LABORATORIOS DE FISICA

L A B O R A T O R I O S

FÍSICA 3

El curso de Electricidad y Magnetismo forma parte de la etapa básica de los cinco programas educativos de ingeniería. Se trata de

una

asignatura

teórico-práctica

obligatoria. En este curso se pretende que los

participantes

desarrollen

habilidades necesarias que le

las

permitan

analizar, comprender y usar las diferentes leyes y métodos de solución de problemas del electromagnetismo, como

una de las

principales ramas de la Física.

AUTORES: DERIAN YESID CORTÉS APONTE DIEGO ALEJANDRO USECHENÚÑEZ YIJÁNN LORENA CARRERO PÉREZ JUAN SEBASTIÁN RODRÍGUEZ

NORMAS DE SEGURIDAD (Derian Yesid Cortés Aponte Cod.201823509 Diego Alejandro Useche Nuñez Cod.201824021 Yijánn Lorena Carrero Pérez Cód.201823994 Juan Sebastián Rodríguez Cod.201821938)

FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS ESCUELA DE FÍSICA UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA Yijann.carrero@uptc.edu.co

PRÁCTICA 1 1. RESUMEN Para Conocer las normas de seguridad y el equipo de laboratorio, a través de medios virtuales, se realizar la respectiva investigación sobre los implementos, instrucciones, recomendaciones y pasos a seguir para el correcto uso del laboratorio de física. Donde principalmente se trabajará en base a lo relacionado con electricidad, electrónica y óptica.

Para acoplar toda la información recolectada en nuestra investigación, por medio de un análisis detallado, se pretende dar a conocer de forma clara y precisa, las normas de seguridad personal, las institucionales y de uso colectivo, tales como equipos, se presentan las pautas de comportamiento con relación al cuidado del laboratorio de Física, así como simbología encontrada de equipos utilizados en dicho laboratorio, medidas de protección y seguridad personal para el ingreso.

2. INTRODUCCION El laboratorio de física debe ser un lugar seguro para trabajar, donde se comprueba la validez de los principios físicos mediante la aplicación del método científico a través de experimentos generalmente planeados y organizados. Dotado de los medios necesarios para realizar investigaciones, está equipado de instrumentos de medida o equipos con que se realizan experimentos. Para ello, se tendrán siempre presente los posibles peligros asociados al trabajo, es de suma importancia conocer la normatividad y simbología necesarios para el desarrollo de prácticas de laboratorio de electricidad y magnetismo y tener conocimiento del equipo de laboratorio ya que nos ayuda a evitar accidentes, las normas de seguridad es algo esencial al momento de entrar, en cuanto a los materiales, el saber cuáles son y para que se usan nos ayudara a un mejor aprovechamiento de los mismos y a un mejor desarrollo en nuestra práctica.

3. METODO EXPERIMENTAL Para desarrollar el informe se investigan todos los aspectos que brindan seguridad a la hora de trabajar en el laboratorio de electricidad y magnetismo; como indumentaria, manejo de los quipos y simbología. Conociendo estas normas y teniendo de antemano el correcto uso de instrumentos estaremos preparados para desenvolvernos sin inconvenientes en el ejercicio experimental, seguidamente se hizo un análisis detallado de la normatividad y se sacaron las oportunas conclusiones.

4. RESULTADO Y ANÁLISIS A continuación se presentaran las normas o principios básicos de seguridad que se deben tener en cuenta en todo tipo de laboratorio, en especial a los relacionados con electricidad y magnetismo, en seguida, se darán una descripción de algunas recomendaciones que se deben seguir cuando trabajamos con electricidad, finalmente, daremos a conocer algunos equipos que para el desarrollo de este curso tendremos que usar y conocer la simbología que maneja cada uno, para un mejor aprovechamiento y desarrollo de nuestras prácticas.

4.1

NORMAS O PRINCIPIOS BÁSICOS DE SEGURIDAD

Norma Utilizar Bata de algodón con mangas largas y que llegue hasta la altura de las rodillas, que este siempre apuntada.

Representación grafica Protege la ropa y la piel.

No usar accesorios colgantes tales como aretes, pulseras o collares.

Puede ocasionar accidentes a la hora del manejo de equipos.

Guardar las prendas tales como chaquetas y abrigos en el casillero.

Evita accidentes personales a la hora de hacer la parte experimental.

Mantener el cabello recogido

Protección para accidentes con el manejo de máquinas.

Usar botas y guantes de material aislante.

Evitan el paso de la corriente que se maneje al cuerpo.

Tabla 1. Recomendaciones en la indumentaria.

4.2

NORMATIVIDAD EN ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO.

En las prácticas de este curso se va a usar de manera continua instrumentos que tengan que ver con la corriente eléctrica por tanto es indispensable leer las instrucciones de manejo de las maquinas que se usan, enchufar los equipos siempre con un polo a tierra y si se va a manipular el aparato o maquina en su interior siempre debe estar desenchufado.

1

Cuando trabaje en equipo, limite en lo posible el número de personas y cosas a sus alrededor, esto le permite mantener su seguridad y la de sus compañeros.

2

Evite el amontonamiento desordenado de puntos conductores, aparatos y otros objetos, esto solo conduce a pensar descuidadamente y a ocasionar corto circuito, choques eléctricos y otros accidentes.

3

No trabaje solo, de ocurrir un accidente, o un corto circuito es conveniente que alguien se encuentre cerca para desconectar el interruptor y posteriormente desconectar el aparato de la red eléctrica.

4

Tenga cuidado con los capacitores, pueden retener la carga durante algún tiempo. No sólo solo sufrir de un choque peligroso sino que hasta puede ser fatal. Si se excede la tensión nominal de los capacitores electrolíticos se pueden invertir sus polaridades e incluso explotar.

5

Antes de cerrar un circuito, revise la instalación y cerciórese de que está correcta.

Evite trabajar con cables demasiado largos. Trate de que el montaje del experimento sea lo más sencillo posible.

6

Verifique que el circuito en el cual trabaja, no tenga cables sin aislantes (pelados), si su aislamiento está roto o agrietado, no haga uso de ellos. Por lo que, evite hacer conexiones entre cables, en donde queden libres sus extremos.

7

Evite cualquier contacto directo con cualquier fuente de tensión.

8

Cerciórese de que las manos están secas y que no esté de pie sobre un suelo mojado.

9

Si debe intercalar un instrumento en el circuito con el cual trabaja, es necesario desconectar la tensión antes de realizar tal operación.

Tabla 2: Normativa específicamente si se trabajan experimentos relacionados con electricidad y magnetismo

El trabajo en el laboratorio debe ser serio y sobretodo seguro por lo que cualquier tipo de trabajos deben estar supervisados y debidamente controlados por un superior, además las dudas que surgen durante el proceso deben ser informadas y aclaradas buscando optimización del tiempo y seguridad para los participantes del experimento.

4.3 RECOMENDACIONES PARA LA EXPERIMENTACIÓN.

1

Todo experimento ha de ensayarse bien y chequearse antes de exponerlo.

