4 Carga eléctrica elemental - Actualizada 2021 - Laboratorio de Fisica experimental PDF

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MagnetismoPRÁCTICA Nº 4:CARGA ELÉCTRICA ELEMENTALA. COMPETENCIADetermina el valor de la carga eléctrica elemental utilizando el simulador de la ley de Coulomb, valorando su importancia en el campo de la electricidad.B. INFORMACIÓN TEÓRICAB Carga eléctricaLa carga eléctrica es una propiedad intrínsec...

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Electricidad y

PRÁCTICA Nº 4: CARGA ELÉCTRICA ELEMENTAL A. COMPETENCIA Determina el valor de la carga eléctrica elemental utilizando el simulador de la ley de Coulomb, valorando su importancia en el campo de la electricidad. B.

INFORMACIÓN TEÓRICA B.1 Carga eléctrica La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de la materia a la que se le atribuye la interacción eléctrica. B.2 Ley de Coulomb La magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. En términos matemáticos la ley de Coulomb quedaría expresada en módulo con la siguiente ecuación:

(1)

Donde: ● es una constante de proporcionalidad cuyo valor es ● : es el valor de la carga eléctrica que interactúa ● : es la distancia de separación entre las cargas eléctricas En esta práctica se usará el valor de la carga elemental de un electrón. (C)

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C. CUESTIONARIO PREVIO Responder las preguntas en hojas adicionales y presentar al inicio de la sesión de laboratorio para su revisión 1. ¿Qué es la cuantización de la carga eléctrica? Esta es la mínima cantidad de carga eléctrica, pero en valor absoluto, es decir es el valor absoluto de la carga de un electrón. Además, se sabe que la carga eléctrica de cualquier cuerpo es un múltiplo de la carga del electrón. 2. Mediante esquemas describa la fuerza de Coulomb con diferentes cargas (igual signo y signos contrarios.

Cargas con igual signo

Cargas con signos contrarios

3. ¿Cuán lejos deben colocarse dos electrones sobre la superficie de la Tierra de modo que la fuerza electrostática entre ambos sea igual al peso de uno de ellos?

4. ¿Cómo cambia la magnitud de la fuerza eléctrica entre un par de partículas cargadas cuando las partículas se mueven a la mitad de distancia? ¿Un tercio de distancia? Si nuestras cargas permanecen de manera constantes, y solamente varia la distancia entre estas, entonces la fuerza

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tiende a aumentar o disminuir, pero dependiendo del cuadrado de la distancia (r^2). En otras palabras, en caso de que la distancia de reduzca a la mitad (r/2), la fuerza tendrá que aumentar 4 veces, ya que (r/2) ^2=r^2/4. Esto mismo sucede en caso de que la distancia (1/3), la distancia elevada al cuadrado será (r^2/9), por ende, la fuerza aumentaría 9 veces.

D. MATERIALES Y ESQUEMA 01 programa de simulación de laboratorio de electricidad (Phet.Colorado). https://phet.colorado.edu/sims/html/coulombs-law/latest/coulombs-law_es.html

E.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Acceda al link proporcionado en el apartado D y seleccione “Escala Atómica”. 2. Seleccione los valores de las cargas eléctricas a , en ambas cargas. 3. Ubique la carga 1 en la posición , y la carga 2 a una distancia de , para cada medición variar la distancia en . Los valores obtenidos anoten en la tabla 1

Tabla N°1: Datos obtenidos del simulador

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F.

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ANÁLISIS DE DATOS

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23.10 x 10^-7

0.01 x 10^-24

5.77 x 10^-7

0.0025 x 10^-24

2.56 x 10^-7

(1/30) ^2 x 10^-24

1.44 x 10^-7

0.000625 x 10^24

0.923 x 10^-7

0.0004 x 10^-24

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1. Con los datos de la tabla 1 realice la gráfica 1, en función de e interprete el comportamiento observado.

