INFORME DE LABORATORIA:GENERADOR DE VAN DE GRAAFF Y MULTIMETRO

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS

INTEGRANTES

ANDREA FRANCO – 2105137005

ANDRES VARGAS - 20121378027

CRISTIAN ROA – 20131079086

DILAN CUELLAR – 20131079054

NICOLAS CAIPA – Cód.: 20151373013

ASIGNATURA: FISICA II: ELECTROMAGNETISMO

GRUPO: 579-17

FECHA: MARZO 16 del 2016

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GENERADOR DE VAN DER GRAFF

OBJETIVO GENERAL:

Entender la manera en que se comporta un campo magnético, además investigar cómo se pueden controlar los efectos que éste ejerce sobre su entorno y aprender a hacer uso de él.  

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Conocer el generador van de graff mediante la investigación. Conocer los diferentes materiales para posteriormente aplicarlos. Conocer cómo se aplican las ecuaciones correspondientes. Ver la forma que toman los campos eléctricos generados para así

profundizar un poco más en este concepto.

MARCO TEÓRICO:

El generador de Van der Graff, GVG, es un aparato utilizado para crear grandes voltajes. En realidad es un electróforo de funcionamiento continuo.Se basa en los fenómenos de electrización por contacto y en la inducción de carga. Este efecto es creado por un campo intenso y se asocia a la alta densidad de carga en las puntas.

En los dos modelos las cargas creadas se depositan sobre la correa y son transportadas hasta la parte interna de la cúpula donde, por efecto Faraday, se desplazan hasta la parte externa de la esfera que puede seguir ganando más y más hasta conseguir una gran carga.Funcionamiento:

Una correa transporta la carga eléctrica que se forma en la ionización del aire por el efecto de las puntas del peine inferior y la deja en la parte interna de la esfera superior.

El rodillo inferior está fuertemente electrizado (+), por el contacto y separación (no es un fenómeno de rozamiento) con la superficie interna de la correa de caucho. Se electriza con un tipo de carga que depende del material de que está hecho y del material de la correa.

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El rodillo induce cargas eléctricas opuestas a las suyas en las puntas del “peine” metálico.

El intenso campo eléctrico que se establece entre el rodillo y las puntas del “peine” situadas a unos milímetros de la banda, ioniza el aire.Los electrones del peine no abandonan el metal pero el fuerte campo creado arranca electrones al aire convirtiéndolo en plasma.El aire ionizado forma un plasma conductor -efecto Corona- y al ser repelido por las puntas se convierte en viento eléctrico negativo . El aire se vuelve conductor, los electrones golpean otras moléculas, las ionizan, y son repelidas por las puntas acabando por depositarse sobre la superficie externa de la correa .

Las cargas eléctricas negativas (moléculas de aire con carga negativa) adheridas a la superficie externa de la correa se desplazan hacia arriba. Frente a las puntas inferiores el proceso se repite y el suministro de carga está garantizado.

Parte superior:

El peine situado a unos milímetros frente a la correa tiene un campo eléctrico inducido por la carga del cilindro y de valor intenso por efecto de las puntas. Las puntas del peine se vuelven positivas y las cargas negativas se van hacia el interior de la esfera.

Las cargas positivas neutralizan la carga de la correa al chocar con ella. La correa da la vuelta por arriba y baja descargada.

El efecto es que las partículas de aire cargadas negativamente se van al peine y le ceden el electrón que pasa al interior de la esfera metálica de la cúpula que adquiere carga negativa.

Por el efecto Faraday (que explica el por qué se carga tan bien una esfera hueca) toda la carga pasa a la esfera y se repele situándose en la cara externa. Gracias a esto la esfera sigue cargándose hasta adquirir un gran

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potencial y la carga pasa del peine al interior.

Principios en que se basa el GVG: Electrización por frotamiento . Faraday explicó la transmisión de carga a una esfera hueca. Cuando se

transfiere carga a una esfera tocando en su interior, toda la carga pasa a la esfera porque las cargas de igual signo sobre la esfera se repelen y pasan a la superficie externa. No ocurre lo mismo si tratamos de pasarle carga a una esfera (hueca o maciza) tocando en su cara exterior con un objeto cargado. De esta manera no pasa toda la carga.

Inducción de carga.