2

Una vez concluido el experimento se debe desconectar la tensión.

3

Es de gran importancia tener sumo cuidado en usar aparatos apropiados que reúnan las características necesarias de servicio para cada experimento. Fíjese en la máxima corriente de salida que soporta cada instrumento.

Cuando se trabaja con resistencias se debe prestar atención a la corriente de carga anotada en la misma; con condensadores en la tensión de prueba; y con los instrumentos de medición en la clase de electricidad (continua o alterna) y en el alcance de medida.

4

5

El montaje del experimento debe ser lo más sencillo posible. Se debe evitar el uso de cables demasiado largos, o que no tengan clavijas.

Tabla 3: Recomendaciones para la experimentación

4.4

SÍMBOLOS DE SEGURIDAD EN UN LABORATORIO DE FISICA.

SALIDA DE EMERGENCIA

Esta Señal, es especial para emergencias, tales como un incendio: el uso combinado de las salidas regulares y especiales permite una rápida evacuación,

RIESGO ELECTRICO

Señal de peligro de riesgo eléctrico, adecuada para indicar peligro por descarga eléctrica en cercanía de cuadros eléctricos, maquinaria, cableado, etc. Es de forma triangular, con pictograma de color negro sobre fondo amarillo.

Señal que advierte de un peligro. Es de forma triangular, con pictograma de color negro sobre fondo amarillo.

Simboliza el riesgo y advierte la precaución general.

PELIGRO EN GENERAL

RADIACIONES LASER

CAMPO MAGNETICO INTENSO

Las señales de radiación y láser restringen el acceso a un área que usa láseres o está expuesta a la radiación.

Se adhieren a las paredes o al piso donde la radiación, el uso de rayos X y el uso del láser son una preocupación.

Es una descripción matemática de la influencia magnética de las corrientes eléctricas y de los materiales magnéticos.

USO DE GAFAS

Las gafas protectoras, antiparras o goggles son un tipo de anteojos protectores que normalmente se usan para evitar la entrada de objetos, agua o productos químicos en los ojos.

PROTECCION FACIAL

Los protectores faciales son ideales para entornos donde existe la exposición a objetos volátiles, residuos en el aire, impactos.

USO DE GUANTES

Los guantes de látex, goma o caucho son un tipo de guante fabricado de elastómeros.

SUSTANCIAS EXPLOSIVAS

Peligro: En ciertas condiciones estos productos presentan un específico peligro de explosión. Precauciones: Evitar los choques, la fricción, las chispas y el fuego.

EXTINTOR

Los extintores se utilizan para apagar incendios pequeños y están clasificados en cuatro categorías: A, B, C y D.

PELIGRO RIESGO DE ATRAPAMIENTO

En todas las actividades en las que se utilizan máquinas, equipos y herramientas con partes móviles, puede presentarse riesgo mecánico de atrapamiento.

PELIGRO ALTA TEMPERATURA

Señal que previenen a tus empleados de un eventual riesgo para el cual es necesario tomar todas las medidas de precaución de uso.

Tabla 4: Simbología y descripción de normas de seguridad.

4.5

SÍMBOLOS DE LOS INSTRUMENTOS, LABORATORIO DE FISICA.

Cada aparato o sistema que empleamos en el desarrollo de los laboratorios, tiene un uso y manejo específicos, los cuales se mencionan más adelante y preliminar a los experimentos.

-Simbología: Resistencia, reactor, reactor, toma corriente, motor balero de fuerza; son algunos de los principales símbolos de los que debemos tener pleno conocimiento.

INSTRUMENTO / EQUIPO

SIMBOLO

MULTIMETRO

TENSION CORRRIENTE ALTERNA FRECUENCIA DEL CIRCUITO TENSION CORRIENTE CONTINUA CONTINUIDAD INTENSIDAD CORRIENTE CONTINUA CASQUILLO INTENSIDAD COMPONENTES DEL MULTIMETRO

CASQUILLO COMUN BOTON DE RANGO INDICADOR DE BRILLO MILIVOLTIOS CORRIENTE ALTERNA MILIVOLTIOS CORRIENTE CONTINUA PRUEBA DE DIODO CAPACITANCIA DE CAMBIO

FUENTE DE ALIMENTACION

CONVERTIDOR DE POTENCIA

COMPONENTES DE LA FUENTE DE ALIMENTACION

CONVERTIDOR DE CORRIENTE ALTERNA A CORRIENTE ALTERNA CONVERTIDOR DE CORRIENTE CONTINUA A CORRIENTE CONTINUA

INVERSOR / ONDULADOR CONVERTIDOR DE CC A CA

RECTIFICADOR INVERSOR

RECTIFICADOR CONVERTIDOR CA A CC RECTIFICADOR INVERSOR RECTIFICADOR / ONDULADOR PUENTE RECTIFICADOR RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CONVERTIDOR DE CA A CC

RESISTENCIA POTENCIÓMETRO RESISTENCIA NO INDUCTIVA RESISTENCIA AJUSTABLE RESISTENCIA CON TOMAS ADICIONALES DE CORRIENTE COMPONENTES DE LA RESISTENCIA

RESISTENCIA NO INDUCTIVA RESISTENCIA NO INDUCTIVA RESISTENCIA DE IMPEDANCIA VDR VDR RESISTENCIA DEPENDIENTE DE UN CAMPO MAGNÉTICO Tabla 5: Simbología INSTRUMENTO / EQUIPO

4.6

Trabajo responsable

El trabajo en el laboratorio debe ser serio y sobretodo seguro por lo que cualquier tipo de trabajos deben estar supervisados y debidamente controlados por un superior, además las dudas que surgen durante el proceso deben ser informadas y aclaradas buscando optimización del tiempo y seguridad para los participantes del experimento.

4.7

ORDEN Y LIMPIEZA. Mantener orden y limpieza

Evitar accidentes

Sobre el mesón debe haber los instrumentos estrictamente necesarios.

Facilidad en el manejo de equipos y evitar accidentes

Limpiar de manera inmediata las superficies en donde halla residuo de producto químico.

Evitar accidentes

Limpiar el material después de usarlo (LA CIENCIA , s.f.)

Mantiene los instrumentos útiles.

Tabla 6: Orden y limpieza

4.8

Evitar el riesgo eléctrico

En las prácticas de este curso se va a usar de manera continua instrumentos que tengan que ver con la corriente eléctrica por tanto es indispensable leer las instrucciones de manejo de las máquinas que se usan, enchufar los equipos siempre con un polo a tierra y si se va a manipular el aparato o maquina en su interior siempre debe estar desenchufado.

4.9

o o o o o o o o o

Seguridad eléctrica.

Considerar que los cables siempre llevan corriente.

Al encender un circuito se debe tener la forma de pararlo.

El manipulador de instrumentos eléctricos debe estar seco y limpio No mojar los instrumentos Cualquier experimento debe ser supervisado Debe haber una constante revisión de cables y enchufes El desmotar o montar un instrumento no debe tener paso de corriente Evitar manipular un aparato de manera interna Siempre apagar los aparatos luego de terminar la práctica.

