Magnetismo

Objetivos:

· Comprobar visualmente la existencia del campo magnético.

· Visualizar la dirección de las líneas de campo.

Experiencia:

Las fuerzas magnéticas al igual que las gravitatorias y eléctricas, se manifiestan a cierta distancia y, por lo tanto, los cuerpos se atraen sin necesidad de contacto.Así como en el espacio que rodea un cuerpo eléctricamente cargado existe un campo eléctrico; los imanes crean a su alrededor un campo magnético, en el cual actúan las fuerzas magnéticas.

Pudimos comprobar la existencia de campo magnético en distintos puntos alrededor del imán, poniendo pequeñas brújulas. Estas modifican su orientación natural, la que corresponde al campo magnético terrestre, y se orientan correspondiéndose con el campo producido por el imán.De esta manera verificamos la existencia y dirección del campo mediante las orientaciones que tomaron las pequeñas brújulas. Las puntas azules de las brújulas apuntan al polo positivo del imán, y las puntas rojas apuntan al polo negativo del imán. La dirección que toma la aguja es tangente a la línea del campo de fuerza.Además pudimos comprobar que el campo magnético es interrumpido únicamente si la superficie es Ferro magnética, ya que superficie de la mesa no afecta la existencia del campo.

Las Líneas de campo se pudieron visualizar aún mejor colocando sobre el imán una hoja, y espolvoreando sobre esta limadura de hierro. Estas se distribuyeron marcando líneas que indican la dirección de las fuerzas magnéticas, llamadas líneas de fuerza o de campo magnético. Cada limadura de hierro se convierte en un pequeño imán que se orienta en el campo. Además al aumentar la cantidad de limadura de hierro se pudo visualizar una acumulación que evidenciaría que estas líneas de campo se forman en las tres dimensiones.

Las líneas de fuerza son más numerosas y próximas entre sí en las cercanías de los polos, lo que demuestra que es allí donde el campo es más intenso. Además las líneas comienzan en un polo y terminan en el otro.

Por otro lado, también visualizamos el campo magnético en un electroimán. En un primer momento, las brújulas estaban orientadas con el campo terrestre pero al proporcionarle corriente eléctrica se reorientan siguiendo las líneas del campo producido por el electroimán (siguiendo la regla de la mano derecha).

Capacitores:

Objetivo:

Asociar capacitores en serie y en paralelos.

Cuestiones teóricas:

Un capacitor es un elemento de dos terminales que consta de dos placas conductoras separadas por un material no conductor, está compuesto de dos terminales cuyo propósito es introducir capacitancia a uncircuito eléctrico. La carga eléctrica se almacena en las placas, y el espacio entre las placas se llena con un material dieléctrico. En su funcionamiento las dos placas poseen el mismo valor de carga pero de signos contrarios. El valor de la capacitancia es proporcional al área superficial del material dieléctrico e inversamente proporcional a su espesor. La capacitancia se define como la razón de carga almacenada a la diferencia de voltaje entre dos placas o alambres conductores. Para obtener mayor capacitancia se requiere de una estructura muy delgada con un área grande.

C=Q/V

Q = carga almacenada

V = diferencia de potencial

Símbolo del Capacitor

Experiencia:

C₁= 1000pf

C₂= 2200pf

C₃= 3900pf

Capacitores en serie:

Capacitores en paralelo:

Capacitores Mixtos:

Tabla de valores

	CM	CT	E%
C1	1120	1000	12%
C2	1941	2200	11,7%
C3	2950	3900	24,3%

Fotos:

Asociación de Resistencia y Leyes de Kirchhoff

Objetivos:

· Aplicar las leyes de Asociación de Resistencias.

· Conocer y Aplicar las leyes de Kirchoff .

Materiales:· Placa Proto Boatd.

· Resistencias

· Multitester.

