetitivos estos deben ser incluidos en esta
sección al final del informe.
Código de registro: RE- 10 - LAB- 087 Versión 11.
pueden fijar límites en la magnitud máxima de 𝜀, dependiendo de la sensibilidad y
precisión del experimento. El valor de 𝜀 determinado por Cavendish y Maxwell en
épocas anteriores eran < 10
−
y < 10
−
,respectivamente. Con los experimentos
modernos esto ha mejorado a < 10
−
. Hoy en día, se cree que la fuerza de Coulomb
obedece al comportamiento del cuadrado inverso exactamente. Otro aspecto
sorprendente de la ley de Coulomb es el rango de escalas de longitud donde ha sido
probado y se ha encontrado válido. La ley de Coulomb se confirma hasta escalas de
longitud de 10
− 15
m mientras que las mediciones en el campo magnético de Júpiter han
confirmado esta ley a escalas de gran longitud de 108 m.
Balanza de torsión de Coulomb:
En la Fig.1 se muestra la histórica balanza de torsión diseñada
por Coulomb. Compuesta por una caja de vidrio cilíndrica y
cerrada por una tapa de la que emerge un tubo de vidrio. El
tubo termina con una pieza de metal de la que se suspende una
fibra de torsión. La fibra sostiene una aguja horizontal hecha de
laca, con un disco de latón A en un extremo y una esfera en el
otro. La altura de la aguja se ajusta mediante una perilla que se
gira para enrollar la rosca de suspensión en un eje horizontal.
Este eje está montado en un disco giratorio en el que está
grabada una escala calibrada en grados. La segunda esfera B
está suspendida a través de un orificio en la tapa de la caja de
vidrio. B es cargada fuera de la caja y colocada de nuevo tocando el disco de latón y,
por lo tanto, cargándolo también.
Se descubrió que los dos objetos cargados se repelen entre sí, retorciendo la fibra a
través de un cierto ángulo, que se podía leer desde una escala en el instrumento. Al
conocer el ángulo, Coulomb fue capaz de calcular la fuerza entre las bolas.
Hielera de Faraday:
Para demostrar el efecto de la inducción electrostática en un recipiente conductor,
Faraday utilizó una cubeta de metal hecha para contener hielo. El experimento
muestra que una carga eléctrica encerrada dentro de una carcasa conductora induce
una carga igual en el exterior de esta. También demuestra el principio detrás del
blindaje electromagnético normalmente utilizado en la jaula de Faraday. El
experimento de la hielera fue el primer experimento cuantitativo preciso sobre carga
electrostática. La Carga transportada por un objeto se puede medir utilizando un
electrómetro colocando el objeto en una cubeta de hielo conectada a tierra.
Unidad de carga:
Debido a la dificultad de realizar mediciones electrostáticas precisas directamente, la
unidad SI de carga, el coulomb (C), se define en términos de la unidad de corriente
eléctrica, el amperio (A).
Si una corriente constante de un amperio fluye a través de un cable, entonces un
coulomb es la cantidad de carga que pasa a través de cualquier sección transversal de
ese cable en un segundo, o 1 A = 1 C/s. La carga en un solo electrón es de 1.602 × 10
Código de registro: RE- 10 - LAB- 087 Versión 11.
El estudiante analiza la dependencia de la fuerza eléctrica como función de la carga y la
distancia entre dos cargas, usando la balanza de torsión para demostrar la ley de
Coulomb y determinar la constante electrostática.
Detalle por grupo de 4 estudiantes
EQUIPOS y MATERIALES
Íte
m DENOMINACIÓN Cantidad Unidad Observaciones
1 Aparato para la ley de Coulomb 1 Unidad
2 Fuente de poder de Kilovoltios 1 Unidad
3 Electrómetro básico 1 Unidad
4 Jaula de Faraday 1 Unidad
Productor de carga y plano de
prueba
Íte
m DENOMINACIÓN Cantidad Unidad Observaciones
1 Agua destilada o alcohol csp Para limpieza
Figura 2 Conjunto completo de materiales
La configuración completa utilizada en este experimento se muestra en la Figura 2. El
modelo PASCO ES-9070 Coulomb Balance es una delicada balanza de torsión que se
puede utilizar para investigar la fuerza entre objetos cargados. Una esfera conductora
con radios de 1,9 cm está montada en una varilla, contrabalanceado y suspendido
Código de registro: RE- 10 - LAB- 087 Versión 11.