A partir de la investigación se dan unas pautas a seguir en el laboratorio frente a indumentaria, higiene, uso de material y aparatos. Se analiza que es indispensable en la práctica de laboratorio, conocer el tipo de materiales con los que trabajaremos a lo largo de las prácticas y el cuidado que hay que tener con ello, así mismo debemos tener en cuenta la simbología que cada uno de los equipos presenta para evitar como fallas en los equipos y accidentes dentro del laboratorio Por tanto, cada una de las normas y reglas debe ser seguida por cada una las personas que ingresen al laboratorio.

5

CONCLUSIONES

•

Para la óptima y eficaz realización de un proceso experimental basado en temas eléctricos y magnetismo; se debe tener en cuenta el equipo de seguridad designada, tal como el uso correcto de materiales y equipos específicos.

Se debe seguir al pie de la letra las recomendaciones y tener presentes las normas de seguridad, el hecho de que se trabaja con equipos que funcionan con fluido

•

•

eléctrico, puede provocar accidentes leves y de tipo mayor, tanto para el equipo como la persona que manipula el implemento.

Es de gran importancia tener conocimiento e interpretar correctamente la simbología de las normas de seguridad, para tener precauciones ante circunstancias de riesgo y reaccionar a tiempo ante cualquier situación.

•

Es necesario tener presente la simbología que está representada en los diferentes equipos utilizados en el laboratorio de física, estos nos ayudarán a tener un mejor aprovechamiento de los mismos y a un mejor desarrollo en nuestra práctica.

BIBLIOGRAFÍA • ACERO GODOY, JOVANNA. Manual de Bioseguridad en el Laboratorio. Universidad de Cundinamarca. Sede Fusagasugá, 2008. [En línea], [16 de mayo de 2015] disponible en:(http://www.unicundi.edu.co/documents/academia/MANUAL-BIOSEGURIDAD.pdf) • BVSDE. (2004). Control de riegos sanitarios y gestion adecuada de residuos.

[Enlínea], [Junio 23 de 2015] disponible en: • (http://www.bvsde.paho.org/cursoa_reas/e/modulo4.html) • CEU UNIVERSIDAD SAN PABLO y ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR. Normas básicas de seguridad en los laboratorios. Unidad de Prevención en Laboratorios.

• Alvarenga, B y Máximo, A (1983). Física General con Experimentos Sencillos.

Tercera Edición. México: Harla. Pág. 146-147.

• Blatt, F (1991). Fundamentos de Física. México: Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A. Pág. 3-4.

• Degem Systems LTD. (1976). Experimentos de Laboratorio en Electricidad. Curso Básico 1. Israel: Degem. Pág. 18-23.

• Mileaf, H. Electricidad. Serie 1-7. Limusa S.A. México, 1998. Pág. 72-81 y Pág. 9395.

• Serway, R. Física. Tomo II. Tercera Edición. McGraw-HillInteramericana, S.A. México, 1992. Pág.

ELECTROSTATICA (Derian Yesid Cortés Aponte Cod.201823509 Diego Alejandro Useche Nuñez Cod.201824021 Yijánn Lorena Carrero Pérez Cód.201823994 Juan Sebastián Rodríguez Cod.201821938)

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PRÁCTICA 2 1. RESUMEN El tema que desarrollamos en esta práctica de laboratorio fue Electrostática. En este informe se mostrara el procedimiento, los resultados obtenidos y la interpretación de estos mismos, se hizo a través del análisis de los distintos fenómenos físicos que ocurren a partir de la distribución de cargas eléctricas en un cuerpo en reposo. Con el propósito de lograr un acercamiento experimental a los fenómenos electrostáticos, se realizó una serie de experimentos para determinar los diferentes tipos de carga que posee un cuerpo, mediante una observación detallada del comportamiento de distintos instrumentos, se determinó como algunos materiales se pueden cargar por frotamiento y de qué forma actuarán distintos elementos a partir de la aclaración sobre materiales conductores y aislantes, con este conocimiento es posible identificar ciertos fenómenos naturales y algunas propiedades de la electroestática.

2. INTRODUCCION La parte de la física que tiene que ver con la carga eléctrica, sus propiedades y la forma como se presenta la interacción entre partículas cargadas se llama electrostática. La naturaleza eléctrica está relacionada con los átomos de todas las sustancias. Un átomo consta de un pequeño núcleo masivo que contiene partículas denominadas protones, que tienen carga positiva, y una nube de partículas en órbita al núcleo denominadas electrones, que tienen carga negativa. Se puede afirmar que es posible transferir carga eléctrica de un objeto a otro, en esta experiencia se quiere analizar los fenómenos físicos que ocurren en el proceso de cargar eléctricamente un cuerpo, estudiar los diferentes comportamientos que pueden presentar algunos cuerpos cargados las reacciones de estos con el medio o con otros objetos según su carga. Por lo general, se transfieren electrones y el cuerpo que los gana adquiere un exceso de carga negativa. Tal separación de cargas ocurre a menudo cuando se frotan entre sí dos materiales distintos. Es un efecto de las fuerzas eléctricas.

Debido a que éstas se ejercen a distancia, un cuerpo cargado positivamente en las proximidades de otro neutro atraerá hacia sí a las cargas negativas, con lo que la región próxima queda cargada negativamente.

Charles Agustín Coulomb Físico francés. Nacido en Angulema fue el primero en establecer las leyes cuantitativas de la electrostática, además de realizar muchas investigaciones sobre: magnetismo, rozamiento y electricidad. Su celebridad se basa sobre todo en que enunció la ley física que lleva su nombre (ley de Coulomb), que establece que la fuerza existente entre dos cargas eléctricas es proporcional.

Un cuerpo eléctricamente neutro se electriza cuando gana o pierde electrones. Para que esto ocurra, debe existir un flujo de cargas desde o hacia el cuerpo. Existen tres formas de electrizar un cuerpo: electrización por frotamiento, contacto e inducción. En todos estos mecanismos siempre está presente el principio de conservación de la carga y la regla fundamental de la electrostática.

3. METODO EXPERIMENTAL Para el desarrollo de este informe se asignó a cada integrante del grupo, una actividad diferente para dar cumplimiento a todos los temas propuestos en la guía del laboratorio de Electroestática, posteriormente cada integrante compartió su experiencia a la hora de realizar dicho experimento, adjuntando el análisis y el procedimiento que empleo para realizar cada experiencia, mostrando información previa y la información obtenida en el orden ya establecido, los métodos experimentales que cada uno desarrollará se llevaran acabo de la siguiente manera. o

Primero, experimento por inducción, para su desarrollo, se extendió sobre una mesa un puñado de confeti, se frotó una regla de plástico sobre el pelo limpio y seco y acérquelo a los trozos de papel. En seguida se retiraron los trozos de papel con la mano y se colocaron sobre la mesa. Y se repitió varias veces la experiencia.

o

Segundo, se inflaron dos globos y se amarraron en una vara de plástico, de manera que quedarán a la misma altura, seguidamente se frotaron los globos con un trozo de tela y se dejaron suspendidos. Se introdujo la mano la mano en el espacio que queda entre los globos y se repitió la experiencia varias veces.

o

Tercero, construyo un Electroscopio siguiendo cada recomendación al pie de la letra , con un pedazo de tela frote la barra de pvc y acerque la barra a la parte superior del electroscopio, poco a poco, sin tocarla, observe lo ocurrido con las tiritas de aluminio conforme lo va acercando a la parte superior hasta que logra tocarlo. Descargue la barra tocándola con la mano y se repitió la experiencia varias veces.

o

Cuarto, se hizo el montaje de un péndulo con ayuda de una esfera de icopor forrada con papel aluminio. Se Frotó barras de diferentes materiales con acetato y se acercó la barra lentamente hasta tocar la esfera del péndulo.

