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INFORME DE LABORATORIO

CARGAS, CAMPOS Y FUERZA ELÉCTRICA.

CRISTIAN DAVID CAUSIL ORTEGA MEYSON JACOB VILLOTA MAYA TOMÁS ALFONSO BLANCO CONTRERAS OMAR ANDRÉS LÓPEZ COGOLLO CARLOS ANDRÉS CORONADO MORALES CRISTIAN DAVID LEAL PABA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE SISTEMAS

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA, MONTERIA

RESUMEN En el siguiente experimento se llegó a comprobar las variables que afectan las interacciones de los cuerpos cargados, y de cómo las fuerzas de los campos eléctricos aplicadas en ellas provocan movimiento, además se describió dichas fuerzas y como existe dirección del campo eléctrico en un cuerpo cargado, por medio de la simulación del campo de hockey y la simulación cargas y campos. 1. TEORÍA RELACIONADA La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas a través de campos electromagnéticos. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo, a su vez, generadora de ellos. La denominada interacción electromagnética entre carga y campo eléctrico es una de las cuatro interacciones fundamentales de la física. Desde el punto de vista del modelo estándar la carga eléctrica es una medida de la capacidad que posee una partícula para intercambiar fotones. Una de las principales características de la carga eléctrica es que, en cualquier proceso físico, la carga total de un sistema aislado siempre se conserva. Es decir, la suma algebraica de las cargas positivas y negativas no varía en el tiempo. Un campo eléctrico es un campo de fuerza creado por la atracción y repulsión de cargas eléctricas (la causa del flujo eléctrico) y se mide en Voltios por metro (V/m). El flujo decrece con la distancia a la fuente que provoca el campo. Los campos eléctricos estáticos (también conocidos como campos electrostáticos) son campos eléctricos que no varían con el tiempo (frecuencia de 0 Hz). Los campos eléctricos estáticos se generan por cargas eléctricas fijas en el espacio, y son distintos de los campos que cambian con el tiempo, como los campos electromagnéticos generados por electrodomésticos, que utilizan corriente alterna (AC) o por teléfonos móviles, etc. Entre dos o más cargas aparece una fuerza denominada fuerza eléctrica cuyo módulo depende del valor de las cargas y de la distancia que las separa, mientras que su signo depende del signo de cada carga. Las cargas del mismo signo se repelen entre sí, mientras que las de distinto signo se atraen.

Los campos eléctricos estáticos (también conocidos como campos electrostáticos) son campos eléctricos que no varían con el tiempo (frecuencia de 0 Hz). Los campos eléctricos estáticos se generan por cargas eléctricas fijas en el espacio, y son distintos de los campos que cambian con el tiempo, como los campos electromagnéticos generados por electrodomésticos, que utilizan corriente alterna (AC) o por teléfonos móviles, etc. 2. PROCEDIMIENTO Para tomar los datos se usaron dos montajes experimentales, el primero llamado el Hockey Eléctrico y Cargas y Campos, El primer montaje cuenta con un disco de hockey, una portería de hockey, y cargas positivas y negativas, en unos cuadros en la parte superior, derecha. como el que aparece en la figura 1. En donde las cargas se pueden mover manteniendo clic sobre ellas, para ubicarlas de forma estratégica con el fin de anotar el gol.

La fuerza entre dos cargas se calcula como:

F

e=

K .q 1. q2 d

(1)

Figura 1. Montaje experimental de la simulación de hockey.

2

N . m2 K=9.10 . (2) C2 9

q1, q2 = Valor de las cargas 1 y 2 d = Distancia de separación entre las cargas

El montaje anterior del juego de hockey también cuenta con unas casillas , como una llamada “comenzar” que es para iniciar el juego, otra que dice “reiniciar” que es para cargar el juego de nuevo, otra para borrar las ubicaciones en donde estaban las cargas, también para cambiar el nivel de dificultad desde el nivel uno al nivel 3,incluso cuenta con unos pequeños cuadros que puedes marcar para cambiar la carga del disco, e igualmente para ver los campos eléctricos.

