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USFXCH LABORATORIO FISICA

UNIVERSIDAD MAYOR, REAL Y PONTIFICIA DE SAN FRANCISCO XAVIER DE CHUQUISACA FACULTAD DE TECNOLOGIA

DOCENTE PRACTICA GRUPO HORARIO

: : : :

Ing. Saavedra N.- 2

MATERIA

:

Lab. De Fis - 200

TEMA

:

Ley de Coulomb

jueves 18:00-20:00

UNIVERSITARIOS: Rollano Colque Mauro Villca Quinteros Sergio Higueras Siñanis Jhony CARRERAS ING. MECANICA.

LEY DE COULOMB

USFXCH LABORATORIO FISICA El físico francés Charles Coulomb investigó en la década de 1780 la relación cuantitativa de las fuerzas eléctricas entre objetos cargados. Su ley la demostró usando una balanza de torsión, que él mismo inventó, identificando cómo varía la fuerza eléctrica en función de la magnitud de las cargas y de la distancia entre ellas. Esta ley estableció nuevos principios eléctricos hallados por el. Su ley la formulo tras efectuar algunos experimentos que se resumen a continuación. Para esta ley usó pequeñas esferas con distintas cargas de las que no conocía la carga exactamente, sino la relación de las cargas. Para su ley pensó acertadamente que si una esfera conductora cargada se pone en contacto con una idéntica sin carga, compartirían la carga por igual, por la simetría. Para su ley con esto tenía la manera para producir cargas iguales a ½, ¼, etc., respecto a la carga original. Manteniendo constante la separación entre las cargas, observó que si la carga en una esfera se duplicaba, la fuerza se duplicaba; y si la carga en ambas esferas se duplicaba, la fuerza aumentaba a cuatro veces su valor original. Si variaba la distancia entre las cargas, encontró que la fuerza disminuía con el cuadrado referido a la distancia entre ellas, esto es, si se duplicaba la distancia, la fuerza bajaba a la cuarta parte en su valor original. Esta ley postula que la fuerza eléctrica entre dos partículas cargadas estacionarias es: • • •

inversamente proporcional al cuadrado aplicado a la separación r entre las partículas y está dirigida a lo largo en la línea que las une. proporcional al producto en las cargas q1 y q2. atractiva si las cargas tienen signo opuesto y repulsiva si las cargas tienen igual signo.

Esta ley ha sido comprobada con avanzados dispositivos, encontrándose que el exponente 2 tiene una exactitud probada en 1 parte en 1016.

2.- OBJETIVOS 2.1.- Objetivo General: Estudiar y comprobar experimentalmente la ley de Coulomb . 2.2.- Objetivos Específicos: 1.- Determinar experimentalmente la permitividad del medio por medio del método del promedio. 2.- Hacer uso de una balanza de torsión. 3.- Evidenciar la interacción eléctrica entre dos partículas. 4.- Graficar el suceso 4¶F vs q1q2/r2. Para obtener la permitividad en base al ajuste de curvas.

USFXCH LABORATORIO FISICA 3.- EQUIPO Y MATERIAL UTILIZADO: - 1 balanza de torsión - 1Paleta de amortiguamiento - 2 esferas aisladas - Barra pala calibrar la balanza de torsión - Fuente de luz - 1 generador de vander graaf - Generador de carga - Interfaz - 1 flexometro - Regla - sensor de carga - 1 sensor de fuerza - 1 equipo de adquisición de datos SQUEMA DE LA PRÁCTICA

⇒ ε0 =

q1q2 4πFr 2

7

6

5

3

k

13

9

r F

11

k *θ ; d

12

L

d

F

F=

θ

1

X

8

θ

θ=

X ; 2L

⇒k=

10

5.- CALCULOS DE LAS PRUEBAS • Tabulación de datos analiticos y experiementales:

4π 2 j T2

4

j=

m*l2 12

2

m;l

USFXCH LABORATORIO FISICA Determinación del momento De Inercia:

Determinación de la constante

W=0558N

J = m*L2 / 12 Donde: J = momento de Inercia m = masa L = longitud Evaluación de la permitividad: E = q1 * q2 / 4*PI*F*r2 Donde: E = permitividad q1 y q2 = cargas eléctricas F = fuerza eléctrica r= distancia entre las cargas

de Recuperación: K = 4*PI2*J / T2 Donde: K = constante de recuperación J = momento de inercia T = Periodo * θ = x / 2*L

* F = K* θ / d

DETERMINACION DEL MOMENTO DE INERCIA Nro. 1.-

Nro. 1.2.3.4.5.Prom.

