CARGAS ELÉCTRICAS

Viene a ser la medida de electrización de un cuerpo. Además un cuerpo está cargado cuando tiene exceso o deficiencia de electrones; por tanto tiene las siguientes propiedades:

* Hay dos tipos de cargas en la naturaleza, con la propiedad de que cargas diferentes se atraen unas a otras y cargas similares se rechazan entre sí.

* La fuerza entre las cargas varia con el inverso al cuadrado de su separación 

* La carga se conserva

* La carga esta cuantizada

LEY DE COULOMB

RESEÑA HISTÓRICA: 

Charles de Coulomb (1736-1806), físico francés, pionero en la teoría eléctrica. Nació en Angulema y trabajó como ingeniero militar al servicio de Francia en las Indias Occidentales (actuales Antillas), pero se retiró a Blois (Francia) durante la Revolución Francesa para continuar con sus investigaciones en magnetismo, rozamiento y electricidad. En 1777 inventó la balanza de torsión para medir la fuerza de atracción magnética y eléctrica. Con este invento, Coulomb pudo establecer el principio, conocido ahora como ley de Coulomb, que rige la interacción entre las cargas eléctricas. En 1779 publicó el tratado Teoría de las máquinas simples, un análisis del rozamiento en las máquinas. Después de la Revolución, Coulomb salió de su retiro y ayudó al nuevo gobierno en la planificación de un sistema métrico decimal de pesos y medidas. La unidad de medida de carga eléctrica, el culombio, recibió este nombre en su honor.

Balanza de torsión de Coulomb:

Coulomb empleó una balanza de torsión para estudiar las fuerzas electrostáticas. Para ello cargó una esfera fija con una carga q1 y otra esfera, situada en el extremo de una varilla colgada, con una carga q2. La fuerza ejercida por q1 sobre q2 tuerce la varilla y la fibra de la que cuelga. Girando el cabezal de suspensión en sentido contrario se mantienen las esferas a la distancia original. La fuerza se mide por el ángulo que hay que girar el cabezal. Coulomb halló que la fuerza...[continua]

COULOMB, MÁS CARGADO QUE NUNCA…

6º FM2012Resumen: Ésta práctica consistió en el análisis de un video de dos cuerpos puntuales cargados eléctricamente que interactuaban entre sí, con el fin de estudiar la relación entre ellos; basándose en la ley de Coulomb.

Introducción:El objetivo de esta práctica es analizar el video dado; teniendo en cuenta leyes de la física, tal como la Ley de Coulomb. Con el fin de obtener el valor de las cargas presentes.La carga eléctrica es una propiedad de la materia, se la puede encontrar de dos formas, negativa y positiva. Su unidad es el C (Coulomb), y se puede decir que es la cantidad de carga que pasa por un conductor en un segundo, cuando la corriente eléctrica es de un ampere. Además la carga tiene ciertas propiedades, como lo es que es simétrica, lo que significa que se distribuye igual en toda la materia; es invariante, lo que quiere decir que sin importar la unidad el valor es el mismo; se conserva, lo que quiere decir que la carga neta total existente nunca cambia; y por último está cuantizada, lo que significa que el modulo de cualquier carga tiene que ser múltiplo de la mínima carga existente, la del electrón; esta afirmación fue argumentada a través de experimentos que demostraron que la carga eléctrica puede transferirse únicamente en cantidades que son múltiplos enteros de la carga de un electrón. Además se sabe que las cargas que tienen igual signo (+,+) y (-,-) se repelen, y las que tienen distinto signo (+,-), (-,+) se atraen. La Ley de Coulomb establece una relación entre dos cuerpos puntuales cargados, y la distancia entre ellos. La fuerza eléctrica ejercida por un cuerpo cargado sobre otro, depende directamente del producto de sus magnitudes e inversamente del cuadrado de su separación. Esta relación se expresa mediante la siguiente proporción: Feα q1q2r2. Para transformar esta proporción en una igualdad es necesario introducir una constante k, la cual equivale a 14πε0 y se aproxima al valor...[continua]

CUOLOMB

1. UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA CAMPUS

SANTIAGO LABORATORIO FIS 119 / FIS 120 PRIMER

SEMESTRE 2011 INTERACCIÓN ENTRE CARGAS ELÉCTRICAS:

