Laboratorio_fisica_2.docx

LEY DE COULOMB LABORATORIO N° 3

WILLIAN JESUS GUERRERO MOLINA 1111775 ELVIS JHONATAN AGUAYO RICO 1180974 CARLOS FUENTES 1120820

PRESENTADO A: CAMILO PRATO INGENIERO

FISICA ELECTROMAGNETICA INGENIERIA CIVIL SAN JOSE DE CUCUTA, COLOMBIA UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER 2015

LEY DE COULOMB LABORATORIO N° 3

WILLIAN JESUS GUERRERO MOLINA 1111775 ELVIS JHONATAN AGUAYO RICO 1180974 CARLOS FUENTES 1120820

PRESENTADO A: CAMILO PRATO INGENIERO

FISICA ELECTROMAGNETICA INGENIERIA CIVIL SAN JOSE DE CUCUTA, COLOMBIA UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER 2015

INTRODUCCION

En esta práctica de laboratorio aprenderemos cuales son la relaciones de la fuerza eléctrica con la carga y la distancia entre las cargas , esta ley nos ayuda mucho ya que en la vida cotidiana todos los cuerpos están cargados aunque mínimamente o su carga es cero debido a que posee la misma carga de electrones y carga de protones.

Si dos elementos están cargados positivamente o ambos están cargados negativamente ejercerán una fuerza de repulsión entre ellos, pero si uno está cargado positivamente y el otro negativamente tendrá una fuerza de atracción ya que el que está cargado positivamente tratara de tomar electrones del que está cargado positivamente.

RESUMEN En este laboratorio haremos el mismo experimento que hizo coulomb, usaremos la fuerza de atracción o de repulsión mediante una balanza de torsión. Tendremos una esfera sujeta a la balanza de torsión la cual cargamos con otra esfera con carga, para cargarla acercamos la esfera un poco a la esfera que cuelga de la balanza de torsión esto creara un momento o una fuerza de torque, para hallar esta fuerza la contrarrestamos girando la perilla de la parte superior.

Esta balanza cuenta con un medidor de fuerza en mili Newton el cual va siendo marcado al ir girando la perilla, posteriormente procedemos a tomar la medida de la carga que tiene la balanza de torsión con una esfera conectada a un multímetro.

Procedemos a realizar los mismos pasos para las distancias de 6 y 8 centímetros.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL Verificar experimentalmente la ley de Coulomb

OBJETIVOS ESPECIFICOS

 Establecer la relación entre la fuerza eléctrica y la carga  Establecer la relación entre la fuerza eléctrica y la distancia entre las cargas  Determinar una constante eléctrica

MARCO TEORICO La Ley de Coulomb, que establece cómo es la fuerza entre dos cargas eléctricas puntuales, constituye el punto de partida de la Electrostática como ciencia cuantitativa. Fue descubierta por Priestley en 1766, y redescubierta por Cavendish pocos años después, pero fue Coulomb en 1785 quien la sometió a ensayos experimentales directos. Entendemos por carga puntual una carga eléctrica localizada en un punto geométrico del espacio. Evidentemente, una carga puntual no existe, es una idealización, pero constituye una buena aproximación cuando estamos estudiando la interacción entre cuerpos cargados eléctricamente cuyas dimensiones son muy pequeñas en comparación con la distancia que existen entre ellos. La Ley de Coulomb dice que "la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario". Es importante hacer notar en relación a la ley de Coulomb los siguientes puntos: a) cuando hablamos de la fuerza entre cargas eléctricas estamos siempre suponiendo que éstas se encuentran en reposo (de ahí la denominación de Electrostática); Nótese que la fuerza eléctrica es una cantidad vectorial, posee magnitud, dirección y sentido. b) las fuerzas electrostáticas cumplen la tercera ley de Newton (ley de acción y reacción); es decir, las fuerzas que dos cargas eléctricas puntuales ejercen entre sí son iguales en módulo y dirección, pero de sentido contrario:

Fq1 → q2 = −Fq2 →q1 ;

En términos matemáticos, esta ley se refiere a la magnitud F de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales q1y q2 ejerce sobre la otra separadas por una distancia r y se expresa en forma de ecuación como:

k es una constante conocida como constante Coulomb y las barras denotan valor absoluto. F es el vector Fuerza que sufren las cargas eléctricas. Puede ser de atracción o de repulsión, dependiendo del signo que aparezca (en función de que las cargas sean positivas o negativas). - Si las cargas son de signo opuesto (+ y –), la fuerza "F" será negativa, lo que indica atracción - Si las cargas son del mismo signo (– y – ó + y +), la fuerza "F" será positiva, lo que indica repulsión.

En el gráfico vemos que, independiente del signo que ellas posean, las fuerzas se ejercen siempre en la misma dirección (paralela a la línea que representa r), tienen siempre igual módulo o valor (q 1 x q2 = q2 x q1) y siempre se ejercen en sentido contrario entre ellas. Recordemos que la unidad por carga eléctrica en el Sistema Internacional (SI) es el Coulomb. c) hasta donde sabemos la ley de Coulomb es válida desde distancias de muchos kilómetros hasta distancias tan pequeñas como las existentes entre protones y electrones en un átomo.

ANALISIS 1. Calcule el valor de 𝑞 2 en las tablas 1, 2 y 3, utilizando la ecuación (1).

