campo electrico e

Laboratorio de Fsica IIICampo Elctrico

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INDICE

CAMPO ELECTRICO ................................................................................. 2EXPERIENCIA 2 ........................................................................................ 2I. OBJETIVOS: ....................................................................................... 2II. MATERIALES:..................................................................................... 2III. FUNDAMENTO TEORICO: ............................................................... 3A. Campo Elctrico: ............................................................................ 3B. Representacin de un campo elctrico: ......................................... 4C. Intensidad de campo elctrico: ...................................................... 6

IV. PROCEDIMIENTO: .......................................................................... 8V. CUESTIONARIO:............................................................................... 10VI. CONCLUSIONES:........................................................................... 20VII. SUGERENCIAS: ............................................................................. 21VIII. BIBLIOGRAFIA: ............................................................................. 21IX. ENLACES:...................................................................................... 22


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CAMPO ELECTRICOEXPERIENCIA 2I. OBJETIVOS:

El poder calcular el valor de la diferencia de potencial entre dospuntos.

Aprender a calcular la intensidad media que pueda tener un campoelctrico.

Estudiar las caractersticas principales que pueda tener un campoelctrico y que lo identificaremos a travs de la experiencia.

Poder graficar las lneas equipotenciales de un campo elctrico conla ayuda de la experiencia a realizar entre dos puntos vecinos.

II. MATERIALES:

Cubeta de vidrio Fuente de voltaje de CD Voltmetro Electrodos de cobre Punta de prueba Cucharadita de sal Papeles milimetrados Cables de conexin


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III. FUNDAMENTO TEORICO:

A. Campo Elctrico:Un campo elctrico es uncampo de fuerzas creadopor la atraccin y repulsinde cargas elctricas, lasfuerzas ejercidas entre s porlas cargas elctricas sedeben al campo elctricoque se genera al rodear acada cuerpo que seencuentre sometido a algunacarga.El campo elctrico presenteen cualquier puntodeterminado se puede descubrir colocando una carga de pruebapequea q, en ese lugar, y observando si experimenta alguna fuerza.Una carga de prueba es solo un sensor, es decir no produce el campoelctrico que estamos tratando de medir, el campo se debe a otrascargas. La carga de prueba debe estar en reposo, ya que las cargas enmovimiento experimentan fuerzas diferentes. El campo elctricoreconocido por la letra E, se puede definir midiendo la magnitud ydireccin de la fuerza elctrica (F), que acta sobre la carga de prueba.La definicin del campo elctrico es:Un campo elctrico queda determinado por:

Intensidad en cada uno de sus puntos Lneas de fuerzas o lneas de campo. Potencial en cada uno de sus puntos.

El clculo del campo elctrico lo podemos realizar con las siguientesformulas: =


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Tambin el clculo de la intensidad de la fuerza elctrica, por lo tanto, estdado por la ecuacin:

= La fuerza de una carga elctrica dentro de un campo elctrico es mayormientras mayor sea la intensidad de campo elctrico, y mayor sea la misacarga.No obstante, tenemos que tener presente que un campo elctrico no solose ve determinado por la magnitud que pueda tener la fuerza que actasobre la carga de prueba, sino que tambin por el sentido que presenta elcampo. Por tanto, los campos elctricos se representan en forma de lneasde campo, que nos indicaran el sentido que presenta el campo.

B. Representacin de un campo elctrico:La representacin de un campo elctrico est representado odeterminado por la forma geomtrica de las cargas que generan elcampo, al igual que por la posicin que adoptan entre ellas. Laslneas de campo indican, en cada punto del mismo, el sentido de lafuerza elctrica.Al respecto, las siguientes imgenes muestran el campo elctrico deuna carga puntual positiva (izquierda) y el de una carga puntualnegativa (derecha). Las lneas de campo se desplazan en este casoen forma de rayos que salen hacia el exterior a partir de la carga. Elsentido de las leneas del campo (representado por las flechas)seala, de acuerdo a la convencin establecida, el sentido de lafuerza de una carga positiva (en cada caso pequeas cargaspuntuales en las imgenes); esto significa que las lneas de campoparten cada vez de una carga positiva (o del infinito) y terminan enuna carga negativa (o en el infinito). La densidad de las lneas decampo indica correspondientemente la intensidad del campoelctrico; aqu esta decrece al alejarse de la carga puntual.