Después de realizar cada experiencia, se debe realizar un registro fotográfico, que evidencie y se pueda percibir los fenómenos observados, para dar cumplimiento con el desarrollo de la práctica de electroestática, es necesario diseñar una tabla comparativa, donde muestre que tipo de materiales son mejores conductores, que materiales se cargan positivamente o negativamente, etc.

En seguida, dentro del análisis debo describir paso a paso la experiencia, sacar conclusiones, mostrar mi propuesta y explicar el fenómeno que ocurre en cada caso, teniendo como soporte loa conceptos calaros del diferente proceso de electrificación. Finalmente, se anexa un video complementario, que demuestra el desarrollo oportuno de la práctica, se verificará que se realizó todo lo pactado y que demuestra todo lo propuesto en las conclusiones.

4. RESULTADO Y ANÁLISIS A continuación se presentará cada experiencia acorde al orden propuesto, se mostrara el

montaje, el análisis detallado de cada uno, se explicara que se logró al realizar el experimento, lo que se aprendió desarrollando la práctica de electroestática, se dará a conocer la utilidad de estos modelos para la vida. Seguidamente, se presentara la elaboración de una tabla comparativa, donde se mostrará que tipo de materiales son mejores conductores, se realizará su respectivo análisis.

o

4.1 Experiencia uno, confeti y regla.

Fotografía 1. Montaje Experimento por inducción

Tenemos que si frotamos el cabello en una regla hay un robo de electrones entre ambos cuerpos y posiblemente adquiramos una carga negativa o positiva, generando cargas eléctricas por esta transferencia de electrones.

Al ser frotada la regla de plástico (carga negativa) en el cabello (carga positiva), existe un traspaso de electrones desde la regla hacia el cabello. La regla queda con mayor carga positiva haciendo que los pedacitos de papeles (carga eléctrica neutra, es decir, igual cantidad de cargas negativas que positivas), reorganicen sus electrones al acercar el objeto (regla) cargado positivamente Este es un fenómeno electrostático, en el mismo, al haber frotación, se genera una inducción de carga, en donde el cabello le quitará electrones a la regla, generando que este se cargue de forma negativa.

Cuando lo acercamos al papel que se encuentra con carga neutra es decir con neutrones y protones, el papel va a ser atraído al peine debido a que al no tener cargas en sus electrones absorben los electrones del peine, como se puede apreciar en (fotografía 1).

El fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático.

Es así que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida. El fenómeno observado es un reacomodo de cargas, el uso de elementos que no sean conductores es precisamente para esto para que no vayan de una superficie a otra como si se tratara de un fluido, cuando se desea que los electrones no queden atrapados y vayan de un extremo a otro es cuando se utiliza elementos conductores.

La importancia fundamental del fenómeno de la inducción electromagnética reside en la posibilidad de transformar la energía mecánica en energía eléctrica.

o

4.2 Experiencia dos, globos frotando trozo de tela.

Fotografía 2. Montaje Experimento de globos

Antes de frotar los globos, entre ellos no había ni atracción ni repulsión y después de frotarlos se repelieron. O sea, cuando los globos se frotan adquieren “algo” que hace que se repelan. A ese “algo” se le llama carga eléctrica.

Figura 1: Representación de las fuerzas que se Ejercen los globos mediante flechas.

El globo rojo y el globo azul se separan espontáneamente al poner uno junto al otro, es porque el globo azul ejerce una fuerza de repulsión al globo rojo y el globo rojo ejerce fuerza de repulsión al globo azul. Ver (fotografía 2) Puesto que se observa que puede haber fuerzas de atracción o de repulsión, deben existir dos tipos de carga eléctrica. o

Cuando ambos globos se frotaron con el mismo tipo de tela deben haber adquirido el mismo tipo de carga eléctrica. En este caso se observó repulsión entre los globos. Entonces se puede concluir que cuando dos cuerpos tienen el mismo tipo de carga, los cuerpos se repelen.

o

Al electrizar solo uno de los globos, como tienen carga distinta, se atraen y se juntan.

o

4.3 Experiencia tres, Electroscopio.

Fotografía 3. Montaje del Electroscopio

En esta experiencia, se logró observar que al desarrollar el experimento correctamente, siguiendo las instrucciones en su gran mayoría, se puede tener un Electroscopio casero que funcionara correctamente y con los mismos resultados del habitual, se puede observar en este, las fuerzas de repulsión entre cargas; puesto que al tocar el electroscopio con un objeto cargado por fricción (el Globo), éste transfiere su carga al aparato, por lo que ambas partes de la varita de metal quedaban con la misma carga, haciendo que se moviera, debido a que cargas opuestas se repelen. (fotografía 3).

Para describir el fenómeno observado, como primera instancia una vez ya listo el electroscopio, se froto un globo de goma de forma repetitiva con una tela (cualesquiera), de manera que se lograra cargar esta de carga negativa una vez cargada debido a la constate fricción con el globo de goma, se procede a acercarlo al electroscopio previamente ensamblado, pero, se debe acercar poco a poco para lograr apreciar el fenómeno de repulsión entre cargas.

Se pudo deducir que, la función que tiene el recipiente de vidrio dentro de un electroscopio es Evitar que las láminas de metal del electroscopio se muevan por alguna razón.

Se logró llegar al objetivo final, que era mostrar de una manera más didáctica como acciona la transferencia de carga mediante fricción y contacto.

El electroscopio sirve para detectar y medir la carga eléctrica de un cuerpo y su funcionamiento es sencillo y fácil de comprender. Si se acerca a él un cuerpo electrizado con carga igual a la del electroscopio, las láminas se separan más. Al acercar al electroscopio un objeto con carga de signo contrario, se observa que las láminas se cierran. Es decir, si tocamos el electroscopio con un cuerpo cargado positivamente, este se cargará positivo y las láminas se repelen. Lo mismo ocurre si lo tocamos con un objeto cargado negativamente, el electroscopio se cargara negativo y las láminas se repelen.

o

4.4 Experiencia cuatro, elaboración del Péndulo.

Fotografía 4. Montaje Péndulo y Materiales “Acetato y Barra de Vidrio”

Al frotar la barra de vidrio con el acetato, este queda cargado negativamente, es decir con un exceso de electrones, ya que la barra de vidrio tiene tendencia a ganar electrones; al hacer contacto con la esfera de aluminio, que esta es estado neutro “igual número de protones y electrones”, se genera un reordenamiento de las cargas eléctricas aun cuando no hay contacto entre los cuerpos; llevando a la atracción entre los cuerpos.