Campo eléctrico. Líneas de campo

Una carga eléctrica puntual q (carga de prueba) sufre, en presencia de otra carga q (carga fuente), una fuerza electrostática. Si eliminamos la carga de prueba, podemos pensar que el espacio que rodea a la carga fuente ha sufrido algún tipo de perturbación, ya que una carga de prueba situada en ese espacio sufrirá una fuerza.La perturbación que crea en torno a ella la carga fuente se representa mediante un vector denominado campo eléctrico. La dirección y sentido del vector campo eléctrico en un punto vienen dados por la dirección y sentido de la fuerza que experimentaría una carga positiva colocada en ese punto: si la carga fuente es positiva, el campo eléctrico generado será un vector dirigido hacia afuera (a) y si es negativa, el campo estará dirigido hacia la carga (b):El campo eléctrico E creado por la carga puntual q1 en un punto cualquiera P se define como:

donde q1 es la carga creadora del campo (carga fuente), K es la constante electrostática, r es la distancia desde la carga fuente al punto P y ur es un vector unitario que va desde la carga fuente hacia el punto donde se calcula el campo eléctrico (P). El campo eléctrico depende únicamente de la carga fuente (carga creadora del campo) y en el Sistema Internacional se mide en N/C o V/m.

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MONTAJE:

a. Para comenzar se deben pegar tiras de papel al generador de Van de Graaff con cinta aislante, se enciende el aparato y se observa que cada tira se levanta y toma una dirección diferente a las demás, en conjunto parecen líneas de acción que son perpendiculares a las tangentes del aparato.

b. Ahora se acerca una mano al generador y se observa que los papeles tienen la tendencia a acercarse a los dedos, cuando se toca una tira esta se pega al dedo y  al tocar el aparato todas las tiras descienden.

c. El siguiente paso consiste en dejar cargar el domo del generador conectándolo a tierra y después de unos segundos se le acerca un conductor esférico aislado a una distancia de aproximadamente 1 cm, se observa una chispa entre los dos objetos.

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d. En una cubeta llena de aceite y semillas se ubican dos electrodos esféricos, uno conectado como polo a tierra y el otro conectado al domo del generador. Las semillas empiezan a alinearse en direcciòn al electrodo cargado, pero no reaccionan con el polo a tierra.

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e. Ahora los electrodos se cambian por placas y se ubican nuevamente dentro de la cubeta. Se observa que las semillas se alinean perpendiculares al electrodo positivo, mientras que las semillas no reaccionan a la placa conectada a tierra.

ANÁLISIS

a. Todas las tiras se cargan con un mismo signo, lo que hace que se repelan y efectivamente siguen líneas de acción perpendiculares a las tangentes del domo.

b. los papeles tratan de liberar la carga que tienen depositandola en la mano, es por ello que tratan de tocarla. Cuando se toca el domo todas las cargas son transferidas a la mano y por ello las tiras de papel dejan su posición de elevación.

c. La esfera recibe grandes cantidades de carga, por lo que al acercarla las libera en forma de chispa hacia el domo y se repite el proceso.

d. Las semillas reaccionan al campo eléctrico generado por los electrodos, el extremo con carga negativa de la semilla se dirige hacia el aro cargado positivamente, mientras que el extremo positivo se aleja de él. Así mismo las semillas se empiezan a alinear una tras de otra debido a que se unen los extremos cargados positivamente con los negativos, a esto se debe su giro.

e. El electrodo conectado como polo a tierra no genera ningún cambio debido a que tiene una carga neutra, es decir que no atrae ni repele a las semillas.

CONCLUSIONES:

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Un elemento cargado puede afectar todo su entorno debido al campo eléctrico que genera, al analizar el cómo las cargas afectan a los distintos materiales aledaños al elemento se puede considerar el aprovechamiento de sus propiedades eléctricas.

Todos los elementos buscan el equilibrio, las chispas que se pueden observar son un claro ejemplo de la manera en que las cargas buscan repartirse.

A partir de los campos eléctricos y las superficies equipotenciales la energía puede expresarse en forma de movimiento (por ejemplo pendular), esta es una propiedad que puede ser aprovechada en diferentes instrumentos de trabajo.

Los campos eléctricos generan infinitas líneas de carga con una dirección definida (se puede observar en la forma en que se acomodan las semillas).

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MUTIMETRO

Para el desarrollo exitoso de todas las prácticas de Física es necesario conocer y operar correctamente los instrumentos de mediciones eléctricas. Estos instrumentos permiten medir la intensidad de corriente eléctrica por un conductor (amperímetro), la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito (voltímetro) o la resistencia eléctrica de un dispositivo resistor (óhmetro). Afortunadamente, el Multímetro Digital reúne estos instrumentos de medición y otros útiles para medir temperatura, probar diodos o medir capacitancias.