𝐹=

1 𝑞2 ∴ 𝑞 2 = 𝐹(4𝜋𝜀0 𝑎2 ) 4𝜋𝜀0 𝑎2

Para la tabla 1. 12 KV 16 KV 20 KV 24 KV

𝑞2 𝑞2 𝑞2 𝑞2

= (0.19 ∗ 10−3 )(4 ∗ 𝜋 ∗ (8.85 ∗ 10−12 ) ∗ (0.042 ) = 3.38 ∗ 10−17 = (0.30 ∗ 10−3 )(4 ∗ 𝜋 ∗ (8.85 ∗ 10−12 ) ∗ (0.042 ) = 5.34 ∗ 10−17 = (0.33 ∗ 10−3 )(4 ∗ 𝜋 ∗ (8.85 ∗ 10−12 ) ∗ (0.042 ) = 5.87 ∗ 10−17 = (0.41 ∗ 10−3 )(4 ∗ 𝜋 ∗ (8.85 ∗ 10−12 ) ∗ (0.042 ) = 7.29 ∗ 10−17

Para la tabla 2. 12 KV 16 KV 20 KV 24 KV

𝑞2 𝑞2 𝑞2 𝑞2

= (0.13 ∗ 10−3 )(4 ∗ 𝜋 ∗ (8.85 ∗ 10−12 ) ∗ (0.062 ) = 5.20 ∗ 10−17 = (0.21 ∗ 10−3 )(4 ∗ 𝜋 ∗ (8.85 ∗ 10−12 ) ∗ (0.062 ) = 8.41 ∗ 10−17 = (0.29 ∗ 10−3 )(4 ∗ 𝜋 ∗ (8.85 ∗ 10−12 ) ∗ (0.062 ) = 1.16 ∗ 10−16 = (0.39 ∗ 10−3 )(4 ∗ 𝜋 ∗ (8.85 ∗ 10−12 ) ∗ (0.062 ) = 1.56 ∗ 10−16

Para la tabla 3. 12 KV 16 KV 20 KV 24 KV

𝑞2 𝑞2 𝑞2 𝑞2

= (0.11 ∗ 10−3 )(4 ∗ 𝜋 ∗ (8.85 ∗ 10−12 ) ∗ (0.082 ) = 7.83 ∗ 10−17 = (0.20 ∗ 10−3 )(4 ∗ 𝜋 ∗ (8.85 ∗ 10−12 ) ∗ (0.082 ) = 1.42 ∗ 10−16 = (0.27 ∗ 10−3 )(4 ∗ 𝜋 ∗ (8.85 ∗ 10−12 ) ∗ (0.082 ) = 1.92 ∗ 10−16 = (0.29 ∗ 10−3 )(4 ∗ 𝜋 ∗ (8.85 ∗ 10−12 ) ∗ (0.082 ) = 2.06 ∗ 10−16

2. En el mismo sistema cartesiano dibuje las gráficas de F contra 𝑞 2 para cada una de las distancias. Anexo número 1. 3. Como es la relación entre la fuerza y 𝑞 2 ? Es directamente proporcional al producto de las cargas

4. Determine la pendiente de cada una de estas gráficas y con este valor calcule el calor de Ԑ en cada caso 𝑚=

𝑦2 − 𝑦1 𝐹2 − 𝐹1 = 2 𝑥2 − 𝑥1 𝑞2 − 𝑞12

Para la tabla 1 𝑚=

0.41 ∗ 10−3 − 0.19 ∗ 10−3 = 5.62 ∗ 1012 7.29 ∗ 10−17 − 3.38 ∗ 10−17

𝑚=

0.39 ∗ 10−3 − 0.13 ∗ 10−3 = 2.5 ∗ 1012 1.56 ∗ 10−16 − 5.20 ∗ 10−17

𝑚=

0.29 ∗ 10−3 − 0.11 ∗ 10−3 = 1.41 ∗ 1012 2.06 ∗ 10−16 − 7.83 ∗ 10−17

Para la tabla 2.

Para la tabla 3.

5. Encuentre el valor promedio de Ԑ con su incertidumbre 𝜀0 =

1 𝑚 ∗ 4 ∗ 𝜋 ∗ 𝑎2

Para la tabla 1. 𝜀0 =

5.62 ∗

1012

1 = 8.849 ∗ 1012 ∗ 4 ∗ 𝜋 ∗ 0.042

Para la tabla 2. 𝜀0 =

2.5 ∗ 1012

1 = 8.842 ∗ 1012 ∗ 4 ∗ 𝜋 ∗ 0.062

Para la tabla 3. 𝜀0 =

𝜀̅0 =

1.41 ∗ 1012

1 = 8.82 ∗ 1012 ∗ 4 ∗ 𝜋 ∗ 0.082

∑ 𝜀0 8.849 ∗ 1012 + 8.842 ∗ 1012 + 8.82 ∗ 1012 = = 8.837 ∗ 1012 3 3 8.83 ∗ 1012 ± 0.024

6. ¿Porque podemos obtener tan solo una carga inducida limitada cuando el número de electrones móviles en la placa es extremadamente grande? Porque la carga inducida depende de la capacidad de conducción, forma y el medio en el que se encuentre el cuerpo y esta dice que a mayor capacidad mayor carga obtendremos en la superficie. Por tanto, no depende del número de electrones que se encuentren en el sistema sino de la capacidad que tenga el objeto.

   

CONCLUSIONES. Se aprendió que un objeto cargado positivamente le faltan electrones y uno negativamente tiene electrones de más. Se conoció que las cargas iguales se repelen y que las contrarias se atraen. Se logró conocer cómo fue que Coulomb logro conocer la fuerza que ejercían las partículas. Se logró conocer que la fuerza es directamente proporcional a la carga.

BIBLIOGRAFIA  http://www.profesorenlinea.cl/fisica/ElectricidadLeyCoulomb.html  http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Coulomb  GUIAS DE LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA, LEY DE COULOMB.