430101755 Informe de laboratorio Fisica 2 Ley de Coulomb UFPS PDF

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LEY DE COULOMBJARLIN ANDRES FONSECA BERMON 1151758MANUEL FELIPE MORA ESPITIA 1151863WILSON LEONARDO AYALA CASTILLO 1091294LUIS EDUARDO SOTO GARCIA 1151860UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDERFACULTAD DE INGENIERIAINGENIERIA DE SISTEMASSAN JOSE DE CUCUTA20192LEY DE COULOMBJARLIN ANDRES FONSECA BER...

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LEY DE COULOMB

JARLIN ANDRES FONSECA BERMON

1151758

MANUEL FELIPE MORA ESPITIA

1151863

WILSON LEONARDO AYALA CASTILLO

109129 4 1151860

LUIS EDUARDO SOTO GARCIA

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA DE SISTEMAS SAN JOSE DE CUCUTA 2019

LEY DE COULOMB

JARLIN ANDRES FONSECA BERMON

1151758

MANUEL FELIPE MORA ESPITIA

1151863

WILSON LEONARDO AYALA CASTILLO

109129 4 1151860

LUIS EDUARDO SOTO GARCIA

INFORME DE LABORATORIO DE FISICA ELECTROMAGNETICA

Docente CARLOS JESUS CONTRERAS BARRETO Ingeniero Electricista

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA DE SISTEMAS SAN JOSE DE CUCUTA 2019 2

CONTENIDO

1. RESUMEN..........................................................................................................4 2. OBJETIVOS........................................................................................................5 3. DESARROLLO TEORICO..................................................................................6 4. DETALLES EXPERIMENTALES.........................................................................8 5. RESULTADOS EXPERIMENTALES.................................................................10 6. ANALISIS Y PROCESAMIENTO DE DATOS...................................................11 7. CONCLUSIONES..............................................................................................16

1. RESUMEN

El presente laboratorio se realizó con el fin de analizar y estudiar la ley de Coulomb, llevamos a cabo ciertas mediciones, como fuerza (F) y carga (q). Para poder realizar estas medidas empleamos el uso de un dinamómetro, amplificador y multímetro. De esta manera y con la ayuda de la teoría pudimos realizar los respectivos cálculos y experimentos, obteniendo así los resultados y conclusiones esperadas. El experimento es muy parecido al experimento que realizó Coulomb llamada la balanza de torsión con la que determinó las propiedades de la fuerza electrostática. Este instrumento consiste en una barra que cuelga de una fibra capaz de torcerse. Si la barra gira, la fibra tiende a regresarla a su posición original, con lo que conociendo la fuerza de torsión que la fibra ejerce sobre la barra, se puede determinar la fuerza ejercida en un punto de la barra. La ley de Coulomb también conocida como ley de cargas tiene que ver con las cargas eléctricas de un material, es decir, depende de sus cargas sean negativas o positivas.

2. OBJETIVOS

Objetivo General Verificar experimentalmente la Ley de Coulomb.

Objetivos específicos 1. Establecer la relación entre la fuerza eléctrica y la carga. 2. Establecer la relación entre la fuerza eléctrica y la distancia entre las cargas.

3. Determinar una constante eléctrica.

3. DESARROLLO TEORICO

Mediante una balanza de torsión, Coulomb encontró que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales (cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables comparadas con la distancia r que las separa) es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de las cargas que las separa:

� =

1 � 1� 2 4 4 0 �2

El valor de la constante de proporcionalidad �0 (permisividad eléctrica) depende de las unidades en las que se exprese �, � 1,

2

y �. En el Sistema Internacional

de Unidades de Medida su valor es:

�0 = 8,85 × 10−12� ��

2 2

Es importante tener en cuenta: 

La materia contiene dos tipos de cargas eléctricas denominadas positivas y negativas. Los objetos no cargados poseen cantidades iguales de cada tipo de carga.



Cuando un cuerpo transfiere carga a otro, uno de los cuerpos queda con exceso de carga positiva y el otro, con exceso de carga negativa. En cualquier proceso que ocurra en un sistema aislado, la carga total o neta no cambia.



Los objetos cargados con cargas del mismo signo se repelen y los objetos cargados con cargas del mismo signo, se atraen.

4. DETALLES EXPERIMENTALES 1. Realizamos el montaje de dichos instrumentos para la recolección de datos. 2. Nivelamos la balanza de torsión, ajustamos la posición con la perilla de la parte inferior del dinamómetro para obtener buenos resultados. 3. Ajustamos el dinamómetro a cero para tener datos más precisos. 4. Colocamos la esfera metálica de la balanza a 4 cm de la placa. 5. Revisamos que el amplificador estuviera en posición Q y en escala 1-10 nAS. 6. Colocamos el multímetro en la escala de 20V y ajustamos la lectura a cero, manipulando el botón de calibración fina. El rango de medida para las lecturas de carga lo ajustamos con los botones ubicados en el electrómetro. 7. Cargamos la esfera externa con un potencial de 12 KV y la ubicamos muy cerca de la esfera de la balanza, de tal manera que sea atraída hasta tocarla y así adquirir carga eléctrica. 8. Retiramos la esfera conectada a la fuente. 9. Movimos la perilla del dinamómetro hasta que retorne a la posición inicial y se mida de inmediato la carga de la esfera de la balanza. 10. Registramos el valor de la esfera que marcó el dinamómetro y la carga de la esfera en la tabla 1. 11. Descargamos todo el sistema, es decir, la placa metálica, la esfera de la balanza y la esfera medidora de carga, esto se hace antes de tomar una nueva medición. 12. Repetimos el procedimiento para cada uno de los potenciales de carga que se muestra en la tabla 1.