OBJETIVOS

Conocer los símbolos de los circuitos eléctricos. Identificar y conocer los diferentes componentes de circuitos eléctricos

como: Fuente de Corriente Alterna (AC) y Corriente Continúa (DC), resistencias, amperímetros, voltímetros.

Conocer los diferentes voltímetros y amperímetros que se utilizan en el laboratorio.

Estudiar y practicar el uso del Multímetro como voltímetro, amperímetro y óhmetro.

MATERIALES

Multímetro Pilas de 1,5 V y 9V Potenciómetro de 5K Protoboard Bombillos de 2,5V Conectores

MARCO TEORICO

Multímetro Digital

Es un instrumento electrónico de medición que generalmente calcula voltaje, resistencia y corriente, aunque dependiendo del modelo del multímetro puede medir otras magnitudes como capacitancia y temperatura. Gracias al multímetro

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podemos comprobar el correcto funcionamiento de los componentes y circuitos eléctricos. Los multímetros digitales cuentan con una pantalla de cristal líquido.

PROTOBOARD

El protoboard (placa de prueba) es una herramienta muy útil para poder realizar prácticas con circuitos eléctricos para aquellos que empiezan con estas, ya que permite de una manera fácil y rápida para formar dichos circuitos La placa de prueba nos permite diseñar el circuito y construirlo antes de realizarlo en el circuito final.

La estructura del protoboard: básicamente la placa de prueba esta dividida en tres regiones:

:A) CANAL CENTRAL: Es la región localizada en el medio del protoboard, se utiliza para colocar los circuitos integrados

B) BUSES: Los buses se localizan en ambos extremos del protoboard, se representa por las líneas rojas (buses positivo o de voltaje) y los azules (buses negativos o de tierra) y conduce de acuerdo a estas, no existe conexión fisica entre ellas. La fuente de poder generalmente se conecta aquí.

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C) PISTAS: Las pistas se localizan en la parte central del protoboard, se representa y conduce según las líneas rojas.MONTAJE

1. Antes de comenzar con la medición de las resistencias debemos colocar el multímetro en ohm, en este caso en el punto 20kΩ debido al valor nominal de la resistencia de nuestro potenciómetro es de 5K

 

2. El siguiente paso es fijar la escala apropiada para medir el potencial eléctrico de nuestras fuentes de poder, pilas de 1,5 V y 9 V, en este caso se gradúa el multímetro en una escala de 20 V

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Durante la medición de potencial eléctrico, y como una inquietud propuesta por el docente, observamos que al invertir las puntas del multímetro en los terminales positivo y negativo de la pila, la medición de voltaje que se genera tiene el mismo vale, pero con signo contrario, es decir de manera negativa.

3. Lo siguiente es fijar la escala del multímetro para tomar la medición de corriente, en este caso de corriente directa o corriente continua (DC), teniendo en cuenta las recomendaciones del docente, para evitar una falla en el fisible de protección del multimetro.

4. Una vez realiza todos nuestros registros, procedemos a hacer el montaje de nuestro circuito en la protoboard, el cual costa de un potenciómetro, una resistencia, una bombilla led.

Una vez montando nuestro circuito, variamos la resistencia con el potenciómetro y observamos cómo influye esto en la intensidad de la bombilla. Además tomamos lectura de la variación de corriente y potencial electico en nuestro circuito a medida que alteramos la resistencia variable.

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Conclusión

El protoboard es un herramienta muy útil para este tipo el planteamiento de circuitos eléctricos ya que en el casi no existe interferencia de corrientes externas como cuando tomamos el circuito con las manos.

El multímetro es una herramienta indispensable para poder ver cuál es el valor de nuestras resistencias, el voltaje o la intensidad que cruza por nuestro circuito  de una manera más exacta que con la tabla de colores por ejemplo, ya que esta nos muestra unos valores teóricos sobre los cuales se pueden calcular y diseñas circuitos, pero que en práctica es necesario poder verificarlos, y es aquí donde el multímetro se convierte en una herramienta de vital importancia.

BIBLIOGRAFIA

http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/sacaleE_M2/Triboelecetricidad/vanderGraff/GeneradorEVG_Trabajo.htmhttp://www.cienciafacil.com/vdg.htmlwww.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/graaf/graaf.htmredexperimental.gob.mxwww.jpimentel.com/ciencias_experimentales/pagwebciencias/es.wikipedia.org/wiki/Generador_de_Van_de_Graaffhttp://www.tecnoedu.com/Pasco/SE8691.php

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ANEXOS

2.6 CUESTIONARIO

1. ¿Qué tipo de carga se produce en el domo del generador? Explique.