Cuanto más cercanas se encuentran las cargas el módulo de la fuerza eléctrica de atracción o repulsión es mayor. En efecto los cuerpos con cargas positivas al tener contacto con cargas negativas, generan atracción entre ellos; dos cuerpos cargados negativamente, o cargados positivamente, se repelen entre sí. En el experimento se propuso mostrar el efecto previo de cargar un cuerpo y su accionar al contacto con otro sin cargar. En el experimento se integraron materiales conductores con diferentes tendencias “negativas y positivas”; a la vez que se muestra en manera práctica el efecto de las cargas aplicadas a la ley de coulomb, y el trabajo de grandes científicos.

En consecuencia se logró mostrar parte de los efectos que constituyen a la materia. Este proceso también es reversible ya que cuando alejamos la barra de vidrio las cargas eléctricas de ambos cuerpos vuelven a su estado inicial “neutro”, esto nos da a ver que el aire es un buen aislante. Estos fenómenos pueden ser muy utilizados en robótica, y están presentes en aplicaciones eléctricas y electrónicas. La electrostática es una ciencia en constante evolución. Ver (fotografía 5).

Fotografía 5. Esfera de aluminio en estado neutro, atraída por una barra de vidrio con carga negativa.

4.5 CLASIFICACION NUMERICA DE CONDUCTIVIDAD 1.

MALO

2.

REGULAR

3.

ACEPTABLE

4. BUENO 5. MUY BUENO 6. GRAN CONDUCTOR MATERIAL

CLASIFICACION

COBRE ACERO INOXIDABLE HIERRO PLATA ALUMINIO ACERO AL CARBONO

5 2 3 6 4 1

OBJETO

CLASIFICACION

VIDRIO PEINETA MADERA METAL TUVO DE PVC CAUCHO REGLA CARTON

5 3 1 2 3 3 2 1

TEXTILES Y PLASTICO

CLASIFICACION

LANA SEDA ALDODON PAPEL ACETATO

4 3 Sin carga 1 2

Tabla 1. Clasificación numérica de conductividad

Tabla 1: Esta representado por números la clasificación de conductividad de diferentes tipos de materiales, objetos, textiles y plásticos, (numero 1) mal conductor; (numero 2) regular; (numero 3) aceptable, puede ser conductor, pero presenta fallas; (numero 4) buen conductor; (numero 5) muy bueno; (numero 6) gran conductor.

4.6 EFECTO TRIBOELECTRICO DE LOS MATERIALES OBJETO O MATERIAL GOMA AGUA TEFLON PAPEL PELO MADERA CUERO POLIESTER PIEL HUMANA

TENDENCIA POSITIVA

TENDENCIA NEUTRA

TENDENCIA NEGATIVA X

X X X X X X X X

ALGODÓN LANA AMBAR VIDRIO GLOBO DE GOMA CAUCHO COBRE ALUMINIO

X X X X X X X X Tabla 2. Efecto triboelectrico de los materiales

Tabla 2: En esta tabla se puede analizar la tendencia que tiende a cada tipo de material, en general, los materiales son neutros; es decir, el material contiene el mismo número de cargas negativas (electrones) y positivas (protones). Si un cuerpo está cargado negativamente es porque ha ganado electrones. Tiene un exceso de electrones. Si un cuerpo está cargado positivamente es porque ha perdido electrones.

4.7 Cuadro comparativo de materiales aislantes y conductores

Materiales aislantes La carga que recibe no se distribuye, queda confinada en la región en donde fue producida.

Ejemplos: Madera, Plástico Vidrio Cuero

Materiales conductores Material que presenta gran cantidad de electrones libres La carga se distribuye en toda la superficie exterior.

Ejemplos: Metales(cobre , níquel , hierro , cobalto) Tabla 3. Cuadro comparativo de materiales aislantes y conductores

Tabla 3: Cuando un cuerpo neutro es electrizado, sus cargas eléctricas, bajo la acción de las fuerzas correspondientes, se redistribuyen hasta alcanzar una situación de equilibrio. Algunos cuerpos, sin embargo, ponen muchas dificultades a este movimiento de las cargas eléctricas por su interior y sólo permanece cargado el lugar en donde se depositó la carga neta. Otros, por el contrario, facilitan tal redistribución de modo que la electricidad afecta finalmente a todo el cuerpo. Los primeros se denominan aislantes y los segundos conductores.

Material

Imán

Conductividad Buen conductor ya que son cuerpos que generan un campo magnético a su alrededor orientado en base a dos polos: negativo (Sur) y positivo (Norte). Estos polos se atraen con sus opuestos (positivo-negativo) pero repelen a sus iguales (positivo-positivo o negativo-negativo).

Tipo de carga Contiene cargas positivas (+) y negativas (-), una en cada polo.

Lana

Vidrio

Alambre

Papel

La lana posee excelentes propiedades friccionales por el hecho de tener escamas exteriores lo que la hace una buen conductora al electrizar el globo.

Los materiales que no conducen la electricidad se llaman aislantes como por ejemplo los plásticos, el vidrio o la madera.

Un alambre consta de un solo hilo de un material conductor de electricidad. Este material normalmente está compuesto de aluminio o cobre.

El papel hace parte de los materiales con baja conductividad eléctrica.

Goma o látex (globo)

Se considera como materia aislante ya que tiene compuestos de caucho

Papel aluminio

Es un buen conductor ya proviene de material metálico que por lo general son buenos conductores.

Cabello

Icopor

Al poseer átomos que en su capa externa poseen electrones, al ser frotados con el globo se electrizan y generan un campo eléctrico.

Se carga positivamente porque le cede cargas negativas al globo.

No se carga si no tiene algún tipo de fricción.

No posee ningún tipo de carga, solo cumple la función de ser conductor.

Neutral. Aunque fue atraído debido a la electrización que se le aplico al globo.

Negativa.

Negativa pues al acercarse al globo éste fue repelido Positiva ya que al acercarse al globo fue atraído.

Teniendo en cuenta que el aire en reposo es el mejor No posee ningún tipo aislante térmico conocido, los productos de de carga. poliestireno expandido o icopor son excelentes aislantes térmicos (al estar conformados en un 98% por aire).

Tabla 4. Conductividad y tipo de carga

Tabla 4: Como se puede observar a través de las experiencias y de la tabla comparativa, no siempre el material debe ser un conductor eléctrico para poder cargarse. Se evidencia que se forman campos eléctricos que dependiendo su carga se encargan de repeler o atraer distintos materiales.

Los materiales usados cumplen en ocasiones una función electrostática de acuerdo a su composición y la capacidad de cargarse de acuerdo a su composición atómica.