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Observemos ahora la representacin de un campo elctrico generadopor dos cargas, observaremos el campo generado por dos cargas deigual signo y por dos cargas de diferente signo.

OBSERVACION:Como veremos a continuacin lo que sucedeen un condensador de placas paralelas,entonces si se encontraran cargas positivas ynegativas repartidas uniformemente sobre dosplacas de metal colocadas frente a frente, enparalelo, como lo es un condensador de placasparalelas, entre ambas superficies se generanlneas de campo elctrico paralelo, como semuestra en la figura siguiente. Estas lneas decampo, al interior del condensador, son igual


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en todas partes, la intensidad de campo elctrico E de las placas estambin igual en toda la superficie. Un campo elctrico de estanaturaleza recibe el nombre de Campo Elctrico Homogneo.

C. Intensidad de campo elctrico:La regin del espacio situada en las proximidades de un cuerpocargado posee unas propiedades especiales. Si se coloca encualquier punto de dicha regin una carga elctrica de prueba, seobserva que se encuentra sometida a la accin de una fuerza. Estehecho se expresa diciendo que el cuerpo cargado ha creado uncampo elctrico. La intensidad de campo elctrico en un punto sedefine como la fuerza que acta sobre la unidad de carga situada enl. Si E es la intensidad de campo, sobre una carga Q actuar unafuerza.

Para poder visualizar la intensidad y la direccin de un campo elctrico sedebe introducir o tener presente el concepto de lneas de fuerzas. Estas sonlneas imaginarias que son trazadas tales que la direccin que tengan y susentido en cualquier punto sern las del campo elctrico en dicho punto.Estas lneas de fuerza deben dibujarse de tal manera que la intensidad deellas sea proporcional a la magnitud del campo.

Electrodo+

++ +

+

- - - - -E E


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Sean dos puntos A y B en un campoelectrosttico tiene una diferencia depotencial V, si se realiza trabajo paramover una carga de un punto a otro,este trabajo es independiente de latrayectoria o recorrido escogido entreestos dos puntos.Sea un campo elctrico E debido a lacarga Q. Otra carga q+ en cualquierunto A del campo se soportara unafuerza. Por esto ser necesario realizartrabajo para mover la carga q+ delpunto A a otro punto B a diferente distancia de la carga Q. La diferencia depotencial entre los puntos de A y B en un elctrico se define como:

VAB = VB - VA = . ()Donde:

VAB: Diferencia de potencial entre los puntos de A y B.WAB: Trabajo realizado por el agente externo.q+ : Carga que se mueve entre A y B.

Sabemos que:

= . = . = . cos 180 = ( )De () y ():

=


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IV. PROCEDIMIENTO:

Cabe notar que no existe instrumento alguno que permite medir laintensidad del campo elctrico en las vecindades de un sistema deconductores cargados elctricamente colocados en el espacio libre. Sinembargo, los conductores estn en un lquido conductor, el campo elctricoestablecer pequeas corrientes en este medio, las que se pueden usarpara tal fin.1. Arma el circuito del esquema. El voltmetro mide la diferencia de

potencial entre un punto del electrodo y el punto que se encuentra enla prueba.

2. Ubique en forma definitiva los electrodos sobre el fondo de la cubeta devidrio, antes de echar la solucin electroltica, preparada anteriormenteen un recipiente comn.

3. Con el voltmetro mida la diferencia de potencial entre un punto delelectrodo y el punto extremo inferior del electrodo de prueba.

