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Repaso de Laboratorio de Física II Marimar de la Cruz Laboratorio 1: Las líneas equipotenciales y el campo eléctrico • Los campos eléctricos de las diferentes cargas interaccionan entre si. • El capo ejerce fuerza paralelo a este por lo que el movimiento de una carga paralelo a las líneas de campo implica la realización de trabajo (cambio en energía potencial). • Si una carga se mueve en dirección perpendicular al campo no realiza trabajo. • Línea o Superficie Equipotencial: una carga que se desplace por la misma mantiene constante su energía potencial. De igual potencia o voltaje. • Practica: Recordar que al dibujar las líneas de campo eléctrico son perpendiculares a las equipotenciales y van en dirección del menor voltaje al mayor. • La magnitud de las fuerzas que experimentan las cargas es directamente proporcional a las magnitudes de las cargas e inversamente proporcional a la distancia entre estas. Laboratorio 2: Capacitores en Serie y en Paralelo • Capacitores (condensadores): o Consisten de dos conductores eléctricos llamados placas aislados por un dieléctrico o por el vacío. o Almacenan energía y producen campos eléctricos de diferente configuración • Capacitancia: cantidad de carga (C) por unidad de voltaje (V) que se separa en las placas del capacitor al estos ser conectados a una fuente de energía eléctrica. C= q/ V. Se mide en faradios. • Capacitores en Paralelo: o C123 = C1 + C2 + C3 o Vbat = V1 = V2 = V3 o qeq= q1 + q2 + q3 o qT = CT V • Capacitores en serie: o 1/C123 = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 o Veq = V1 + V2 + V3 o qeq = q1 = q2 = q3 • Practica: o Posibles errores experimentales  que el capacitor no tenga contacto adecuado con el circuito  que se acomodaran en orden erróneo  tener contacto directo con los capacitares al tomar la medida y que nuestro al ser un conductor eléctrico podría afectar los resultados o Para evitar errores:  no tener contacto físico con los capacitares a la hora de medir capacitancia  graduar el voltímetro  descargar los capacitares cada vez que sea necesario. Laboratorio 3: La Ley de Ohm • Una sustancia que obedece la ley de Ohm se conoce como conductor Ohmico. • Cuando un circuito consiste únicamente de baterías y resistencias, la intensidad de la corriente va a depender del voltaje de la batería, la magnitud de las resistencias y de la forma y orden como estén conectadas. • El AC/DC Electronic Lab es un tablero para armar circuitos AC y DC. o Se pueden tomar datos sobre voltaje y corriente. o Puede funcionar con baterías o fuentes de voltaje externas. •
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o Partes:  Potenciómetro: Permite variar el voltaje proveniente de la fuente de voltaje.  Interruptor: Permite el control del flujo de corriente en los circuitos.  Bobina: Puede crear un campo magnético o demostrar la aparición de voltajes cuando cambia el flujo de campo magnético.  Bombillas: Pueden utilizarse como partes de los circuitos.  Baterías o Fuente de Voltaje: Provee voltaje para los circuitos armados.  Puntos de conexión: Donde se arman los circuitos. La formula matemática que relaciona el voltaje y la corriente: V= RI. Ω = V/A Hay una relación linean entre la longitud y la resistencia. o R∝L R∝ 1/A (área) Resistencia en términos de longitud y área: R = ρL/A. La relación matemática incluye la constante de proporcionalidad ρ (cuyas unidades son: Ω cm) . Practica: o La grafica de Resistencia vs. Longitud es una línea recta debido a la proporcionalidad. o Resistividad depende del material del que esta hecho el resistor. Laboratorio 4: Resistencias en Serie y Paralelo • Las resistencias tienen la capacidad de disipar la energía eléctrica en el circuito en forma de calor. • En serie: o Veq = V1 + V2 + … + Vn o Ieq = I1 = I2 = In o Req = R1 + R2 + … + Rn • En paralelo: o Veq = V1 = V2 = Vn o Ieq = I1 + I2 + … + In o 1/ Req = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn Laboratorio 5: Investiguemos Campos Magnéticos, Visualicemos Campos Magnéticos • El magnetismo se descubrió en una región de Asia Menor conocida como Magnesia. • Las corrientes eléctricas pueden producir campos magnéticos. • Practica: o Hay una relación lineal entre el campo magnético y la corriente. La ecuación que describe esto es B=mI + b. o La pendiente se puede escribir como: m = µ0 n / L. o En el centro del solenoide el campo magnético es donde mas se siente, esta en su máximo. Al alejarse del centro hacia el borde del solenoide el campo se vuelve constante. Laboratorio 6: La Ley de Faraday • El flujo de corriente a través de un solenoide produce un campo magnético. • Cuando un solenoide es visto desde arriba y la corriente va en contra de las manecillas del reloj (CMR) las líneas de campo salen y se observa el polo norte. • Cuando un solenoide es visto desde arriba y la corriente va a favor de las manecillas del reloj (FMR) las líneas de campo entran y se observa el polo sur. (ver p.95) •
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Para que haya un voltaje inducido el flujo de campo magnético a través de la bovina tiene que cambiar. El flujo del campo magnético se define como: φb = B A Cos θBA. Ley de Inducción de Faraday: El voltaje inducido en un circuito es directamente proporcional a la razón de cambio del flujo magnético respecto del tiempo. Si la corriente fluye en FMR el voltaje medido será negativo. Si la corriente fluye en CMR el voltaje medido será positivo. Ley de Lenz: la polaridad del voltaje inducido en la bobina es tal que crea una corriente cuyo campo magnético se opone al cambio en el flujo magnético a través de esta. o forma matemática: V= -­‐ dφB / dt o El cambio en el flujo del campo magnético es igual al negativo del área bajo la curva de voltaje vs. tiempo. ΔφB = -­‐ ∫ V dt. Practica: mientras mas lento el movimiento del imán menos marcado es el pico de voltaje en la grafica. Laboratorio 7: Polarización-­‐ Ley de Malus • Cuando una onda esta polarizada, la perturbación que caracteriza a la onda oscila con una orientación particular en el espacio. • En el experimento se trabajo con ondas electromagnéticas que se polarizaron con un polarizador. • Practica: o Grafica de y1 vs. posición angular es la de una función trigonométrica; cos2θ. o Para que la función sea siempre positiva se eleva al cuadrado. o Intensidad de una onda: I = P/A. o Potencia (P)= U/t, por lo que I=U/At. o Para una onda electromagnética: U= ½ ε0 E2. o Como a través del polarizador solo pasa el componente de x de la energía entonces; U= ½ ε0 (E cos θ)2. o La intensidad de luz que atraviesa el analizador es: I = ε0 (E cos θ)2/2At, I es proporcional al cos2 θ. Laboratorio 8: La ley de reflexión y la ley de snell • Cuando el frente de una onda incide en la frontera que separa a dos medios de características diferentes donde la velocidad de la onda cambia ocurre la reflexión y la refracción • reflexión: una onda nueva parte de la superficie y continua viajando en el mismo medio en el cual estaba viajando la onda incidente. hay dos tipos espectacular y difusa. • refracción: una nueva onda penetra el otro medio al llegar a la superficie entre ambos. • Practica: o La relación matemática entre el ángulo incidente θi y el ángulo reflejado θr es lineal. o θi=θr, la pendiente de la grafica es aproximadamente 1. o La relación matemática entre el sin θi y el sin θR es lineal. o La pendiente de la grafica sin θi vs. sin θR es m=1.42. o sin θi = m sin θR, donde la pendiente es el índice de refracción que se calcula como: n= rapidez de luz en el vacío (c)/ rapidez de luz en el medio (v). Laboratorio 9: Formación de Imágenes por Espejos y Lentes Esféricos • Espejos Concavos y Convexos: o Longitud Focal (ƒ) = R/2 o Para