A partir de la investigación, Mediante los resultados obtenidos en la práctica de electroestática, se pudo concluir que en un cuerpo existen dos cargas de diferente tipo: positivas y negativas, a pesar de no poder identificar experimentalmente que tipo de carga posee cada cuerpo, si es posible ver si dos cuerpos poseen carga del mismo tipo o de tipo diferente por medio de la interacción entre ellos notando el si se atraen o se repelen.

También pudimos comprobar que la conductividad eléctrica depende del material, ya que unos son muy malos conductores como el vidrio y la tela, pero otros muy buenos como el PVC y la piel sintética.

Se identificó la diferencia entre materiales conductores y aislantes, notando que los conductores se cargan por contacto como el frotamiento y los aislantes por inducción.

Desarrollando esta experiencia cuatro, se concluyó que, por medio del electroscopio, se puede determinar la presencia de cargas eléctricas y su signo. Este instrumento permite detectar la presencia de un objeto cargado aprovechando el fenómeno de separación de cargas por inducción.

5. CONCLUSIONES Se pudo observar que existen cargas eléctricas que cumplen con el fenómeno principal de la electrostática de atracción y repulsión. De lo anterior se puede concluir que la materia contiene dos tipos de cargas eléctricas denominadas positivas y negativas. A través de la realización de estas experiencias y al analizar los fenómenos físicos que ocurren al cargar eléctricamente un cuerpo, se puede: • Determinar el signo de la carga que puede presentar un productor cuando es cargado por un proceso de electrificación.

• Afirmar que existen varios métodos para cargar un productor o en general un cuerpo, tales como inducción, fricción y por contacto. De esta manera pueden obtener diferentes cargas y afectar a otros cuerpos por medio de la transferencia de electrones.

• Concluir que la máxima transferencia de electrones entre cuerpos se encuentra en el punto más cercano al cuerpo que esta cargado por una fuente externa a su vez que el otro cuerpo se carga por inducción y queda polarizado.

• Por medio de los diferentes experimentos llevados a cabo pudimos dar respuesta a los diferentes fenómenos planteados y explicar porque suceden, teniendo un mejor concepto y claridad de lo que llamamos “Electroestática”.

BIBLIOGRAFÍA

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LEY DE COULOMB (Derian Yesid Cortés Aponte Cod.201823509 Diego Alejandro Useche Núñez Cod.201824021 Yijánn Lorena Carrero Pérez Cód.201823994 Juan Sebastián Rodríguez Cod.201821938)

FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS ESCUELA DE FÍSICA UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA Yijann.carrero@uptc.edu.co

PRÁCTICA 3 1. RESUMEN Por medio del siguiente informe se relaciona el contenido correspondiente al laboratorio de “Ley de Coulomb”, en donde se encuentran detalladamente relacionados los procedimientos y operaciones de los experimentos realizados con el simulador, junto con las tablas de registro de datos (información) y la teoría correspondiente que sirvió como soporte para el desarrollo de esta práctica. Se mostrara el debido procedimiento, los resultados obtenidos y la interpretación grafica de estos mismos, con un análisis detallado de los distintos fenómenos físicos que se pueden percibir con la interpretación. La magnitud de las fuerzas eléctricas de atracción y repulsión entre cargas se rige por el principio fundamental de la electrostática, también llamado ley de Coulomb, la cual describe fenómenos de la electricidad de manera cuantitativa con respecto a partículas cargadas eléctricamente, con el fin de calcular la magnitud de la fuerza eléctrica de atracción con la que interactúan dichas cargas.

En la presente ley, también se utiliza la constante “K”, llamada como constante de Coulomb, la cual, se debe utilizar matemáticamente para resolver las situaciones o problemas en materia de electricidad.

2. INTRODUCCION La ley de Coulomb señala que la fuerza F (newton, N) con que dos cargas eléctricas Q y q (culombio, C) se atraen o repelen es proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r (m) que las separa.

En 1784 Charles Augustin de Coulomb entre (1736-1806) estudió con mucho detalle las fuerzas de atracción de partículas cargadas y determino que: “La magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. También estableció que los cuerpos cargados sufren una fuerza de atracción o repulsión al aproximarse y el valor de dicha fuerza es proporcional al producto del valor de sus cargas y pudo concluir que si la fuerza es de atracción, las cargas son de signo opuesto y de repulsión, son del mismo signo.”

Estas conclusiones constituyen lo que se conoce hoy en día como la ley de Coulomb, es necesario utilizar esta ley correctamente para lograr el cálculo de las fuerzas eléctricas entre cargas y establecer la relación con la fuerza eléctrica, también nos ayuda a comprender la influencia que provoca la distancia de separación entre las cargas .

La fuerza eléctrica con la que se atraen o repelen dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de las mismas, inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y actúa en la dirección de la recta que las une.

đ??š=đ??žâˆ—

đ?‘„∗đ?‘ž đ?‘&#x;2

đ??ž = 9đ?‘Ľ109

đ?‘ đ?‘š2 (đ?‘†đ??ź) đ??ś2

EcuaciĂłn (1)

Donde: • • • •

F es la fuerza elĂŠctrica de atracciĂłn o repulsiĂłn. En el S.I. se mide en (N).

Q y q son los valores de las dos cargas puntuales. En el S.I. se miden en Culombios (C). r es el valor de la distancia que las separa. En el S.I. se mide en metros (m).

K es una constante de proporcionalidad llamada constante de la ley de Coulomb.

No se trata de una constante universal y depende del medio en el que se encuentren las cargas. En concreto para el vacío k es aproximadamente 9•109 N•m2/C2 utilizando unidades en el S.I.

3. METODO EXPERIMENTAL Para el desarrollo de este informe, cada integrante del grupo, inicialmente dio ingreso al link correspondiente al simulador (PhET INTERACTIVE SIMULATIONS), para la ley de Coulomb, para entender de forma pråctica la teoría y dar cumplimiento a todos los temas propuestos en la guía del laboratorio. Posteriormente cada integrante compartió su experiencia inicialmente para familiarizarse con este. •

•

•

Para el desarrollo de la guĂ­a, como primera experiencia, se decide fijar la distancia entre las cargas y seleccionar un valor fijo para la carga q1, tambiĂŠn se modificaron los valores de la carga q2 y con la informaciĂłn que nos arrojaba el simulador, se logrĂł completar la tabla 1.

Para el desarrollo de la segunda experiencia con el simulador, tambiĂŠn se fija la distancia entre las cargas y se selecciona un valor fijo para la carga q2 y se modificaron los valores de la carga q1, con la informaciĂłn que se logrĂł recolectar, se logrĂł completar la tabla 2.

Experiencia tres, se fijaron los valores de las cargas y se modificaron solo las distancias, con su desarrollo se completa la tabla 3.

Seguidamente, se adjuntando el anĂĄlisis detallado de cada una de las tablas, con el objetivo de que a partir de estas, se realicen los grĂĄficos correspondientes y se establezca la relaciĂłn que hay entre ellas, proporcionando el comportamiento grĂĄfico y definiendo el tipo de funciĂłn y se logrĂł identificar las ecuaciones particulares que las definĂ­an, se hizo anĂĄlisis para el cĂĄlculo de pendientes y encontrar la relaciĂłn entre las magnitudes.

