Ley Coulomb Ing. Mendez Cambell Guillermo Diego Pablo Ambato - Francisco Altamirano
Departamento Departamento de Ciencias Exactas F´ısica, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Sangolq Sang olqu u´ı, ı, Ecuador Ecua dor
E-mail:
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(Recibido el 13 de febrero ; aceptado el 13 de febrero de 2016) Resumen
La ley de Coulomb Coulomb puede expresarse expresarse como, la magnitud magnitud de cada una de las fuerzas fuerzas el´ ectricas ectricas con que interact´uan uan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y tiene la direcci´on on de la l´ınea ınea que las une. La fuerza es de repulsi´on on si las cargas son de igual signo, y de atracci´on on si son de signo contrario.
Abstract
The law of Coulomb can be expressed as, the magnitude of each of the electric forces with which two point charges at rest interact is directly proportional to the product of the magnitude of both charges and inversely proportional to the square of the distance that separates them and has the Direction of the line joining them. The force is of repulsion if the charges are of equal sign, and of attraction if they are of opposite sign.
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Tema:
la direcci´on de la l´ınea que las une. La fuerza es de repulsi´o n si las cargas son de igual signo, y de atracci´o n si son de signo contrario”.
LEY DE COULOMB
1. Objetivo(s):
Representaci´ on Gr´ afica y ecuaci´ on
Medici´ on de la fuerza entre dos cargas el´ectricas como una funci´on del voltaje aplicado.
F = k |q 1||r q 2| 2
k es una constante conocida como constante Coulomb y las barras denotan valor absoluto .
Medici´ on de la fuerza entre dos cargas el´ectricas como una funci´o n de la distancia entre ellas.
F es el vector Fuerza que sufren las cargas el´ectricas. Puede ser de atracci´on o de repulsi´on, dependiendo del signo que aparezca (en funci´on de que las cargas sean positivas o negativas). Si las cargas son de signo opuesto (+ y –), la fuerza ”F”ser´a negativa, lo que indica atracci´on. Si las cargas son del mismo signo (– y – ´o + y +), la fuerza ”F”ser´a positiva, lo que indica repulsi´on .
2. Fundamentaci´ on Te´ orica Ley de Coulomb La Ley de Coulomb establece c´o mo es la fuerza entre dos cargas el´ectricas puntuales. Entendemos por carga puntual una carga el´ectrica localizada en un punto geom´etrico del espacio. Evidentemente, una carga puntual no existe, es una idealizaci´ o n, pero constituye una buena aproximaci´ on cuando estamos estudiando la interacci´on entre cuerpos cargados el´ectricamente cuyas dimensiones son muy peque˜nas en comparaci´o n con la distancia que existen entre ellos.
3. Materiales y Equipos Unidad B´asica de Cobra 3. Software Power Graph. M´oulo de Newton para mediciones.
La Ley de Coulomb dice que ”la fuerza electrost´atica entre dos cargas puntuales es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y tiene
Sensor de Newton. Fuente de tensi´on. Fuente de alta tensi´on. 2
Esferas conductoras de 40mm de di´ametro.
5. Tabulaci´ on de Datos Procedimiento 1 : Manteniendo la Dis-
Electr´ ometro amplificador.
tancia constante.
Condensador 10nF. Banco o´ptico. Conductores. 4. Procedimiento: Determinaci´ on de la fuerza el´ectrica,
cuando la distancia entre las cargas se mantiene constante y var´ıa la tensi´on entre ellas.
Procedimiento 2 : Manteniendo el Alto
Voltaje constante.
4.1 Con las esferas conductoras sobre
el banco ´optico, a una distancia entre ellas de 6 mm perfectamente alineadas y a la misma altura, encienda la fuente de alta tensi´o n HV y coloque el selector en cero (0). Se despliega el cuadro ”Power Graph measuring”. Escriba esta distancia de 6mm y la HV en cero (0) y confirme estos datos con . enter”.