Fuerza (N) vs Distancia (m) 25 Fuerza (10^-7) N 20

Y=2315,8 X -2.001 15 10 5 0

10

20

30

40

50

Distancia (r x 10^-12) m

Comentario: Observamos que ambas magnitudes están expresadas en el SI, también podemos ver que ambas variables no son proporcionales, tienen una semejanza a una función logarítmica; conforme la distancia aumenta, la fuerza se disminuye.

2. Con los datos de la tabla 1 grafique en función de , determine la ecuación de la recta usando el método de mínimos cuadrados.

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25 y = 2,309 * 10^-28x + 0.0028

Fuerza (10^-7) N 20 15 10 5

0

2

4

6

8

10

Inversa de la distancia al cuadrado

Comentario: Podemos observar que la relación entre la fuerza y la inversa de la distancia al cuadrado es proporcional, esto debido a que la gráfica es una recta.

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3. Usando los parámetros obtenidos de la ecuación de la recta y la ecuación (1). Determine el valor de la carga eléctrica elemental.

Pendiente = 2,31 * 10^-28 Intercepto = 2,81 * 10^-10

G. COMPARACION 1.

Compare de forma porcentual el valor de la carga eléctrica elemental obtenida en la gráfica 2 con el valor teórico.

Para el análisis de los resultados obtenidos mediante el cálculo experimental y cálculo teórico, procederemos a evaluar el error porcentual, índice que nos permitirá conocer en cuánto porcentaje han variado los resultados. Comparación (%)=|(Valor Bibliográfico-Valor Experimental)/(Valor Bibliográfico)|* 100% Como dato tenemos el valor teórico de la carga eléctrica elemental e = 1.6021 * 10^-19 C Como dato experimental tenemos el valor obtenido de la gráfica 02 e = 1.6038 * 10^-19 C Comparación (%)=|(( 1.6021 *10^-19) - 1.6038 *10^-19))/(1.6021 *10^-19)|* 100% Comparación (%)= 0,106 % Se obtuvo un error porcentual de 0,106 %, se interpreta que hay una precisión exacta y sin una variación considerable en los resultados obtenidos. La confiabilidad de los resultados goza de una legitimidad exacta en cuanto a los procedimientos realizados.

H. CONCLUSIONES

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

I.

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En la primer grafica que es Fuerza versus Distancia, observamos que la fuerza disminuye a medida que la distancia tiende a aumentar. En cuanto a la segunda grafica (Fuerza vs Inversa de la distancia al cuadrado) se observa la relación de Coulomb. Coulomb indica que la fuerza eléctrica entre 2 cargas es directamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Esto resulta en la gráfica de una recta. Para concluir podemos observar que existe una incertidumbre de 0.106% entre el valor experimental y el valor bibliográfico de la carga elemental del electrón.

CUESTIONARIO FINAL 1. Explique qué sucedería si se hace la simulación con las siguientes interacciones. (Protón – electrón, Protón - Protón). Primero en cuanto al protón - electrón las partículas tienden a atraerse, haciendo que si las partículas estén más cerca la fuerza que se ejerce entre ellas será mayor. Segundo, si ambas cargas tienen el mismo signo entonces tienen a repelerse. 2. ¿Cuántos protones se necesita para obtener una carga total de . ¿y cuántos electrones se necesita para obtener una carga de ?. Tomando como referencia el Coulomb, este equivale: +1C = 6,241 509 629 152 650 * 10^18 protones -1C = 6,241 509 629 152 650 * 10^18 electrones

3. ¿Por qué se obtiene dos valores para la carga eléctrica elemental a partir de la regresión lineal? Esto se debe a que la carga eléctrica elemental es la carga mas diminuta de existencia libre, esta solo puede ser positiva o negativa. Los valores que se obtiene tienden a ser los mismos, pero con signo opuesto dependiendo del caso,

J.

BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL

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Autor

Título

Francis W. Sears y Mark W. Zemansky

Física Universitaria

Edición 13ra

Año 2018

K. BIBLIOGRAFIA DE REFERENCIA 1. Guías de Laboratorio de Física Básica, Departamento Académico de Física UNSA, Año 2016. 2. Physics Education Technology (PhET) Interactive Simulations, University of Colorado Boulder. https://phet.colorado.edu/ L. ANEXOS

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