Finalmente se hizo la representaciĂłn grĂĄfica de los valores de la fuerza frente al cuadrado del inverso de la distancia entre las cargas, y se logrĂł encontrar el valor Îľ. Se adjuntĂł el anĂĄlisis que se encontrĂł con estas relaciones y se sacaron las conclusiones pertinentes que me explicarĂ­an todos los fenĂłmenos que se presentaron en el desarrollo de esta actividad y pude concluir la utilidad que esto me aportĂł.

4. RESULTADO Y ANĂ LISIS A continuaciĂłn se presentarĂĄ cada experiencia acorde al orden propuesto, a partir de la investigaciĂłn, mediante los resultados obtenidos en la prĂĄctica, se logrĂł evidenciara su desarrollo con las tablas, junto con su anĂĄlisis detallado, se explicĂł que se logrĂł al realizar cada experiencia, lo que se aprendiĂł desarrollando la prĂĄctica de ley de Coulomb, se darĂĄ a conocer la utilidad de estos modelos.

4.1

Experiencia 1, distancia fija entre las cargas, valor fijo para la carga q1.

Para realizar esta experiencia con el simulador, usamos la Escala Macro, esta escala es aquella que atiende a los objetos o entidades a una escala mayor que la convencional, estudiando aspectos que a menudo no pueden o no son analizados en las investigaciones tradicionales. Lo macro se sucede tanto en la ciencia como en la tecnologĂ­a y hasta en Ăłrdenes sociales.

q1 = −4đ?œ‡đ??ś

r= 0.03 m

(Escala Macro)

F(N)

-8,0 -6,0 -4,0 -3,0 -2,0 -1,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0

319,557 239,668 159,779 119,834 79,889 39,945 39,945 79,889 119,834 159,779 199,732 239,668 319,557 399,447

Fuerza en funcion de la carga 2 con r=cte y q1=cte.

500.000 400.000

F(N)

q2 (ÂľC)

F = 39,945(q2) + 0,001

300.000 200.000 100.000

0.000 0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

q2 (ÂľC) Grafica 1: Fuerza en funciĂłn de la carga 2.

Tabla 1: Fuerza en funciĂłn de la carga 2

R² = 0,0009 m Para el cålculo de la pendiente, utilizo la siguiente formula, escogiendo dos puntos de la Grafica 1.

m=(đ?‘Ś2 − đ?‘Ś1)/(đ?‘Ľ2 − đ?‘Ľ1)

Pendiente 159.7779−39.945

m=

4−1

=

39,944684

Con nuestros datos obtenidos y basĂĄndonos con la grĂĄfica, se puede analizar que a medida que la carga va aumentando, la fuerza tambiĂŠn aumenta, son directamente proporcionales.

Tabla 1. Para graficar, basĂĄndonos en la ley de Coulomb, solo damos usos de los valores positivos, (cargas positivas), porque se maneja en tĂŠrminos de valores absolutos, mostrando asĂ­ una funciĂłn lineal.

4.2 Experiencia 2, distancia fija entre las cargas, valor fijo para la carga q2.

q2 =

r=0.05 m

3Âľđ??ś

(Escala Macro) q1 (ÂľC)

F(N)

1,0

10,800

2,0

21,600

3,0

32,400

120.000

4,0

43,200

100.000

5,0

54,000

80.000

6,0

64,800

60.000

7,0

75,600

8,0

86,400

9,0

97,200

10,0

F(N)

Fuerza en funcion de la carga 1 con r=cte y q2=cte.

108,000

Tabla 2.: Fuerza en funciĂłn de la carga

F = 10,785(q1) - 0,0002

40.000 20.000 0.000 -20.000 0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

q1 (ÂľC)

Grafica 2: Fuerza en funciĂłn de la carga 1

Tabla 2: El anĂĄlisis repentino que se puede deducir es el mismo que en la experiencia 1, a medida de que las carga q1 aumentan en su magnitud, la fuerza tambiĂŠn lo hace.

GrĂĄfica 2: Demuestran que el valor de las cargas es directamente proporcional al de la de fuerza independientemente de su signo, nos muestra una funciĂłn lineal.

R² = 0,0025 m Para el cålculo de la pendiente, utilizo la siguiente formula, escogiendo dos puntos

m=(đ?‘Ś2 − đ?‘Ś1)/(đ?‘Ľ2 − đ?‘Ľ1)

Pendiente 43.140−10.785

m=

4−1

= 10.785

A continuaciĂłn se harĂĄn los cĂĄlculos usando la ecuaciĂłn particular, correspondiente a este fenĂłmeno, para verificar de la demostraciĂłn:

Usando la ecuaciรณn (1)

๐ 2

โ ข

๐ น12 = (9 โ 109 ๐ ๐ ถ 2 ) โ

โ ข

๐ น12 = (9 โ 109 ๐ ๐ ถ 2 ) โ

โ ข

๐ น12 = (9 โ 109 ๐

โ ข

๐ น12 = (9 โ 109 ๐ ๐ ถ 2 ) โ

โ ข

๐ น12 = (9 โ 109 ๐ ๐ ถ 2 ) โ

โ ข

๐ น12 = (9 โ 109 ๐ ๐ ถ 2 ) โ

โ ข

๐ น12 = (9 โ 109 ๐ ๐ ถ 2 ) โ

โ ข

๐ น12 = (9 โ 109 ๐

โ ข

๐ น12 = (9 โ 109 ๐ ๐ ถ 2 ) โ

โ ข

๐ น12 = (9 โ 109 ๐ ๐ ถ 2 ) โ

๐ 2

โ ฃ(1โ 10โ 6 ๐ ถ)โ (3โ 10โ 6 ๐ ถ)โ ฃ โ ฃ(0,05๐ )2 โ ฃ โ ฃ(2โ 10โ 6 ๐ ถ)โ (3โ 10โ 6 ๐ ถ)โ ฃ โ ฃ(0,05๐ )2 โ ฃ

โ ฃ(3โ 10โ 6 ๐ ถ)โ (3โ 10โ 6 ๐ ถ)โ ฃ ๐ 2 ) โ ๐ ถ2 โ ฃ(0,05๐ )2 โ ฃ

๐ 2

๐ 2

๐ 2

๐ 2

โ ฃ(4โ 10โ 6 ๐ ถ)โ (3โ 10โ 6 ๐ ถ)โ ฃ โ ฃ(0,05๐ )2 โ ฃ โ ฃ(5โ 10โ 6 ๐ ถ)โ (3โ 10โ 6 ๐ ถ)โ ฃ โ ฃ(0,05๐ )2 โ ฃ