Masa (m) (Kgm) 0.056738 kg

Longitud (L) (m) 0.239

DETERMINACION DE LA CONSTANTE DE RECUPERACION Periodo (T) (Seg.) 3.404 3.896 4.034 3.646 3.754 3.7468 EVALUACION DE LA PERMITIVIDAD

USFXCH LABORATORIO FISICA Nro 1.2.3.4.5.6.-

X (m) 0.223 0.207 0.232 0.214 0.211 0.206

L (m) 3.43 3.43 3.43 3.43 3.43 3.43

q1

q2

5.319*E-9 5.2349*E-9 5.4461*E-9 5.2387*E-9 5.1943*E-9 5.1325*E-9

5.319*E-9 5.2349*E-9 5.4461*E-9 5.2387*E-9 5.1943*E-9 5.1325*E-9

r (m) 0.032 0.032 0.032 0.032 0.032 0.032

d¿ (m) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1

7.-MODELOS MATEMATICOS: Determinación del momento De Inercia:

Determinacion de la constante de Recuperacion:

J = m*L2 / 12

K = 4*PI2*J / T2

Donde:

Donde:

J = momento de Inercia m = masa L = longitud

K = constante de recuperacion J = momento de inercia T = Periodo

Evaluación de la permitividad: E = q1 * q2 / 4*PI*F*r2

* θ = x / 2*L

* F = K* θ / d

Donde: E = permitividad q1 y q2 = cargas eléctricas F = fuerza eléctrica r= distancia entre las cargas 8.- TABULACION DE RESULTADOS: DETERMINACION DEL MOMENTO DE INERCIA Nro. 1.-

Masa (m) (Kgm) 0.056738 kg

Longitud (L) (m) 0.239

DETERMINACION DE LA CONSTANTE DE RECUPERACION

Inercia (J) (kg / m^2) 2.70077*E-4

USFXCH LABORATORIO FISICA Nro.

Periodo (T) (Seg.) 3.404 3.896 4.034 3.646 3.754 3.7468

1.2.3.4.5.Prom.

Cte. De Recuperación (K) ( N * m ) 9.2017*E-4 7.0244*E-4 6.5520*E-4 8.0208*E-4 7.5658*E-4 7.6729*E-4

EVALUACION DE LA PERMITIVIDAD Nro 1.2.-

X (m) 0.223 0.207

L (m) 3.43 3.43

q1 (C) 5.319*E-9 5.2349*E-9

q2 (C) 5.319*E-9 5.2349*E-9

r (m) 0.032 0.032

3.4.5.6.-

0.232 0.214 0.211 0.206

3.43 3.43 3.43 3.43

5.4461*E-9 5.2387*E-9 5.1943*E-9 5.1325*E-9

5.4461*E-9 5.2387*E-9 5.1943*E-9 5.1325*E-9

0.032 0.032 0.032 0.032

F ( N) 2.4937*E-4 2.3172*E-4 2.5934*E-4 2.3939*E-4 2.3555*E-4 2.3019*E-4 Prom..

E (C^2/Nm^2) 8.81669*E-12 9.19059*E-12 8.8878*E-12 8.90904*E-12 8.90146*E-12 8.89327*E-12 8.92906*E-12

9.- OBTENCION DE GRAFICOS:

d (m) 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10

K (N*m) 7.6729*E-4 7.6729* E-4 7.6729*E-4 7.6729*E-4 7.6729*E-4 7.6729*E-4

θ ( rad) 0.0325 0.0302 0.0338 0.0312 0.0307 0.0300

USFXCH LABORATORIO FISICA 0,0033 0,00325 0,0032 0,00315 0,0031 0,00305 0,003 0,00295 0,0029 0,00285 2,6E-14 2,6E-14 2,7E-14 2,7E-14 2,8E-14 2,8E-14 2,9E-14 2,9E-14 3E-14

10.- AJUSTE DE GRAFICOS:

0,0033 0,00325 0,0032 0,00315 0,0031 0,00305 0,003 0,00295 0,0029 0,00285 0,0028 2,6E-14 2,6E-14 2,7E-14 2,7E-14 2,8E-14 2,8E-14 2,9E-14 2,9E-14 3E-14

11.- OBTENCION DE ERRORES.