4. En cada una de las dos hojas de papel milimetrado trace un sistema decoordenadas XY, ubicando el origen en la parte central de la hoja, dibujeel contorno dcada electrodo en las posiciones que quedaradefinitivamente en la cubeta.


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5. Situ una de las hojas de papel milimetrado debajo de la cubeta devidrio. Esta servir para hacer las lecturas de los puntos de igualpotencial que ira anotado en el otro papel.

6. Eche la solucin electroltica en el recipiente fuente de vidrio.7. Sin hacer contacto con los electrodos mida la diferencia de potencial

entre ellos acercando el electrodo de prueba a cada uno de los otrosdos casi por contacto y tomando nota de las lecturas del voltmetro.

V electrodos = V electros anillo - V electrodo placa

8. Selecciones un nmero de lneas equipotenciales por construir, nomenor de diez.

9. Entonces el salto de potencial entre y lnea ser, en el caso deseleccionar diez lneas por ejemplo: = , y en general = N: el nmero de lneas

10. Desplace la punta de prueba en la cubeta y determine puntos para loscuales la lectura del voltmetro permanece. Anote lo observado yrepresente estos puntos en su hoja de papel milimetrado auxiliar.

11. Una los puntos de igual potencial mediante trazo continuo, habr UDdeterminado cada uno de las superficies V2, V3, V5.


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V. CUESTIONARIO:

1. Determine la magnitud del campo elctrico entre las lneasequipotenciales. El campo elctrico es uniforme? Por qu?

LneasEquipotenciales

VA(v)

VB(v)

d(m)

E = (VB-VA)/d(v/m)

1 2 3 5 0.009 222.22 3 5 8 0.016 187.53 4 8 11 0.019 157.894 5 11 14.5 0.021 166.675 6 14.5 16 0.01 1506 7 16 19 0.02 1507 8 19 23 0.028 142.868 9 23 27 0.02 200

Un campo elctrico uniforme tiene en toda la regin del espacio lamisma magnitud y direccin.Con los datos obtenidos podemos visualizar que el campo elctrico escasi uniforme (hay ciertas variaciones que corresponden a los erroressistemticos). Pero en s, el campo es uniforme, esto se debe a laslneas paralelas formadas por el electrodo rectangular.Cada electrodo origina un campo diferente entre sus puntos tambindebido a que los electrodos tienen distinta forma por lo que el camporesultante tiene magnitudes distintas en diferentes puntos.


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2. En su grafica, dibuje las lneas equipotenciales para el sistemade electrodos que utilizo.

3. Cmo serian las lneas equipotenciales si los electrodos sonde diferentes formas?Como hemos observado en esta experiencia se evidencia que laslneas toman la forma geomtrica del electrodo ya que este al estarcargado tiene mayor intensidad de campo elctrico mientras mscerca se est de l, ello conlleva al seguimiento de la figura delelectrodo y por tanto a la variacin de las lneas.

4. Por qu nunca se cruzan las lneas equipotenciales?Una lnea equipotenciales aquella que estconformada por puntoscuyos potencialessiempre tienen elmismo valor.La pregunta puede serrespondida al observarla grfica obtenida. Observamos que las lneas equipotencialesgeneradas por el electrodo rectangular son perpendiculares a laslneas del campo elctrico, entonces paralelas entre s. Por tanto,nunca se cruzarn. Demostracin:Supongamos que existen dos lneas equipotenciales diferentes secruzan.Sean VA Vb, dos lneas equipotenciales que se cruzan en el punto Qy cuyo potencial de Q = V0.Adems,Como Q pertenece a VA, se tiene que: VA = V0, yComo Q pertenece a VB, se tiene que: VB = V0, por tanto tenemosque:


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VA = V0 = VBTomando extremo: VA = VB, lo cual niega nuestra hiptesis. L.q.q.d.