Fe = Fuerza eléctrica La fuerza es una magnitud vectorial, por lo tanto, además de determinar el módulo se deben determinar dirección y sentido. Un campo eléctrico es un campo de fuerza creado por la atracción y

Además, en el segundo montaje experimental llamado “cargas y campos” cuenta con cargas positivas y negativas, sensores amarillos que son como el disco de hockey de la primera simulación, pero están en una superficie de alta fricción, un metro, para poder saber que distancia hay entre las cargas,

repulsión de cargas eléctricas (la causa del flujo eléctrico) y se mide en Voltios por metro (V/m). El flujo decrece con la distancia a la fuente que provoca el campo.

2

disco, y se comparó las flechas, y en qué dirección iría las flechas si la carga del disco de hockey fuese negativa. El segundo experimento llamado cargas y campos se pone a prueba las cargas en una superficie con una alta fricción, y se midió con un metro integrado en la simulación la distancia entre las cargas figura (2).

Figura 2. Montaje experimental campos y cargas. 3. RESULTADOS Los datos que se obtuvieron mediante la observación del montaje experimental del campo de hockey consta en diferentes prácticas que se pusieron a prueba,y de anotar tanto en el nivel 1 como en el nivel 2 como pudimos ver en la primera simulacion se probo como los campos electricos de las cargas le aplicaban movimiento al disco de hockey.

Figura 5. Imagen en donde se anota en el nivel 2. Además, se cambió de dificultad, cuando se pasó al nivel dos, en donde se anotó con varias cargas positivas que empezaron a alejar al disco, por la acción de los campos eléctricos. También en la tabla (1) se muestran los valores que se obtuvieron de las fuerzas del campo eléctrico cuando se varió la cantidad de cargas de una a cinco y se determinó la relación que existe entre la distancia y la fuerza del campo eléctrico.

Figura 3. Imagen en donde se anota en el nivel 1. En la anterior figura colocando las cargas positivas de manera ingeniosa se pudo anotar en el nivel 1 por que las cargas positivas le provocaron al disco una repulsión porque cargas iguales se alejan y las cargas distintas se atraen.

Figura 4. Imagen con una carga positiva y una carga negativa en el campo de juego con el disco positivo Igualmente, en el experimento se analizó la figura 4 en donde se aclara que significa las flechas que salen del

Cantidad de cargas

Campo (V/m)

1

100

2

209

3

319

4

430

5

537

eléctrico

Tabla 1. Tabla que muestra la relación entre la distancia y la fuerza del campo eléctrico alrededor de un cuerpo cargado. Así mismo, en la tabla (2), se muestra los valores que se obtuvieron de las fuerzas del campo eléctrico cuando se varió la distancia entre las cargas, y se determinó la relación entre la cantidad de carga y la fuerza del campo eléctrico alrededor de un cuerpo cargado.

Distancia (cm) 10 20 40 60 80

Campo Eléctrico (V/m) 105 50,5 22,3 16,4 9,45

Tabla 2. Tabla que muestra la relación entre la cantidad de carga y la fuerza del campo eléctrico alrededor de un cuerpo cargado.

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Formando direcciones opuestas con respecto al ambiente en el que estaba, que en este caso es un disco cargado positivamente., y la manera en la que se cree que se movió el disco se de forma curva hacia abajo.

campo electrico (v/m)

120 100 80

si el disco fuera negativo la flecha que ilustra la dirección de la atracción iría hacia donde está ubicada la carga positiva, y la flecha ilustra la dirección de la repulsión apuntaría hacia la parte superior, pero en diagonal hacia la izquierda.

60 40 20 0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

distancia (cm) Figura 6. grafica de la relación entre la distancia y la fuerza del campo eléctrico.