ε 0 = 8.85 E − 12C 2 / Nm 2 (Valor Teórico)

USFXCH LABORATORIO FISICA

ε A b s. = Valor Teórico- Valor Experimental ε A b s. = (8.85E-12 C /Nm ) – (8.84981E-12 C /Nm ) ε A b s. =1.9E-16 2

2

%e =

%e =

2

2

Valorteóri co − Valor exp erimental * 100 Valorteóri co

(8.85E − 12) − (8.84981E − 12) * 100 (8.85E − 12)

% e =0.00214 %

12.- CUESTIONARIO: 1.- ¿De donde deriva el nombre de electricidad? R.- del griego electrón, cuyo significado es ámbar 2.- Explique la diferencia o similitud entre los siguientes términos: - materia - Elementos - Compuestos - Moléculas - Átomos R.- Materia: Denominamos materia a todo aquello que podemos percibir con nuestros sentidos, es decir, todo lo que podemos ver, oler, tocar, oír o saborear es materia. Elementos: Elemento químico, sustancia que no puede ser descompuesta o dividida en sustancias más simples por medios químicos ordinarios. Compuestos: Sustancias formadas por dos o más elementos que se combinan en proporción invariable. El agua, formada por hidrógeno y oxígeno, y la sal, formada por cloro y sodio, son ejemplos de compuestos químicos comunes. Tanto los elementos como los compuestos son sustancias puras. Moléculas: Las partículas más pequeñas de una sustancia, que mantienen las propiedades químicas específicas de esa sustancia. Si una molécula se divide en

USFXCH LABORATORIO FISICA partes aún más pequeñas, éstas tendrán una naturaleza diferente de la sustancia original. Átomos: Las unidades más pequeñas posibles de un elemento químico. En la filosofía de la antigua Grecia, la palabra “átomo” se empleaba para referirse a la parte de materia más pequeña que podía concebirse. Esa “partícula fundamental”, por emplear el término moderno para ese concepto, se consideraba indestructible. 3.- indique al menos tres formas de cargar un objeto. R.- Frotamiento: Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa. Inducción: Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro. Contacto: Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si toco un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero también queda con carga positiva. 4.- ¿Cuándo se produce la electricidad? R.- La energía eléctrica se crea por el movimiento de los electrones, para que este movimiento sea continuo, tenemos que suministrar electrones por el extremo positivo para dejar que se escapen o salgan por el negativo; para poder conseguir esto, necesitamos mantener un campo eléctrico en el interior del conductor (metal, etc.).Estos aparatos construidos con el fin de crear electricidad se llaman generadores eléctricos. Claro que hay diferentes formas de crearla, eólicamente, hidráulicamente, de forma geotérmica y muchas más. 5.- En el momento de recibir una descarga eléctrica. ¿Cuál cree UD. Que es el factor o los factores mas peligrosos que causan daños a nuestro organismo? R.- En el cuerpo humano se pueden producir, por efecto de la energía eléctrica los siguientes efectos: Tetanización muscular Con este concepto se expresa la anulación de la capacidad de acionamiento voluntario de los músculos. Los músculos se agarrotan y el sujeto queda pegado al punto de contacto, sin poder soltarse. Paro respiratorio Es producido cuando la corriente circula desde la cabeza a algún miembro, atravesando el centro nervioso respiratorio. La paralización puede prolongarse después del accidente, de aquí la necesidad de una práctica continua de la respiración artificial durante varias horas. Asfixia Se presenta cuando la corriente atraviesa el tórax. Impide la contracción de los músculos de los pulmones y por tanto la respiración.

USFXCH LABORATORIO FISICA Fibrilación ventricular Si desgraciadamente la corriente atraviesa el corazón, se produce la llamada fibrilación ventricular que es una desestabilización del ritmo cardíaco normal. La fibrilación es un movimiento rapidísimo del corazón, una especie de vibración completamente inútil. En este estado, el corazón no bombea sangre, con el consiguiente riesgo de muerte. Quemaduras Son producidas por la energía liberada al paso de la intensidad (Efecto Joule). La gravedad de la lesión es función, en igualdad de condiciones técnicas, del órgano o parte del cuerpo afectada. 13.- CONCLUSIONES: Podemos comenzar diciendo que se logro el objetivo que nos propusimos, el de verificar LA LEY DE COULOMB. La practica la realizamos siguiendo una serie de pasos los cuales consistieron en ir calculando datos de algunos materiales que fuimos colocando uno por uno al equipo el cual fuimos armándolo con mucho cuidado. En un principio pensamos que nos iba a salir errores grandes ya que hubieron algunos inconvenientes que demoraron la práctica, entre ellos al tiempo de transferir energía a las esferitas. Pero al haber concluido de realizar todos los cálculos obtuvimos resultados muy satisfactorios lo cual nos indica que la práctica fue casi un éxito. Ya que obtuvimos un resultado de 8.8498*E-12 el cual se aproxima al valor teórico es mas se podría decir que es el mismo resultado por lo cual nuestro error fue de 0.00214 estos resultados muestran que no cometimos errores tan serios como en la anterior practica. Y terminamos recomendando que la práctica la realicen con mucho cuidado ya que los errores o torpezas que se cometan pueden llegar a ser muy graves. 14.- BIBLIOGRAFIA: http://fisica.usach.cl/~ctoledo/quibio/licquimica/2009/exp2.doc Texto de “Lab. Fis – 100”