· Escala de colores para las Resistencias:

Negro	0	X 100
Marrón	1	X 101
Rojo	2	X 102
Naranja	3	X 103
Amarillo	4	X 104
Violeta	5	X 105
Azul	6	X 106
Verde	7	X 107
Gris	8	X 108
Blanco	9	X 109

1) Resistencias

R	RS/COLOR	RM.real	E%
R1	45000AVN	46,2 KΩ	2,66%+
R2	33000NNN	32,4 KΩ	1,82%-
R3	8200GRR	8,05 KΩ	1,83%-
R4	3300NNN	32,5 KΩ	1,52%

2) Asociación en Serie:

R_T=R₁ + R₂ +R₃R_T= 45 KΩ +33 KΩ +8,2 = 86,2 KΩ

E%= -0,58

R_TM= 86,7 KΩ

3) Asociación en paralelo

RT = 5,73KΩ

R_{TM = 5,63}KΩ

E% = 1,74%

4) Asociación Mixta

R_TM=59,3

E% = 1,56%

5) kirchoff de Tensión:

Pila de 9V

Tensión de la fuente (Medida)= 8,51V

V_T = V_R1+V_R2+V_R3

V_TM= 4,52V +3,17V +0,78V=8,47V

E% = 0,47%

6) Kirchoff de Corriente

I_T = I₁+I₂+I₃

I_T= 1467 µA = 1,467 mA

I_TM = 182 µA +259 µA + 1478 µA =1478 µA

E% = -0,75%

Algunas Causas del Error:

· Al medir con los dedos, la mano hace de resistencia en serie; e interfiere en el valor final.

· Errores por resistencias de contacto dado que no están soldadas las resistencias.

Resistencia- Ley de Ohm

Objetivos:

Verificar experimentalmente la Ley de Ohm.

Materiales: Transformador, rectificador, fuente, lampara, amperimetro, voltimetro, cables.

La Ley de Ohm afirma que la corriente que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la tension e inversamente proporcional a la resistencia siempre y cuando su temperatura se mantenga constante.

La ecuación matemática que describe esta relación es:

Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, y Res la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es constante, independientemente de la corriente.

Se armo el circuito que se muestra en el dibujo para poder realizar la experiencia:

Variando el voltaje de la fuente pudimos registrar los siguientes datos:

Conclusion:

Se puedo experimentar que se verifica la Ley de Ohm.

Puente de Wheatstone

Un puente de Wheatstone es un instrumento eléctrico que se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Estos están constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida.

Objetivo: Determinar la resistencia a través del Puente de Wheatstone.

Materiales: Puente de Wheatstone, caja de resistencias, fuente de alimentación, miliamperímetro, voltímetro, resistencias problema, cables.

Cuando se desea conocer el valor de una resistencia con cierta precisión se hace uso de los llamados "circuitos puente". De estos, el más conocido es el puente de Wheatstone cuyo esquema eléctrico es el de la figura:

De las siguientes formulas podemos hallar R4:

Conclusión

A causa de que una decada estaba sin funcionar correctamente, el valor obtenido experimentalmente no se acercaba al valor teórico arrojando un error muy grande. Reajustando el valor de R1 obtuvimos un valor mas cercano al teórico.

Jaula de Faraday

El efecto jaula de Faraday provoca que el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio sea nulo, anulando el efecto de los campos externos. Esto se debe a que, cuando el conductor está sujeto a un campo electromagnético externo, se polariza, de manera que queda cargado positivamente en la dirección en que va el campo electromagnético, y cargado negativamente en el sentido contrario. Puesto que el conductor se ha polarizado, este genera un campo eléctrico igual en magnitud pero opuesto en sentido al campo electromagnético, luego la suma de ambos campos dentro del conductor será igual a 0.

Se pone de manifiesto en numerosas situaciones cotidianas, por ejemplo, el mal funcionamiento de los teléfonos móviles en el interior de ascensores o edificios con estructura de rejilla de acero.

Una manera de comprobarlo es con una radio sintonizada en una emisora de Onda Media. Al rodearla con un periódico, el sonido se escucha correctamente. Sin embargo, si se sustituye el periódico con un papel de aluminio la radio deja de emitir sonidos: el aluminio es un conductor eléctrico y provoca el efecto jaula de Faraday.

