Informe N° 01 LEY DE Coulomb FISICA II UPAO PDF

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LEY DE COULOMB 1. OBJETIVO 1. Determinar la ecuación F vs. r que rige la dependencia de la fuerza y la distancia

entre cargas eléctricas 2. Determinar la constante electrostática y la permitividad eléctrica en el vacío

2. FUNDAMENTO TEÓRICO En el estudio del electromagnetismo se consideran cargas de dos naturalezas, positivas y negativas, experimentalmente se puede observar que cuando se tienen dos cargas de signos iguales estas se repelen y cuando se tienen cargas de signos diferentes estas cargas se atraen, la fuerza con la cual estas cargas se atraen o repelen, depende de la distancia de separación entre ellas y del valor de sus cargas, estas dependencias fueron determinadas por Charles Agustín Coulomb, y establecen que la fuerza de atracción o repulsión es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia y directamente proporcional al producto de las fuerzas que están interactuando. Esta ley se puede escribir en forma matemática en la forma:  F =k

q1 q2 r2

^u

……………………… 1

Donde q1 y q2, son las cargas que interactúan, r es la distancia que las separa, uˆ es el vector unitario que indica la dirección de la fuerza y ke es la constante de proporcionalidad, la cual depende del medio en el cual interactúen las cargas, y se escribe como ke = 1/ 4 π e , donde e , es la permisividad del medio, que en el caso del vacío es e0 = 8,85 × 10-12m2/NC2

FISICA II

INFORME No 03 LEY DE COULOMB 3. RESUMEN (

)

En esta práctica de laboratorio se empleó un simulador de laboratorio web para estudiar la ley de coulomb y campo eléctrico, identificando la interacción que hay entre la fuerza eléctrica, la carga de prueba, la distancia de las cargas y la generación del campo eléctrico que esta conlleva. Se obtuvo datos con los que pudimos hallar la ecuación de la recta, con una constante K (Constante de la ley de Coulomb) lo cual tuvimos como resultado un K de

para el estadístico

( 8.75 ×10 9 1.25 ×105 ) N m C

7.8125 × 10

9

Nm C

2

para el método gráfico y

2

con esto afirmamos que las cargas de diferente

signo se atraen por lo tanto se adecua a la ley de Coulomb.

4. MATERIALES E INSTRUMENTOS (

Material es

)

Instrumentos

Precisión

Simulador Virtual Phet Ley de Coulomb Regla Virtual Generador de cargas

2 pm

1 μC

5. PROCEDIMIENTO Y DATOS EXPERIMENTALES (

)

1. Seleccione las cargas de 3uC y – 3 uC, como se observa en la figura 1, utilizando el simulador 2. Llenar la tabla 1, variando la distancia entre esferas como se indica, anote el valor de la fuerza. 3. Incremente un centímetro de distancia entre esferas y anote la fuerza de atracción entre ellas. Repita 8 veces más, aumentando la distancia de 1 cm y anotando la fuerza en cada caso.

4.

TABLA 1: q1= -4uC

q2 = 4uC

359.502

q1*q2 (C2) -360x1012

1/r2(1/m 2 ) 2500.00

0.03

159.779

-160x1012

1111.11

3

0.04

89.876

-90x1012

625.00

4

0.05

57.520

400.00

5

0.06

39.945

57,6x1012 -40x1012

6

0.07

29.347

204.08

7

0.08

22.469

8

0.09

17.753

29,4x1012 22,5x1012 17.8x1012 52.1x1012

N

r(m)

F(N)

1

0.02

2

Promedio

277.70

156.25 123.46 674.70

6.

ANÁLISIS, RESULTADOS Y DISCUSIÓN (

)

Análisis Gráfico 1. Grafique en papel milimetrado F vs. r y b) F vs 1/r2 Halle el intercepto A y la pendiente B:

A = 0N

B = 0.125 Nm2

Ecuación 1: F= f(r) = Cr -2 ¿Qué magnitud física representa B ?. Escriba su valor:

B= K.Q1.Q2 Con el valor de B, halle la constante electrostática (K) y luego el valor de la permitividad 2 9 Nm eléctrica en el vacío (0) K = = 7.8125 × 10 C Análisis Estadístico 1.Tabla

N ° 1 2 3 4 5 6 7 8 

Xi = ri -2 [m]

Yi = Fi

[N]

Xi Yi

Xi2

( Yi)2 0.0000000 2 0.0000004 0 0.0000010 0 0.0000040 0 0.0000940 0 0.0000030 0 0.0000030 0 0.0000070 0 0.0001124

359.502

2500

898755.000

159.779

1111.11

177532.045

89.876

625

56172.500

6250000.00 0 1234565.43 2 390625.000

57.520

400

23008.000

160000.000

39.945

277.7

11092.727

77117.290

29.347

204.08

5989.136

41648.646

22.469

156.25

3510.781

24414.063

17.753

123.46

2191.785

15242.372

776.191

5397.600

1178251.97

8193612.80

4

3

2. Mediante regresión lineal determine la ecuación de la recta F vs 1/r2.

2

. Halle el intercepto A2 y la pendiente B2: A = ( 2× 103



2× 10

3

B = (1.4 ×10−1

N

)



2× 10

6

)

2

Nm

¿Qué representan las pendientes en ambas ecuaciones? Las pendientes representan B= K.Q1.Q2. RESULTADOS Utilizando la tabla de colores para las resistencias encuentra la discrepancia porcentual ( Δ%) para cada una de ellas. Análisis Estadístic o Gráfico

7.

ecuación

A

F= f(r-2)= 0.125r-2 ( 2× 103  2× 103 ) N F= f(r) = Cr -2

CONCLUSIONES (

0N

B

Δ B

(1.4 ×10−1  2× 106 ) N m2 0.125 Nm2

)

1. ¿Qué partes del informe confirman la validez de la ley Coulomb ?. Al realizar el análisis tanto grafico como estadístico nos damos cuenta en base al experimento la validez de la ley de Coulomb.

2. Que modificaciones realizaría si la práctica se realizara de forma real, en el medio aire. Si el experimento se realizara en el medio ambiente y de forma presencial cambiaríamos el simulador por materiales que nos ayuden a comprobar la teoría de coulomb. 8.

BIBLIOGRAFÍA (

)

(Autor, título, editorial, edición, fecha, página)

Héctor Barco Ríos, Edilberto Rojas Calderón, Elisabeth Restrepo Parra; FÍSICA Principios de Electricidad y Magnetismo, Universidad Nacional de Colombia, Manizales 2012, pág. 18-21. Daniel Isaías Fernández Palma, Física para estudiantes de ciencias e ingeniería Vol. 3, UPAO, Trujillo 2016.

9.

CALIDAD (

10.

ANEXOS

)

MÉTODO ESTADÍSTICO D=N ( ∑ x ) − (∑ x ) =5.03196 × 10−5 2

2

√

σ=

∑ ( y −Bx − A )2 =2.39262 ×10−2 N −2

(∑ x ) (∑ y) −( ∑ x )( ∑ x y ) 2

A=

B=

D

=−0.023151217 ≅−0.02 m

N ( ∑ x y) − ( ∑ x )( ∑ y) =342.9280042≅ 342.9 m /s D

∆ A =σ ∆ B= σ

√

√

∑ Xj2 =0.0356 m D

N =8.2619 m /s D...