LEY DE COULOMBIntroducción En el equilibrio de este sistema

intervienen la fuerza eléctrica F, la tensión del hilo T y la atracción

gravitacional mg entre la tierra y la esfera suspendida por un hilo de

largo Marco Teórico L. Es sabido que las cargas eléctricas

interactúan entre sí Al realizar un análisis de equilibrio se puede

determinarexperimentando fuerzas cuyo modelo matemático para el

que las ecuaciones para los ejes horizontal y vertical son:caso de

cargas puntuales se conoce como Ley de Coulomb,y se expresa en

la siguiente ecuación: Dividiendo las ecuaciones (3) y (4) y usando la

aproximación para ángulos pequeños , se obtienedonde q1 y q2

corresponde a las cargas eléctricas de las la siguiente ecuación de

relación entre la fuerza de repulsiónpartículas 1 y 2 respectivamente,

r es la distancia entre las F y la distancia d:partículas y kc es

conocida como la constante de Coulomb.El valor de la constante de

Coulomb es: Se pide al lector que realice el análisis de los pasos

intermedios para obtener la ecuación (5). Los valores de ladonde ε0

es la permisividad en el vacío. aceleración de gravedad para el

Campus Vitacura es de 9,7939 [m/s2], mientras que en el Campus

San Joaquín es de Resulta instructivo estudiar experimentalmente la

9,7943 [m/s2].interacción entre pequeños cuerpos cargados, a fin de

lograruna mejor comprensión del modelo de Coulomb y sus En esta

experiencia, la fuerza no puede ser medidalimitaciones, como

asimismo apreciar el valor del trabajo directamente, de esta forma se

puede buscar una relaciónexperimental contenido en la elaboración

de dicha ley. entre la distancia que separa las esferas r y la distancia

que se desplaza la esfera colgante de su punto de equilibrio El

esquema a utilizar es básicamente el mostrado en la . Esta relación

se obtiene mezclando lasFigura 1. Dos esferas conductoras de igual

diámetro serán ecuaciones (1) y (5):cargadas por contacto utilizando

un terminal de ungenerador (o fuente) de alta tensión. Una de las

esferaspermanecerá fija y la otra será suspendida mediante un

hilode seda (aislante). La capacidad de almacenar carga de una

esfera está dada por: donde C es la capacitancia, q la carga eléctrica

y V el potencial eléctrico. Geométricamente se puede determinar la

capacidad de una esfera de radio R como:Figura 1: Diagrama de

cuerpo libre de dos esferas que interactúaneléctricamente. Igualando

las ecuaciones (7) y (8) se puede determinar teóricamente la carga

de la esfera:

2. las mediciones, al centro cuelga libremente la segunda esfera y a

la derecha empotrada la tercera, estas últimas dos El Marco Teórico

presentado aquí debe ser esferas están sujetas a través de un hilo

de seda, el cualcomplementado con el estudio de los siguientes

textos: presenta una alta resistencia, permitiendo que las esferas no

se descarguen por ahí. Anexo: - Análisis y Teoría del Error

Experimental Libros de consulta: - Sears, Zemansky, Young,

Freedman. Física Universitaria Volumen II Electromagnetismo.

Décimo primera edición. Secciones: 21.3 - Resnick, Halliday, Krane.

Física Volumen 2. Cuarta Edición. Secciones: 27.4 Objetivos

Medir las variables d y r en la caja de experimentación Figura 2:

Montaje experimental para verificar la Ley de Coulomb. donde

interactúan las cargas eléctricas. Estimar el error instrumental de

cada uno de los La caja de experimentación debe ubicarse al borde

del instrumentos utilizados. mesón de trabajo, lo más lejos posible

de la fuente de luz. Las tres esferas deben alinearse horizontalmente

antes de Informar el resultado de cada medición y cálculo,

comenzar las mediciones (sus centros de masa deben estar

incluyendo el error que sea relevante (instrumental, en línea), para

ello cada caja de experimentación cuenta con aleatorio o de

propagación), con el número correcto de topes giratorios de madera

que permiten desplazar la esfera cifras significativas y la unidad

correspondiente. central. Linealizar una representación gráfica y

determinar la dependencia entre las variables d y r. Una vez

alineadas las esferas, se fija el papel milimetrado en el vidrio de la

caja y se ubican las sombras Determinar la relación entre la fuerza

F y la distancia de las esferas. En el papel milimetrado es necesario

marcar entre las esferas r. el punto de equilibrio de la esfera central

en uno de sus Verificar experimentalmente la Ley de Coulomb.