donde Ktor es la constante de proporcionalidad se denomina constante de torsión
Ktor. El valor Ktor se puede determinar midiendo la fuerza de torsión en función de 𝜃 y
calculando Ktor a partir de la pendiente de una gráfica trazado entre Ftor ~ 𝜃. Los
detalles sobre esta medición se proporcionan en el manual de empresa. El valor de
Ktor está predeterminado siguiendo el método sugerido y por lo tanto, no tiene que
realizar esta parte durante su experimento. En equilibrio la fuerza Coulomb
Fcorr se equilibra con Ftor. Por lo tanto, utilizando Ecns (3) y (4), una fórmula de
trabajo general se puede derivar mostrando la relación entre el ángulo de torsión, la
carga en las esferas y la distancia de separación entre ellas:
donde 𝜗 𝑐𝑜𝑟𝑟
⁄ y K torr = ….
Consejos de funcionamiento:
Este experimento funciona mejor en invierno cuando el aire está seco y la carga no se
filtrará rápidamente de las esferas. Mantenga la balanza alejada de las paredes o de las
personas que puedan estar cargadas. Párese detrás y lejos de la balanza, y tocando el
suelo para perder cualquier carga sobre sí mismo.
Después de cargar las esferas, apague la fuente de alimentación inmediatamente.
Mantenga sus manos tan lejos como sea posible de la esfera mientras se carga. Si la
carga parece estar desapareciendo rápidamente, limpie los aislantes con alcohol.
Tenga en cuenta que la fuente de alimentación de alto voltaje alcanza hasta
alrededor de 6kV. No toque el extremo de la sonda de alto voltaje o de lo contrario
recibirá un shock moderado. El choque es moderado porque el suministro de alto
voltaje tiene un nivel muy grande de resistencia en serie con la sonda, limitando el
flujo de corriente a un nivel seguro.
A) Fuerza en función de la distancia:
sígala estrictamente para mejores resultados.
completamente descargadas (tóquelas con una sonda conectada a tierra) y mover la
esfera deslizante lo más lejos posible de la esfera suspendida.
experimento.
Solo asegúrese de que el dial de torsión esté en 0. En caso de que no, haga un ajuste
fino Girando adecuadamente el retenedor de alambre de torsión inferior hasta que el
conjunto del péndulo esté en su posición de desplazamiento cero como lo indican las
marcas del índice.
voltaje en 6-7 kV y luego apagar. Un terminal de la fuente de alimentación debe estar
conectado a tierra.
6 - 7 kV, tocándolos uno por uno con una sonda de carga. Inmediatamente después de
Código de registro: RE- 10 - LAB- 087 Versión 11.
cargar las esferas, apague la fuente de alimentación para evitar efectos de fugas de
alto voltaje.
la misma carga en ambas esferas, la esfera suspendida se aleja de la esfera deslizante a
una posición de equilibrio. Ajuste la perilla de torsión según sea necesario para
equilibrar las fuerzas y llevar el péndulo de vuelta a la posición cero. Repita esta
medición varias veces, hasta que el resultado es repetible dentro de ± 1°. Registre la
distancia (R) y el ángulo (𝜃) en la Tabla 1.
descargadas. Manteniendo el voltaje de alimentación igual, repita los pasos 4- 5
colocando la esfera deslizante a diferentes distancias de separación en el rango de 7-
12 cm en pasos de 0,5 cm. Registrar todos sus datos.
adquirieren la misma carga), necesita usar una tercera
esfera conductora idéntica a las otras dos que está
unido a una rosca aislante. Asegúrese de que se
descarga tocándola con una sonda conectada a tierra.
del electrómetro, cubo de
hielo y cables de conexión cuando están conectados.