5. Si UD. Imaginariamente coloca una carga de prueba en unacorriente electroltica. Cul ser su camino de recorrido?Las corrientes electrolticas se mueven a lo largo de las lneas defuerza o lneas de campo. Entonces, al poner una carga de prueba(normalmente de carga positiva), esta recorrer las lneas de campo(como mostramos en el grfico). La carga se mover del polopositivo (electrodo plano) al negativo (electrodo triangular).

6. Por qu las lneas de fuerza deben formar un ngulo recto conlas lneas equipotenciales cuando las cruzan?Ninguna de las lneas de fuerza empieza o termina en el espacio querodea la carga. Toda lnea de fuerza de un campo electrosttico escontinua y termina sobre una carga positiva en un extremo y sobreuna carga negativa en el otro. Como la energa potencial de uncuerpo cargado es la misma en todos los puntos de la superficieequipotencial dada, se deduce que no es necesario realizar trabajo(elctrico) para mover un cuerpo cargado sobre tal superficie. De ahque la superficie equipotencial que pasa por un punto cualquiera hade ser perpendicular a la direccin del campo en dicho punto. Si nofuera as, el campo tendra una componente sobre la superficie yhabra que realizar trabajo adicional contra las fuerzas elctricas


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para desplazar una carga en direccin de esta componente. Laslneas de campo y de la superficie equipotencial son, enconsecuencia, perpendiculares entre s.

7. El trabajo realizado para transportar la unidad de carga de unelectrodo a otro es:El trabajo realizado por el campo elctrico sobre una cargadeterminada q cuando se mueve desde una posicin en el que elpotencial es VA, a otro lugar en el que el potencial es VB, es ladiferencia entre la energa potencial inicial y final ya que el campoelctrico es conservativo. El trabajo est dado por:

= . = = ( ) (*)(*)Unidades del Sistema Internacional (Si) se expresa en: Joule (J).


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Los datos obtenidos son los siguientes:El potencial del electrodo rectangular = 30 VEl potencial del electrodo triangular = 0 VCarga elctrica de e- = 1.602 10-19 C

Luego, aplicamos la frmula:= 1.602 10 (0 30 )W = 4.806x10-18 J.

8. Siendo = , el error absoluto de E es:Obtenemos el error absoluto mediante la suma de los errores deinstrumento y el aleatorio. = +Y la expresin de la medida es:= = +Tenemos dos medidas, la diferencia de potenciales y la distancia. Elcampo elctrico se obtiene de la siguiente manera:


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= Observamos que E es una medida indirecta, ya que es obtenida poruna divisin. Por tanto:

= , = + Donde es el promedio de .Finalmente, obtenemos:

= + + . . (1)A continuacin, procederemos a calcular el error absoluto.*En primer lugar, procedemos con el promedio de las diferencias depotenciales, con redondeo a tres decimales.

= 2 + 3 + 3 + 3.5 + 1.5 + 3 + 4 + 48= 3El error instrumental: = ( ) + ( )Para este caso particular el E0=ELM=1/2(0.5V)=0.25VEntonces:= (0.25 ) + (0.25 ) = 0.353Luego: = = 0.83= ( . ) = 0.94


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El error absoluto de : = + = 0.35 + 0.94 =1.003La variacin de diferencias de Potenciales ser: = 3 1.003

*Ahora hacemos lo mismo con la distancia: = 0.009 + 0.016 + 0.19 + 0.021 + 0.01 + 0.02 + 0.028 + 0.028 = 0.039El error instrumental (Regla):= ( ) + ( )Para este caso particular el E0=ELM=1/2(0.001m)=0.0005mEntonces:= (0.0005 ) + (0.0005 ) = 0.0007Luego: = = 0.0057= ( . ) = 0.0065El error absoluto de :

= + = 0.0007 + 0.0065 = 0.0065La distancia ser: = 0.039 0.0065El valor de E estar dado de la siguiente manera:=

Entonces: = = .