13. La distancia se varía entre la esfera y la placa (6 cm y 8 cm) y se repite todo el procedimiento anterior para cada una de las distancias mencionadas para así poder llenar las tablas faltantes.

5. RESULTADOS EXPERIMENTALES

DATOS OBTENIDOS Tabla 1. � ��

a = 4 cm

�

�

�2

0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 5

1. 23

1. 51

1. 41

1. 99

2. 15

4. 62

2. 25

5. 06

���

12K V 16K V 20K V 24K V

Tabla 2. ���

a = 6 cm

�

�

�2

0. 2 0. 3 0. 35 0. 4

1. 84 2. 22 2. 32 4. 43

3.3 9 4.9 2 5.3 8 19. 62

���

12K V 16K V 20K V 24K V

Tabla 3. ���

a = 8 cm

�

�

�2

0 . 2

0. 94

0. 88

���

12K V

16K V 20K V 24K V

0 . 3 0 . 4 0 . 5

1. 60

2. 56

2. 45

6. 00

2. 52

6. 35

6. ANALISIS Y PROCESAMIENTO DE DATOS

1. Calcule el valor de �2 en las tablas 1, 2 y 3. 2. En el mismo sistema cartesiano dibuje las gráficas de F contra �2 para cada una de las distancias.

�2 (Tabla 1)

�2 (Tabla 2)

�2 (Tabla 3)

3. ¿Cómo es la relación entre la fuerza y �2 ? R/. Tienen una relación directamente proporcional, a medida que aumenta la fuerza, aumenta la carga(al cuadrado). 4. Determine la pendiente de cada una de estas gráficas, y con este valor calcule el valor de � en cada caso.

Pendiente de la gráfica 1: �

1

=

0.5 − 0.1 5.06 − 1.51

�1 =

0.4 3.55

�1 = 0.112

Pendiente de la gráfica 2: �2 =

�2 =

0.4 − 0.2 19.32 − 3.39 0.2 15.9 3

�2 = 0.012

Pendiente de la gráfica 3: 0.5 − 0.2 6.35 − 0.88 0.3 �3 = 5.47

�3 =

�3 = 0.054

 =

∆ ∆

0.112 + 0.012 + 0.054 3 ∆ ∆ � = |�� − |

�

= 0.059

= |0.112 − 0.059| = 0.053

∆ ∆ � = |0.012 − 0.059| = 0.047 ∆ ∆ � = |0.054 − 0.059| = 0.005

Error relativo de la gráfica 1:

�� = �� =

Error relativo de la gráfica 2:

∆ ∆� 

0.053 0.899 = 0.059

∆ ∆� �� =  0.047 0.797 �� = 0.059 =

Error relativo de la gráfica 3: �� =

∆ ∆� 

0.005 0.085 �� = 0.059 =

5. Encuentre el valor promedio de � con su incertidumbre.

Valor promedio de �:  =

0.899 + 0.797 + 0.085 3  = 1.781 =0.594 3

Incertidumbre de �: ∆�� = |0.899 − 0.594| = 0.305

∆�� = |0.797 − 0.594| = 0.203 ∆�� = |0.085 − 0.594| = 0.509

∆ ∆ =

∆ ∆ =

∑∆ ∆� �

0.305 + 0.203 + 0.509 3

1.01 = 0.339 ∆ ∆ = 7 3

�� = �� =

∆ ∆ 

0.339 0.594

�� = 0.570

6. La cantidad de carga obtenida en el proceso de inducción por la esfera, ¿es igual a la cantidad de carga que posee el elemento inductor? Explique.

R/. Sí, porque cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y las del cuerpo neutro. Como resultado de esta interacción, la distribución inicial se altera: el cuerpo electrizado provoca el desplazamiento de los electrones libres del cuerpo neutro. En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas se carga positivamente y en otras negativamente. Se dice que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado, denominado inductor, induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.

Cuando un cuerpo cargado eléctricamente se acerca a otro con carga neutra o con carga diferente éstos buscan un estado de equilibrio eléctrico distribuyéndose

entre ambos, de tal manera que ninguno de los dos tenga más carga eléctrica que el otro. Dependiendo del tipo de carga que posean los cuerpos será el viaje de electrones, si se acerca un cuerpo con carga neutra a uno con carga positiva, los electrones viajan del de la neutra hacia el de la positiva, quedando ambos cuerpos cargados positivamente. Si se acerca un cuerpo con carga negativa a uno con carga neutra los electrones viajan del negativo al neutro, quedando ambos cuerpos cargados negativamente o con carga neutra. Si se acercan dos cuerpos con cargas de diferente signo los electrones viajan del cuerpo cargado negativamente hacia el de carga positiva.

7. ¿Por qué podemos obtener tan solo una carga inducida limitada, cuando el número de electrones móviles en la placa es extremadamente grande? R/. Porque al tener una cantidad extremadamente grande de electrones móviles, también los debe tener de protones, ya que actualmente la placa está en un estado neutro al carecer de carga, así que, al inducir una cantidad de electrones, lo que sucede es que los electrones comienzan a moverse y acaban en la otra esfera, por lo que la placa vuelve a entrar en un estado neutro.

7. CONCLUSIONES 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” en el simulación se procedió a calcular la fuerza entre dos cargas puntuales variando sus magnitudes y distancia con diferentes valores, se pudo observar cuando el valor de las cargas aumentaba el producto entre ellas también, de la misma manera la fuerza electrostática, pero cuando la distancia que las separaba era mayor la fuerza disminuía. Se puede concluir que a mayor distancia se genera menor fuerza y a una menor distancia r mayor fuerza eléctrica. En efecto la Ley de Coulomb se logró comprobar con la simulación....