Utilice un medidor LCR para registrar este valor.
esfera deslizante. Sostener la tercera esfera por el hilo aislante, tóque primero a la
esfera cargada y luego al conductor interno del cubo de hielo de Faraday como se
muestra en la Fig. 3. Ya que la capacitancia de la cubeta de hielo y electrómetro es
mucho mayor que el de la esfera (se puede comprobar esto), prácticamente toda la
carga q se transfiere a la cubeta de hielo.
ahora se puede determinar usando la ecuación q = 2CV. El factor 2 surge porque la
tercera esfera adquiere solo la mitad de la carga real en la esfera deslizante.
B) Fuerza en función de la carga:
cargan a diferentes se anotan los valores y los ángulos de torsión correspondientes.
(tóquelas con una sonda conectada a tierra) y mueva la esfera deslizante lo más lejos
posible de la esfera suspendida.
separado encendiendo ahora la fuente de alimentación. Por lo tanto, ambas esferas
están idealmente cargadas al mismo valor.
(elija un valor entre 8 y 10 cm). La esfera suspendida se desvía de la posición de
equilibrio. Observe el ángulo girado para que el equilibrio vuelva al equilibrio.
Código de registro: RE- 10 - LAB- 087 Versión 11.
un voltaje dado. Este efecto debería minimizarse para que la carga en las esferas
pueda reproducirse con precisión al recargar durante el experimento.
puede causar filtración de carga. Para evitar esto, evite manipular estas piezas tanto
como sea posible y ocasionalmente límpielos con alcohol para eliminar la
contaminación.
posible después de la carga, para minimizar los efectos de fuga.
Recuerde que las esferas deben estar al máximo de separación mientras las carga.
𝑡𝑜𝑟𝑟
Tabla 1 Voltaje suministrado = Carga sobre cada esfera =
𝑐𝑜𝑟𝑟
Tabla 2 R =
𝑆1# Voltaje
suministrado
Carga 𝜗 𝜗
𝑐𝑜𝑟𝑟
a) En el Desarrollo de la práctica ¿qué factores constituyen fuentes de error?
b) ¿Por qué la carga inducida que se puede obtener es limitada si el número de
electrones presentes en el conductor es extremadamente grande?
Referencia
[1] Jewett Jr. J. W. y Serway, R. A. (2018). Física para ciencias e ingeniería 2 (10a. ed.).
Cengage Learning. https://elibro.net/es/lc/bibliounivalle/titulos/
[2] Resnick, R. Halliday, D.; Krane, K. (2013) Física Volumen 2. Grupo editorial Patria.
[3] Young, H. D. y Freedman, R. A. (2018). Sears y Zemansk. Física universitaria con
física moderna 2. Pearson Educación.
https://elibro.net/es/lc/bibliounivalle/titulos/
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Práctica N
o
GENERADOR DE VAN DE GRAAFF
La ley de Gauss establece que el flujo eléctrico a través de una superficie cerrada
es igual al cociente entre la carga eléctrica en el interior de dicha superficie
dividido entre ε
0
𝟎
Consideremos una esfera hueca de radio R cargada con una carga eléctrica Q. Tal
como se observa en la figura1.
Figura 1
La distribución de carga eléctrica tiene simetría esférica, luego la dirección del
campo eléctrico es radial. Tomamos como superficie cerrada, una superficie
esférica de radio r. el campo eléctrico es constante en todos los puntos de la
superficie esférica por lo que:
𝟐
total, q=Q.
𝟎
𝟐
Código de registro: RE- 10 - LAB- 087 Versión 11.
El estudiante determina el campo eléctrico máximo, la Carga Eléctrica máxima, el
Potencial eléctrico, Capacitancia y la Energía almacenada en el cascaron esférico
usando el generador de Van de Graff para verificar las ecuaciones teóricas
involucradas en la ruptura del dieléctrico.