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= 76.92 /Luego: = +

= 76.92 / 1.0033 + 0.00650.039 = 28.7352/Finalmente: = 76.92 / 28.7352 /

El error absoluto ser: 28.7352 V/m9. El error relativo de la medida de E es:

Del resultado obtenido de la pregunta 8 obtendremos el errorrelativo del valor del campo elctrico, a continuacin evaluaremos elvalor a calcular: =

= 28.7352 /76.92 / = 0.373610.Que semejanza y diferencia existe entre un campo elctrico y

un campo gravitatorio.

Semejanzas: Los campos gravitatorios y elctricos son vectoriales. As el campo

creado por varias masas o varias cargas elctricas, que se obtendrsumando vectorialmente los vectores intensidad de campo en dichopunto debido a las masas o las cargas que actan sobre el mismo.

Son campos conservativos porque la direccin de las fuerzassiempre pasa por un mismo punto (en donde se encuentra la masao la carga que los crea).


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La intensidad del campo es inversamente proporcional al cuadradode la distancia entre los centros de las masas o de las cargas y elpunto.

Las lneas de fuerzas son abiertas, es decir, empiezan en algnpunto (fuentes del campo o el infinito) y terminan en algn otropunto (sumideros del campo o en el infinito).

En los campos conservativos como lo son el elctrico y elgravitatorio, se puede definir una funcin escalar (potencial) y, apartir de ella poder construir superficies equipotenciales. Las lneasde fuerzas son perpendiculares a las superficies equipotenciales.

Las fuerzas debidas a los campos gravitatorios y elctricos soncentrales, ya que estn dirigidos hacia o desde el punto donde seencuentre la masa o la carga que los crea.

Las fuerzas gravitatoria y elctrica tienen siempre la direccin delvector intensidad campo.

Las lneas de fuerzas no pueden cortarse. De lo contrario, en elpunto de corte existiran dos vectores campos distintos.

Diferencias: Los campos gravitatorios no tienen fuentes. Sus lneas de campo

siempre empiezan en el infinito. En cambio el campo elctrico, por elcontrario puede tener fuentes (las cargas positivas) y sumideros (lasnegativas).

Las fuerzas debidas al campo gravitatorio son siempre de atraccin,mientras que las fuerzas del campo elctrico pueden ser tanto deatraccin como de repulsin.

Un punto material solo creara campos gravitatorios. Para crear uncampo elctrico hace falta, adems, que el cuerpo este cargado.

Los campos elctricos se pueden apantallar (dentro de una esferametlica cargada el campo elctrico es nulo), mientras que losgravitatorios cruzan las sustancias, pues podemos medirlos dentro deuna habitacin, por tanto no se puede apantallar.

El campo gravitatorio puede ser uniforme en grandes extensiones, perono as el campo elctrico.

Se puede obtener regiones de campo elctrico nulo como sucedecuando una esfera metlica, pues en el interior el campo elctrico esnulo. Prcticamente es imposible crear regiones de campo gravitatorionulo por medio de masas.


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Hay dipolos elctricos (tener presente a las molculas polares como elagua), pero no se conocen dipolos gravitatorios.

Hay induccin elctrica, no hay induccin electromagntica. Las contantes G y K tienen las unidades N.m2.kg- 2 y N.m2.C-2

respectivamente. La constante K viene a ser 1.1020 veces mayor que la constante G. esto

nos quiere decir que el campo gravitatorio es muy dbil comparado conel campo elctrico, en iguales de condiciones.

La constante G es una constante universal, mientras que la constante Kno lo es puesto que su valor depende del medio.

Una partcula material, en reposo, abandonada a la accin del campogravitatorio, inicia su movimiento en la direccin y sentido de ste. Sinembargo, una carga, en reposo y abandonada a la accin de un campoelctrico, lo hace en la direccin del mismo, pero su sentido demovimiento es el del campo si la carga es positiva y el contrario si lacarga es negativa.

11. Si el potencial elctrico es constante es constante a travs de unadeterminada regin del espacio. Qu puede decirse acerca delcampo elctrico en la misma? Explique.