Las cargas positivas atraen electrones a la banda del generador cuando ésta pasa por un segundo peine de agujas, con lo cual la carga positiva del domo aumenta.

2. ¿Cómo es el campo eléctrico en el interior del domo del generador de Van de Graaff?

El campo eléctrico en el interior del domo es insignificante, por lo tanto se puede aumentar la carga del mismo con facilidad, sin importar cuanta carga esté ya presente. El resultado es que el domo adquiere una gran cantidad de carga positiva.

3. ¿Qué fuerza existe entre la esfera del generador y las tiras de servilleta? Explique.

Cuando el generador se enciende, se cargan las tiras, y debido al fenómeno de repulsión entre cargas de igual signo, estas quedan suspendidas en el aire. Las tiras de papel adquieren la misma carga del generador y entre ellas y se repelen las unas con las otras.

4. ¿Qué efecto produce la mano sobre las tiras de servilleta?

Al tocar las tiras de servilletas, estas electrones rechazados se escaparán a “tierra' a través de nuestro cuerpo.

5. ¿A qué se debe el fenómeno observado entre el domo y el conductor esférico aislado cuando ellos se acercan? Explique.

El conductor está aislado (no conectado a nada) y descargado. Esto quiere decir que la carga es constante en todo momento, siendo su valor nulo

Esto quiere decir que si sobre la pared del hueco aparece una carga − q esta carga solo puede provenir de la superficie exterior (nunca del volumen en un conductor en equilibrio electrostático).

6. ¿Hacia que polaridad se dirigen las líneas de campo? Explique.

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Las líneas de campo eléctrico son perpendiculares a la superficie del conductor y que en los picos hay más líneas de campo eléctrico debido a que ahí se concentra más carga.

3.6 CUESTIONARIO

1. ¿Cómo se debe ubicar amperímetro para medir corriente?Como un amperímetro es un instrumento para medir la corriente eléctrica, en amperios, que fluye sobre una rama de un circuito eléctrico. Se debe colocar en serie con la rama a medir y debe tener muy baja resistencia para evitar una alteración significativa de la corriente que se va a medir.

2. ¿Cómo se debe ubicar el voltímetro para medir corriente?Como un voltímetro mide la diferencia en voltaje entre dos puntos de un circuito eléctrico, se debe conectar en paralelo con la porción del circuito sobre el que se quiere realizar la medida.

3. ¿Cómo se debe ubicar el óhmetro para medir resistencia?La forma estándar de medir la resistencia en ohmios, es suministrando un voltaje constante a la resistencia objeto y medir la corriente que fluye a su través. Ya que las resistencias se pueden poner en paralelo o en serie, o en una combinación de ambos, el óhmetro se pude ubicar en cualquier punto.

4. ¿Qué puede suceder si no se ubica bien la terminal roja del multímetro al medir una variable eléctrica?Si se conecta la terminal roja mal, el polo positivo, se provoca un corto circuito que quema el fusible del multímetro.

5. ¿Qué sucede al variar las escalas al medir una variable eléctrica?Entre más grande sea la escala en la cual se mide va a hacer menor la exactitud y precisión de los datos, pero para medir en una escala pequeña la magnitud de la variable eléctrica debe ser menor a la escala ya que puede dañar los equipos.

6. Si hay que medir un potencial eléctrico de 10V y el multímetro consta de estas escalas 4V, 40V, 200V ¿cuál será la las adecuada para esta medición?La escala que será mejor utilizar es la de 40V, ya que funciona con un rango donde están los 10V. Se podría utilizar la de 400V pero nos daría un valor menos preciso, la de 4V es recomendable porque en el rango de la escala no se encuentran los 10V.

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7. Si se tiene una resistencia de 1000 y una escala en el multímetro de 400 ¿se puede medir esta resistencia?No, porque la escala es menor a la resistencia que se va a medir.

8. ¿Qué función cumple el potenciómetro en el circuito?Los potenciómetros limitan el paso de la corriente eléctrica (Intensidad) provocando una caída de tensión en ellos al igual que en una resistencia, pero en este caso el valor de la corriente y la tensión en el potenciómetro las podemos variar solo con cambiar el valor de su resistencia, permitiendo controlar la intensidad de corriente a lo largo de un circuito conectándolo en paralelo o la caída de tensión al conectarlo en serie. En una resistencia fija estos valores serían siempre los mismos.

9. Investigue otras variables que puede medir un multímetro?Con el multímetro puedo medir tensión (alterna o continua), intensidad, resistencia y potencia, además sirve para medir continuidad y tensión de 220 y 440 V.

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