Este fenómeno, descubierto por Michael Faraday, tiene una aplicación importante en aviones o en la protección de equipos electrónicos delicados, tales como repetidores de radio, discos duros y televisión situados en cumbres de montañas y expuestos a las perturbaciones electromagnéticas causadas por las tormentas

Funcionamiento

El funcionamiento de la jaula de Faraday se basa en las propiedades de un conductor en equilibrio electrostático. Cuando la caja metálica se coloca en presencia de un campo eléctrico externo, las cargas positivas se quedan en las posiciones de la red; los electrones, sin embargo, que en un metal son libres, se mueven en sentido contrario al campo eléctrico y, aunque la carga total del conductor es cero, uno de los lados de la caja (en el que se acumulan los electrones) se queda con un exceso de carga negativa, mientras que el otro lado se queda sin electrones (carga positiva).

Se puede construir con materiales de bajo costo utilizando un tejido mosquitero de alambre dándole forma de caja. Luego dentro de ella colocamos algún objeto que haga interferencia

Máquina de Wimshurst

La máquina de Wimshurst es un generador electrostático de alto voltaje desarrollado entre 1880 y 1883 por el inventor británico James Wimshurst (1832 - 1903). Tiene un aspecto distintivo con dos grandes discos a contra-rotació

n (giran en sentidos opuestos) montados en un plano vertical, dos barras cruzadas con cepillos metálicos, y dos esferas de metal separadas por una distancia donde saltan las chispas. Se basa en el efecto triboeléctrico, en el que s

e acumulan cargas cuando dos materiales distintos se frotan entre sí.

Descripción

Estas máquinas pertenecen

a una clase de grupos de generadores, que crean cargas eléctricas por inducción electrostática. En un principio las máquinas de esta categoría fueron desarrolladas por Wilhelm Holtz (1865 y 1867), Agosto Toepler (1865), y J. Robert Voss (1880). Las máquinas más antiguas son menos eficientes y exhiben una tendencia imprevisible a cambiar de polaridad. La máquina de Wimshurst no tiene este defecto.

En una máquina Wimshurst, los dos discos de aislamiento y sus sectores de metal giran en direcciones opuestas que pasan por las barras neutralizadoras cruzadas de metal y por sus pinceles. Un desequilibrio de cargas es in

ducido, amplificado y almacenado por dos pares de peines de metal con los puntos situados cerca de la superficie de cada disco. Estos colectores se montan sobre un soporte aislante y conectado a una salida terminal. La retroalimentación positiva, aumenta la acumulación de cargas en forma exponencial hasta que la tensión de ruptura dieléctrica del aire alcanza una chispa.

La máquina está lista para comenzar, lo que significa que la energía eléctrica externa no es necesaria para crear una carga inicial. Sin embargo, se requiere energía mecánica para tornar los discos en contra el campo eléctrico, y es esta energía que la máquina convierte en energía eléctrica. La salida de la máquina de Wimshurst es esencialmente una corriente cons

tante ya que es proporcional al área cubierta por el metal y los sectores a la velocidad de rotación. El aislamiento y el tamaño de la máquina determinan la salida de voltaje maxima que se puede alcanzar. La chispa de energía acumulada se puede aumentar mediante la adición de un par de frascos Leyden, un tipo de condensador adecuado para la alta tensión, con los frascos en el interior de las placas conectados en forma independiente a cada una de las terminales de salida y conectados con las placas exteriores entre sí. Una máquina Wimshurst puede producir rayos que son aproximadamente un tercio del diámetro del disco de longitud y varias decenas de microamperes.

Actividad de Laboratorio: Cuerpos cargados

Marco Teórico

La electrostática es la parte de la física que estudia los fenómenos que se presentan cuando las cargas de un cuerpo están en reposo y adquieren energía de otro, ya sea por frotamiento, contacto o inducción.

Al frotar un cuerpo con otro, este adquiere una carga eléctrica que produce atracción o repulsión. Por ejemplo, cuando una persona se peina, frota el peine contra el cabello y lo atrae.