600

campo electrico (v/m)

500 400 300 200 100 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5

cantidad de cargas Figura 7. grafica de la relación entre la cantidad de carga y la fuerza del campo eléctrico. 4. ANÁLISIS la simulación hockey eléctrico se comprobó que se puede hacer un gol sin golpear el disco como en un juego de hockey real, debido a que las cargas de energía positivas o de igual signo se repelaron. Posterior mente, se comprobó que la razón por la que cargas de energía positiva y negativa pudieron mover el disco es, porque, las cargas que eran de iguales se repelaron, y las que tenían diferentes signos, se atrajeron, también se observó que si se utilizan 2 cargas en lugar de una para hacer que el disco se mueva el disco tendrá mayor fuerza de repulsión, o tendrá mayor fuerza de atracción. Al jugar con la simulación para acabar anotando en el nivel uno se utilizaron las cargas positivas al inicio para empezar a darle movimiento al disco, y en la portería se colocó una carga negativa para tener más posibilidad de anotar como se logra ver en la figura (3). Luego al examinar la figura (4) con una carga positiva y una carga negativa en el campo de juego con el disco positivo se puedo determinar que las flechas ilustraron las direcciones que la cargas provocaron por su fuerza de atracción o repulsión, la flecha de atracción fue la de color azul y la dirección de repulsión la de color rojo, Las flechas en este caso se comparan y contrastan en relación a su dirección, puesto que se ven intervenidas en dos en fuerzas como atracción en caso negativo y posteriormente repulsión en caso positivo.

Así mismo al activar la opción de campo que permitió visualizar el campo eléctrico se pudo establecer la diferencia entre las líneas del campo alrededor de una carga y las flechas que salen del disco fue La diferencia fundamental es que las líneas de campo ayudan a visualizar como va variando la dirección del campo eléctrico en diferentes direcciones, por lo tanto indican las diferentes trayectorias que tomaría una unidad de carga positiva si esta se deja libremente, estas líneas muestran como las cargas positivas, llegan a las cargas negativas, esto es lo que la diferencia de las líneas que salen del disco, ya que estas representan la UNICA dirección que tomaría el disco con carga positiva, siendo estas repeladas en 1 sola dirección por las cargas positivas y atraídas por las cargas negativas. En la figura (5) se muestra cómo se anotó en el nivel 2, las cargas se utilizaron de manera que en el primer trayecto el disco se repelo por la carga positiva y la carga negativa sirvió como freno a la dirección con la cual la primera carga positiva la estaba alejando, luego las cargas que están en el segundo muro siguieron dándole movimiento, y se vuelve a utilizar otra carga negativa para seguir actuando como freno, y al final en la portería se colocaron estratégicamente cargas negativas para atraer el disco y anotar. Al investigar en la simulación de cargas y campos se comprobaron las respuestas anteriores de que las fuerzas de los campos eléctricos de cargas si son cargas iguales se repelen y caso contrario se atraen, también al utilizar la simulación de cargas y campos esto apoyo lo planteado anteriormente que la diferencia entre las líneas de campo alrededor de una carga y las flechas que salen del disco contribuyen a observar cómo va cambiando la dirección del campo eléctrico en diferentes direcciones. Se percibió en la figura (6) que la relación entre la distancia y la fuerza del campo eléctrico alrededor de un cuerpo cargado es que a medida que la distancia aumenta, la fuerza del campo eléctrico del cuerpo cargado disminuye. Y su ecuación es la siguiente: y=109,5 x−9,5 con R ²=1. Se concluyo de lo anterior que a mayor distancia menor fuerza. Finalmente, se analizó la figura (7) y se determinó la relación entre la cantidad de carga y la fuerza del campo eléctrico alrededor de un cuerpo cargado es que Cuando se aumenta el número de cargas, la fuerza del campo eléctrico del cuerpo cargado aumenta proporcionalmente. Su ecuación fue la siguiente: y=1419,7 x−1,12 con

R ²=0,9923. Entonces se concluyo aquí que entre mas grande la carga su fuerza aumenta. 5. REFERENCIAS [1] http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/reposit orio//500/524/html/Unidad_02/pagina_7.html [2] https://sites.google.com/a/ps.edu.pe/fisicaentreteni dawh/3-estatica-1/diagra

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[3] https://www.monografias.com/trabajos96/fuerzaelectrica/fuerza-electrica.shtml [4] https://www.greenfacts.org/es/glosario/abc/campoelectrico.htm

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