Al encontrarnos sobre una regin equipotencial podremos llegara las siguientes particularidades:

El trabajo realizado por el campo para llevar una carga desde elpunto de la superficie equipotencial hasta otro punto de lamisma superficie es igual a cero.


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El trabajo realizado por el campo para llevar una carga desdeuna superficie hasta otra es igual a la carga, multiplicada por ladiferencia de potencial entre ambas superficies.

El trabajo realizado por el campo para transportar una carga, nodepende de la trayectoria que siga.

VI. CONCLUSIONES:

Las lneas de fuerza que salen del campo elctrico nunca se cruzan entre s,debido a que para cada punto de la carga positiva de donde salen, lecorresponde otro punto nico y diferente de la carga negativa a la que llega.

Las lneas de fuerza forman un Angulo recto con las lneas equipotenciales, yaque al ser las primeras paralelas a la superficie del cuerpo, es decir, salentangencialmente a este, mientras que las lneas equipotenciales sonperpendiculares al plano de la superficie, con lo que ambas lneas al cruzarseforman un ngulo recto.

El campo elctrico, su distribucin y direccin se puede visualizar teniendo encuenta la conformacin de las lneas de fuerza.

Las superficies equipotenciales son variables y esta se muestra de formaparticular a medida que se avanza o desplaza el potencial o disminuye segn laposicin de las placas.

El campo elctrico est representado por las lneas de fuerza y vadisminuyendo a medida que se acerca a la carga negativa.

Se aprendi a graficar las lneas equipotenciales en la vecindad de dosconfiguraciones de cargas (electrodos).

Se lo logr aprender a calcular la diferencia de potencial entre dos puntos. Se pudo aprender a calcular la intensidad media del campo elctrico. Se pudo obtener caractersticas principales del campo elctrico. Se logr Entender el concepto y las caractersticas principales del campo

elctrico. Se logr aprender como calcular el campo elctrico asociado con las cargas que

se distribuyen a travs de un objeto. Se logr entender como las lneas de campo elctrico pueden usarse para

describir la magnitud y direccin del campo elctrico en una pequea regindel espacio


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VII. SUGERENCIAS:

Es recomendable que otros fluidos con mayor conductividad elctrica seanutilizados para que el experimento tenga un mejor desarrollo.

Adems, durante el desarrollo de la experiencia, una carga de prueba puedeser colocada para conocer su camino de recorrido.

VIII. BIBLIOGRAFIA:

GUIA D ELABORATIOS DE FISICA III FSICA ELEMENTAL (tomo II)

o J.S. FernndezE.F. GALLONI.

o Editorial NIGAR S.R.L.o Buenos Aires - ARGENTINA

FSICA GENERALo Ing. Juan Goi Galarzao LIMA - PERU

FSICA GENERALo Adisson Wesley Longmano Boulevard de las cataratas N3o Mxico 01900, DF.

Fundamentos de Electromagnetismoo Cheng Finneyo Volumen Io Paris Francia.

FSICA UNIVERSITARIA CON FISICA MODERNAo Young, Freedman y Sears, Zemanskyo Tomo II

Fsica II Io Sarwar


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Fundamentos de Electricidad y Magnetismoo Arthur F. Kip

FISICA IIIo Lic. Humberto Leyva N.o Editorial Mosherao Segunda Edicin.

FISICA.-o Resnick Hallidayo Editorial Continental S.A. de C.V.o Segunda Edicin.

IX. ENLACES:

http://www.monografias.com/trabajos85/campo-electrico/campo-electrico.shtml

http://www.etitudela.com/Electrotecnia/principiosdelaelectricidad/cargaycampoelectricos/contenidos/01d56993080935c3a.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_el%C3%A9ctrico http://www.fisicapractica.com/campo-electrico.php http://www.buenastareas.com/ensayos/Diferencias-Entre-Campo-

Electrico-y-Campo/2899636.html

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