6. Preguntas:
4.2 Seleccione ¨ıniciar medida”, esperar
Realice una gr´ afica de Fuerza - Alta tensi´ on
de 10 a 30 segundos hasta que se estabilice la fuerza y posteriormente ”guardar medida”. 4.5 Repita al menos 5 veces el proceso,
variando la HV y manteniendo constante la distancia. Cuando se terminen las 5 mediciones ir a ”stop measurement 2se despliega el gr´afico correspondiente. 4.6 Escoja ”suavizar curva.en el men´ u. 2 4.7 Escoja ”data table anote los datos
corespondientes a distancia, alta tensi´on y fuerza. 4.8 Registre los datos en la hoja t´ecnica. 3
Liberalice el gr´ afico anterior b =
b =
xi2 yi − xi xiyi n xi2 − ( xi)2
(120)(−3,2) − (20)(−20,4) 5(120) − (400) b = 0,12
Ecuaci´ on Ajustada: y=-0,19x+0.12 Realice una gr´ afica de Fuerza vs Distancia
7. An´ alisis: Como se observa en la formula F e = k (q rq ) la fuerza es directamente proporcional a la carga, y como la carga depende directamente del voltaje se concluye que la fuerza es directamente proporcional al voltaje. 1 2 2
Liberalice el gr´ afico anterior Calculos: y=b+ax
a =
a =
n
xiyi − xi yi n xi2 − ( xi)2
5(−20,4) − (20)(−3,2) 5(120) − (400) a = −0,19 4
al cuadrado de la distancia entre las cargas fue demostrada experimentalmente por el qu´ımico brit´anico Joseph Priestley alrededor de 1766. Priestley tambi´en demostr´o que una carga el´ectrica se distribuye uniformemente sobre la superficie de una esfera met´alica hueca, y que en el interior de una esfera as´ı no existen cargas ni campos el´ectricos. Charles de Coulomb invent´o una balanza de torsi´on para medir con precisi´o n la fuerza que se ejerce entre las cargas el´ectricas. Con ese aparato confirm´o las observaciones de Priestley y demostr´o que la fuerza entre dos cargas tambi´en es proporcional al producto de las cargas individuales. La fuerza entre dos part´ıculas con cargas q1 y q2 puede calcularse a partir de la Ley de Coulomb.
8. An´ alisis: Al linealizar la curva, nos presenta una recta ideal del proceso, nos indica que la Fuerza es directamente proporcional al Voltaje..
Calculos: y=b+ax
a =
a =
n
xiyi − xi yi n xi2 − ( xi)2
5(−99,7) − (−8,3)(65) 5(15,47) − (68,89)
C´ omo se interpreta la constante de Coulomb en el modelo matem´ atico
a = 4,843274
b =
b =
xi2 yi − xi xiyi n xi2 − ( xi)2
F e =
k · q 1 · q 2 r2
Donde: F: Fuerza expresada en Newtons [N)] Q1 y Q2: Cargas expresadas en Culombios [C] r: Distancia de separaci´ on entre las cargas expresada en metros [m] K: Constante= 9E 109 Nm2 /C 2 para el aire o vac´ıo.
(15,47)(65) − (−8,3)(−99,7) 5(15,47) − (68,89) b = 21,045
Ecuaci´ on Ajustada: y=4.843274x+21.045 Describa la ley de Coulomb en la disposici´ on realizada en la pr´ actica La ley de que la fuerza entre cargas el´ectricas es inversamente proporcional 5
Qu´ e pasa en cuerpos cargados de geometr´ıa no uniforme
En el caso m´as general de un campo no uniforme, este ejerce una fuerza sobre la carga de prueba. Para evitar que esa carga se acelere, se debe aplicar una fuerza que sea exactamente igual a todas las posiciones del cuerpo de prueba.
al producto del valor de sus cargas. La fuerza es de atracci´o n si las cargas son de signo opuesto y de repulsi´o n si son del mismo signo. La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
Se puede aplicar los criterios de ISOTROP ´ IA en fen´ omenos el´ ectricos, por qu´ e
10. Recomendaciones
El campo el´ectrico creado por una carga puntual presenta isotrop´ıa espacial, en cambio, el campo creado por una carga en movimiento tiene un campo m´as intenso en el plano perpendicular a la velocidad de acuerdo a las predicciones de la teor´ıa de la relatividad. Esto sucede porque para un observador en reposo respecto a una carga que se mueve con velocidad uniforme la distancia en la direcci´on del movimiento de la carga ser´an menores que las medidas por un observador en reposo respecto a la carga, por efecto de la contracci´on de Lorentz.
No arrimarse a las mesas de trabajo porque si esto pasa no se obtendr´a las medidas exactas. No jugar con los equipos proporcionados en el laboratorio. Realizar los c´alculos con los datos obtenidos con la m´aquina. Revisar previamente el estado del equipo proporcionado, en caso de que este defectuoso, avisar al ingeniero encargado.
11. Bibliograf´ ıa ”La Ley De Coulomb.”La Ley De Coulomb. N.p., n.d. Web. 08 Feb. 2017. . ectricidad: Ley De Coulomb.. ectricidad: Ley De Coulomb. N.p., n.d. Web. 08 Feb. 2017.
9. Conclusiones
El
Los cuerpos cargados sufren una fuerza de atracci´on o repulsi´on al aproximarse. El valor de dicha fuerza es proporcional
6
El