Detalle por grupo de 4 estudiantes
Ítem Denominación Cant. Unid. Observaciones
1 Generador de Van De Graff 1 Unid.
2 Calculadora científica 1 Unid.
3 Flexómetro con sensibilidad de 0.5 mm 1 Unid.
Ítem Denominación Cant. Unid. Observaciones
1 Cables de conexión 6 Unid.
2 Energía eléctrica Gl Vol.
R del generador de Van de Graff.
cuando se aproxima la esfera pequeña, conectada a tierra, al cascaron esférico
del generador de Van de Graff.
= 4πε
0
La práctica tendrá una duración de dos períodos académicos
Van de Graff.
Van de Graff.
V
2
2
Código de registro: RE- 10 - LAB- 087 Versión 11.
a. ¿Investigue sobre el viento Iónico que se produce en el generador de Van de
Graff?
b. ¿A qué distancia existe ruptura dieléctrica en la práctica?
c. ¿Qué signo de cargas almacena el generador de Van de Graff explique su
respuesta?
d. ¿Cuáles son los materiales más positivos, negativos y neutros?
e. ¿Cuánta energía almacena el generador de Van de Graff antes que se genere la
ruptura dieléctrica?
Referencia
[1] Jewett Jr. J. W. y Serway, R. A. (2018). Física para ciencias e ingeniería 2 (10a. ed.).
Cengage Learning. https://elibro.net/es/lc/bibliounivalle/titulos/
[2] Resnick, R. Halliday, D.; Krane, K. (2013) Física Volumen 2. Grupo editorial Patria.
[3] Young, H. D. y Freedman, R. A. (2018). Sears y Zemansk. Física universitaria con
física moderna 2. Pearson Educación.
https://elibro.net/es/lc/bibliounivalle/titulos/
Código de registro: RE- 10 - LAB- 087 Versión 11.
Práctica N° 3
LEY DE OHM Y CIRCUITOS CD
Resistencia, Diferencia de potencial y Corriente.
La Resistencia de los Resistores se opone al paso de la corriente eléctrica (símbolo
R, unidad Ohmios), se mide directamente con un óhmetro. Este valor de la
resistencia depende de la geometría y del material del resistor.
En cambio, la diferencia de potencial entre las terminales de un Resistor (medida
en Voltios), representada por v o V. Se define como el trabajo realizado al mover
una unidad de carga eléctrica entre las terminales del Resistor:
v =
dW
dq
El movimiento de portadores de cargas, electrones y/o iones, por unidad de
tiempo, a través del Resistor constituye una corriente eléctrica, que se representa
con la letra i o I. la corriente eléctrica instantánea se define como:
i
t
dq
t
dt
Ley de Ohm. La ley de Ohm, establece que la relación entre la corriente eléctrica,
a través del Resistor, y la diferencia de potencial entre las terminales del Resistor
es proporcional, la constante de proporcionalidad es igual a la inversa de la
resistencia del Resistor.
Donde:
V = Diferencia de Potencial eléctrica medida en Voltios (V).
I = Intensidad de corriente eléctrica medida en Amperios (I).
R = Resistencia eléctrica medida en Ohmios (Ω).
El estudiante analiza circuitos resistivos simples en CD usando el tablero de circuitos
del laboratorio para la verificación de la Ley de Ohm.
Código de registro: RE- 10 - LAB- 087 Versión 11.
Detalle por grupo de 4 estudiantes
Ítem Denominación Cant. Unid. Observaciones
1 Calculadora con funciones de estad. 1 Unid.
2 Tablero para armar circuitos 1 Unid.
3 Multímetro 2 Unid.
4 Fuente de alimentación de cc 1 Unid.
5 Resistores de 10, 100 y 47 KΩ 1 Jgo.
Cables de conexión (Positivo y
negativo) 6 Unid.
Cable de energía (positivo y
negativo) 2 Unid.
Ítem Denominación Cant. Unid. Observaciones
1 Energía eléctrica Gl Kw
como se muestra en la figura, el amperímetro se debe conectar en serie con
el resistor.
tensiones de: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 y 10 Voltios de cc, para Resistores de 10
kΩ, 47 KΩ y 100 KΩ.
La práctica tendrá una duración de dos períodos académicos
misma gráfica trace las curvas de la corriente en función del voltaje I = f(V),
Use un color distinto para cada resistencia.