bordes. Realizado esto, no debe moverse la fuente de luz, ni

Determinar la constante de Coulomb y calcular el error la caja, ni el

papel milimetrado. porcentual. Para el proceso de carga de las

esferas, deben estar en contacto de tal forma que la esfera central

quede en su puntoDesarrollo Experimental de equilibrio y presionada

por las otras dos. Es fundamental que la tercera esfera se desplace

de su eje, como se aprecia Para la toma de datos se debe tener

algunas en la Figura 3.precauciones básicas: Se ocupará una fuente

de alta tensión,la cual entrega aproximadamente 5000 [V] en su

salida, porlo cual es recomendable una manipulación

cuidadosaobservando las instrucciones de seguridad que se darán

en ellaboratorio. La sala de laboratorio se mantienecalefaccionada

para eliminar la humedad, es por esto que sedebe trabajar con ropa

cómoda. Además, se sugiere el usode calzado con plantas de goma

y de pantalón largo, paramejorar el aislamiento eléctrico. El montaje

experimental consiste en una caja deexperimentación con tres

esferas, más una fuente de luzexterna que permite generar sombras

bien definidas sobre lapantalla de la caja. Figura 3: Montaje

experimental de las esferas para realizar la Como se aprecia en la

Figura 2, se tienen tres esferas, la carga por conducción.primera de

izquierda a derecha es la esfera cargadora, lacual estará conectada

a través de un cable a la fuente de alta Con las tres esferas

presionadas se debe encender latensión y nos permitirá cargar las

otras esferas para realizar fuente de alta tensión y ajustar su salida a

5000 [V], se

3. conecta el cable de la esfera cargadora a la salida de la de

correlación. Analice las similitudes entre los ajustes defuente

(conector rojo), la carga se produce tendencia realizados, incluyendo

el de linealización.instantáneamente, realizado esto las tres esferas

deben sercuidadosamente separadas de tal forma que la central no

Recuerde que debe realizar un análisis cualitativo yoscile.

cuantitativo para cada parte de la experiencia e incluir todos La

esfera cargadora debe ser llevada al extremo de la los cálculos de

los errores de la experiencia.caja y se pasa su cable de la salida de

la fuente de altatensión a la tierra o neutro de la fuente (conector

negro), con Relación entre F y resto se descarga y no afectará a

las mediciones, luego seapaga la fuente de alta tensión. En esta

parte de la experiencia necesita el largo del hilo suspendido, para

esto use la huincha y mida por fuera de la Encienda la fuente de alta

tensión sólo en el momento caja de experimentación el largo desde

el pivote hasta elque va a realizar el proceso de carga. Después que

cambie centro de masa de la esfera. La masa de las esferas deel

cable a tierra, apague la fuente. plumavit son de 0,35 gramos.

Relación entre d y r Agregue una nueva columna en su tabla de

datos y calcule la fuerza de Coulomb despejando la ecuación (5). En

esta experiencia se relacionará la distancia que Luego, grafique la

fuerza F en función de la distancia entresepara a las esferas (r) y la

distancia que se desplaza la las esferas r. Realice un ajuste

potencial y compare losesfera central de su punto de equilibrio (d).

parámetros del ajuste con los valores teóricos. Se debe tener en

cuenta que las esferas están inmersas Calcule la carga teórica de la

esfera a través de laen un medio no ideal y por lo tanto, comenzarán

a ecuación (9) y use los parámetros del ajuste potencial

paradescargarse a través del ambiente y del hilo de seda, es obtener

el valor de la constante de Coulomb experimental.necesario

entonces cargarlas cada vez que se deba medir. Compare este valor

con el valor teórico de la constante.Por lo anterior, también es crítico

el tiempo transcurridoentre la carga de las esferas y la medición,

este debe ser Bibliografíaconstante entre mediciones y lo más

pequeño posible. Las mediciones consisten en acercar la esfera

cargada a Sears, Zemansky, Young, Freedman. Física

Universitaria Volumen II Electromagnetismo. Décimouna distancia r

conocida tal que la esfera central se desplace primera edición.una

distancia d medible. Considere que las esferas no sonpuntuales,

entonces, se debe medir hasta una distancia r Serway. Física

Tomo II. Cuarta edición.mayor a 4 veces el radio R de la esfera.

Tipler. Física para la Ciencia y la Tecnología Volumen 2. Cuarta

edición. Este procedimiento se repite para ocho mediciones y

seconstruye una tabla de datos de las variables d y r. Como se

Tipler, Mosca. Física para la Ciencia y la Tecnologíaaprecia en la

ecuación (6), las variables se relacionan de Volumen 2. Quinta

edición.manera potencial. Por lo tanto, se procede a linealizar la

Resnick, Halliday, Krane. Física Volumen 2. Cuartacurva, aplicando

logaritmo a ambas variables, y graficando Edición. en función de . Se

agrega un ajuste lineal y secomparan los parámetros obtenidos con

los valores teóricos Giancoli. Física Principio con Aplicaciones.

Sextaesperados. edición. Tippens. Física Conceptos y

Aplicaciones. Sexta En este punto debe ser capaz de calcular el

error edición.porcentual de la pendiente y el coeficiente de

correlaciónusando la ecuación (1) del anexo Análisis y Teoría del

Error

http://www.metrologia.cl/medios/images/GRAVEDADExperimental.

_EN_CHILE.pdf Para optimizar el tiempo en el laboratorio, se realiza

elgrafico al obtener las dos primeras mediciones. Entonces,cuando

se agregue una nueva medición, el grafico seactualizará de forma

automática. Si este último dato no escoherente con la tendencia, se

debe repetir la últimamedición. Para su Informe de Laboratorio debe

realizar el gráficoentre las variables d y r. Además, adjunte los

ajustes detendencia lineal y potencial y compare ambos coeficientes