objetos reales R y ƒ serán positivos cuando estos estén al lado del objeto. o El espejo convexo hace que los rayos se dispersen y el espejo cncavo concentra los rayos en un foco. o Ecuación de los espejos: 1/di= m 1/d0 – b o distancia focal = 1/b o Magnificación: hi/h0 • Lentes Esféricos de poco espesor: o la longitud focal del lente esta dada por: 1/ƒ = (n-­‐1) (1/R1 – 1/R2) o Convergente: R1>0, R2<0. divergente: R1<0, R>0. o El signo será positivo si el centro de curvatura esta en el lado opuesto hacia donde se dirige el rayo y negativo si el centro de curvatura esta en el mismo lado donde proviene el rayo. o ecuación de los lentes: 1/di= m 1/d0 + b o f=1/b Laboratorio 10: El Ojo Humano • Cuando el ojo se enfoca en objetos lejanos los músculos del lente están relajados y este tiene menor grosor. Para que el ojo pueda enfocar objetos cercanos entonces se tiene que aumentar la potencia del lente aumentando su grosor. Este ajuste del lente se llama acomodamiento. • hipermetropía: se pueden ver objetos lejanos pero tienen dificultad de ver objetos cercanos. ocurre cuando el glóbulo ocular es muy pequeño y cuando la cornea n tiene suficiente curvatura. la luz se concentra en un punto detrás de la retina. • miopía: se puede ver objetos cercanos pero hay dificultad para ver objetos lejanos con nitidez. Ocurre cuando el glóbulo ocular es muy alargado y la cornea tiene demasiada curvatura. La luz se concentra en un punto frente a la retina. • Astigmatismo: Es debido a que la superficie de la cornea no es esférica por lo que el lente tiene un largo focal en diferente en cada plano y las imágenes se ven claras en una direccion y borrosas en las demas. Lentes con mayor curvatura donde la cornea tiene deficiencia de esta. Laboratorio 11: Interferencia y Difracción – Experimento de Young • La interferencia es un comportamiento asociado a las ondas. Los científicos del siglo 17 y 18 pudieron determinar que la luz es una honda gracias al experimento de young. • La refracción es el esparcimiento de la luz de una línea recta cuando la luz pasa por una apertura o alrededor de obstáculos. • Practica: o En el caso de la rejilla doble la distancia entre el centro del máximo central y el enésimo pico (Δx) esta relacionado al largo de onda de la luz (λ), la separación entre las ranuras (d) y la distancia entre el dispositivo de la rejilla y el sensor de luz (L) por la formula: d Δx / L = nλ. La pendiente de la grafica de Δx en función de n: m = λL/d. o La distancia entre el centro del máximo central y el emesimo mínimo (Δx) esta relacionada al largo de onda de la luz (λ), al ancho de la rejilla (a) y a la distancia entre el dispositivo de rejilla y el sensor de luz (L) por la formula: a Δx / L = mλ. En nuestro caso m=1. Laboratorio 12: Líneas Espectrales • El espectro de emisión es único para cada átomo. • Espectro continuo: ocurre emisión de radiación en todas las frecuencias. Se asocian a sólidos, líquidos o gases densos a altas temperaturas. • Espectro de emisión: ocurre emisión a frecuencias discretas. Se observan líneas a frecuencias determinadas sobre un fondo negro. Se asocian a gases tenues que están a altas temperaturas. • Espectro de Absorción: Ocurre emisión en casi todas las frecuencias excepto en algunas en donde aparecen líneas oscuras. Se asocian a gases fríos que absorben frecuencias especificas de la radiación que para a través de estos. • En el laboratorio se estudio el espectro de emisión de mercurio. • Practica: o Para determinar la posición angular de cada línea (color) con respecto a la línea blanca se usa la ecuación: (θ) = (Δφ) / 120. Donde Δφ en radianes se saca de la distancia entre los picos de la grafica. o Para determinar el largo de onda promedio de la luz correspondiente al color se usa la ecuación: (λ) = d sinθ; donde d es la separación de las ranuras de la rejilla de difracción (d=1.67 x 10-­‐6m).