Esa atracción o repulsión entre los cuerpos se debe a la ganancia o pérdida de electrones, los cuales presentan gran movilidad y tienden a "salir" del cuerpo.

Cuando un cuerpo tiene el mismo número de protones (+) que de electrones (-), se le considera eléctricamente neutro. Si presenta exceso de electrones, se trata de un cuerpo cargado negativamente pero si tiene deficiencia de ellos, está cargado positivamente.

Los cuerpos de cargas contrarias se atraen, en cambio, los de cargas iguales tienden a rechazarse.

Una forma de quitar la carga eléctrica a un cuerpo es ponerlo en contacto con el suelo ("hacer tierra"), por medio de un cable o simplemente al ser tocado el objeto por una persona.

Algunos fenómenos electrostáticos se pueden observar con ayuda del péndulo eléctrico y el electroscopio.

Objetivo: determinar si todos los cuerpos pueden se cargados por frotamiento. Observar la influencia de los cuerpos cargados sobre otros.

Primera instancia de la actividad: construir un péndulo eléctrico. Este sencillo equipo nos permitirá determinar si un cuerpo se encuentra cargado o no.

Materiales: Hilo de coser, bolita o trozo de telgopor o corcho, botella con tapón de corcho, alambre de aproximadamente 30 cm, aguja de coser, papel metalizado.

Procedimiento:

a) Dobla el extremo del alambre en forma de rulo, a 6 cm del mismo, dobla el alambre en ángulo recto y clava el otro extremo en el corcho de la botella como muestra la figura.

b) Corta un trozo de telgopor o de corcho con forma de bolita, de aproximadamente ½ cm de diámetro y atraviésalo con el hilo anudado en el extremo. Envuelve la bolita con papel metalizado.

c) Ata en el extremo del alambre el hilo que sostiene el trozo de telgopor o corcho.

Segunda instancia de la actividad: formen grupos de cuatro o cinco integrantes.

Materiales: para esta actividad es necesario contar con una mesada con lavadero, bolígrafo de plástico, varilla de vidrio, trozo de telgopor, papel, papel metalizado, paño de lana, algodón, varilla de metal o alambre de cobre, cinta aisladora, clavos de metal, goma de borrar.

Procedimiento:

1_ Tomen el bolígrafo y la varilla de vidrio, discutan con sus compañeros con qué elementos frotarlos para poder cargarlos y confeccione una lista con los materiales que decidieron frotar entre sí.

Froten los elementos y acérquenlos a la bolita del péndulo construido anteriormente. Observen lo que sucede, ¿Podemos determinar si el material se ha cargado con electricidad estática? Anoten en la lista si consiguieron cargar el material y utilizando la secuencia triboeléctrica indiquen qué carga (positiva o negativa) adquirió cada material.

¿En qué caso consiguieron una mayor carga?

2_ Tomen la varilla de metal, frótenla con distintos elementos y acerquen cada vez al péndulo eléctrico. ¿Qué lograron observar, consiguieron cargar la varilla metálica? Expliquen por qué sucede lo observado.

Ahora cubran con cinta aisladora uno de los extremos de la varilla metálica y tomándola por el extremo aislado repitan la experiencia. ¿Qué logran observar, han conseguido cargar la varilla? Expliquen y den sus conclusiones.

3_ Tomen el bolígrafo y frótenlo contra el trozo de telgopor. Discutan cuáles de los siguientes elementos (trocitos de papel, trocitos de telgopor, clavos, goma de borrar, trocitos de papel metalizado, chorro finito de agua) podrán atraer con el bolígrafo cargado y expliquen por qué:

Una vez que tienen decidido que materiales podrán atraer y cuáles no corroboren sus decisiones acercando el bolígrafo cargado a los distintos elementos.

Para el caso del chorro de agua deben regular la válvula de la canilla hasta conseguir un chorro continuo lo mas finito posibles.

Nota: para poder realizar estas experiencias con éxito deben hacerse en un día seco, ya que la humedad del aire provoca que las cargas se dispersen en las moléculas de agua que se encuentran suspendidas en el aire.