โ ฃ(6โ 10โ 6 ๐ ถ)โ (3โ 10โ 6 ๐ ถ)โ ฃ โ ฃ(0,05๐ )2 โ ฃ

โ ฃ(7โ 10โ 6 ๐ ถ)โ (3โ 10โ 6 ๐ ถ)โ ฃ โ ฃ(0,05๐ )2 โ ฃ

โ ฃ(8โ 10โ 6 ๐ ถ)โ (3โ 10โ 6 ๐ ถ)โ ฃ ๐ 2 )โ ๐ ถ2 โ ฃ(0,05๐ )2 โ ฃ

๐ 2

๐ 2

โ ฃ(9โ 10โ 6 ๐ ถ)โ (3โ 10โ 6 ๐ ถ)โ ฃ โ ฃ(0,05๐ )2โ ฃ

= 10.8๐

= 21.6๐

= 32.4๐

= 43.2๐

= 54๐

= 64.8๐

= 75.6๐

= 86.4๐

= 97.2๐

โ ฃ(10โ 10โ 6 ๐ ถ)โ (3โ 10โ 6 ๐ ถ)โ ฃ โ ฃ(0,05๐ )2 โ ฃ

= 108๐

4.3 Experiencia 3, valores fijos de las cargas.

q1 = 4 ÂľC

q2=9 ÂľC

(Escala Macro)

9,0 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0

F(N) 39,945 44,782 50,555 57,520 66,031 76,580 89,876 107,107 129,421 159,779 202,220 264,124 359,502 478,627 808,880

Fuerza en funcion de la distancia 1000000 800000

F(N)

r (cm)

F= 3E+06r-1,982

600000 400000 200000 0 0.0

Tabla 3: Fuerza en funciĂłn de la distancia

2.0

4.0

6.0

8.0

r(cm)

Grafica 3: Fuerza en funciĂłn de la distancia

Con la oportuna informaciĂłn y los datos arrojados por el simulador, lo que se puede analizar con la tabla 3, al calcular la fuerza en funciĂłn de la distancia se observa que a medida que la distancia disminuye la fuerza aumenta.

Grafica 3: Nos muestra que proporcionalidad entre la fuerza y la distancia es inversa pues al disminuir la distancia la fuerza aumenta Para el cĂĄlculo de la pendiente, utilizo la siguiente formula, escogiendo dos puntos Pendiente m=(đ?‘Ś2 − đ?‘Ś1)/(đ?‘Ľ2 − đ?‘Ľ1) 202.220−808.8880

m=

4−2

= -303.334

Con pendiente negativa porque se puede analizar que la grĂĄfica de la recta cae de la izquierda a la derecha.

A continuaciĂłn se harĂĄn los cĂĄlculos usando la ecuaciĂłn particular correspondiente, Fuerza

en funciĂłn de la distancia de separaciĂłn, se decide tomar distancias enteras y se hace la conversiĂłn a (m), para verificar su demostraciĂłn: Usando la ecuaciĂłn (1)

• đ??š=

0,092

• đ??š=

Cuando r =0.09 m

|4ÂľC)∗ 9ÂľC)|

∗ 9 ∗ 109 đ?‘ =40 N

Cuando r =0.08 m

|4ÂľC)∗ 9ÂľC)| 0,082

∗ 9 ∗ 109 đ?‘ =50.625 N

10.0

• đ??š=

0,072

• đ??š=

0,062

đ??š=

0,052

đ??š=

∗ 9 ∗ 109 đ?‘ =129.6 N

Cuando r =0.04 m

|4ÂľC)∗ 9ÂľC)| 0,042

•

∗ 9 ∗ 109 đ?‘ =90 N

Cuando r =0.05 m

|4ÂľC)∗ 9ÂľC)|

•

∗ 9 ∗ 109 đ?‘ =66.1122 N

Cuando r =0.06 m

|4ÂľC)∗ 9ÂľC)|

• đ??š=

Cuando r =0.07 m

|4ÂľC)∗ 9ÂľC)|

∗ 9 ∗ 109 đ?‘ =202.5 N

Cuando r =0.02 m

|4ÂľC)∗ 9ÂľC)| 0,022

∗ 9 ∗ 109 đ?‘ =810 N

Con los resultados obtenidos, se puede analizar que el simulador nos arroja resultados mĂĄs exactos, al manejarlo con el tipo de escala (escala macro) esa es la utilidad de la misma, planteando los ejercicios con la ecuaciĂłn original, ecuaciĂłn (1), vemos una mĂ­nima variaciĂłn en los decimales, pero en general el resultado es el mismo y nos arrojara el mismo tipo de funciĂłn al graficar.

4.4

Represente en una grĂĄfica los valores de la fuerza frente al cuadrado del

inverso de la distancia entre las cargas ÂżQuĂŠ conclusiĂłn obtiene?

F(N) 808.88 517.68 359.50 264.12 202.22 159.77 129.42 106.95 89.87 76.58 66.03 57.52 50.55 44.78 39.94

r (cm) 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0

1/r² (cm) 0.2500 0.1600 0.1111 0.0816 0.0625 0.0493 0.0400 0.0330 0.0277 0.0236 0.0204 0.0177 0.0156 0.0138 0.0123

Tabla 4. Fuerza en funciĂłn del cuadrado del inverso de la distancia entre las cargas

F(N)

Fuerza en funcion del cuadrado del inverso de la distancia entre las cargas 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0

F = 3234,(1/r²) + 0,1596

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

1/r² (cm) Grafica 4. Fuerza en función del cuadrado del inverso de la distancia entre las cargas

Para el cĂĄlculo de la pendiente, utilizo la siguiente formula, escogiendo dos puntos

m=(đ?‘Ś2 − đ?‘Ś1)/(đ?‘Ľ2 − đ?‘Ľ1)

Pendiente 808.88−129.42

m=

= 3235.52

0.25−0.04

Pendiente: 3235.52

El propĂłsito de esta simulaciĂłn es mostrar y dar a conocer el comportamiento de dos cargas puntuales bajo la acciĂłn de una fuerza en funciĂłn del cuadrado del inverso de la distancia entre las cargas, como resultado se observĂł que cuando el inverso de la distancia al cuadrado aumenta, su fuerza tambiĂŠn aumenta, por lo que son directamente proporcionales, esta situaciĂłn se presenta independientemente de la magnitud de las cargas, como podemos observar en el grafico tenemos una funciĂłn de tipo lineal.

4.5 Encuentre el valor de đ?‘Źđ?&#x;Ž Para determinar el valor de ∈0 tomaremos como referencia la tabla uno, valiĂŠndonos de uno de sus resultados donde: đ?‘ž1 = -4.0đ?œ‡C

đ?‘ž1 = -4.0 đ?‘‹ 10

−6

C

đ?‘ž2 = 8.0đ?œ‡C

đ?‘ž2 = 8.0 đ?‘‹ 10

r = 0.03 m −6

đ??š=đ??ž

C

đ?‘ž1 đ?‘ž2

đ?‘&#x;2

F = 319.557 N

đ??š=

đ?‘ž đ?‘ž 1 ( 1 2 2) 4đ?œ‹ ∈0 đ?‘&#x;

∈0 =

1 đ?‘ž 1 đ?‘ž2 ( ) 4đ?œ‹đ??š đ?‘&#x; 2

(4.0 đ?‘‹ 10−6 C )(8.0 đ?‘‹ 10−6 C ) ∈0 = [ ] (0.03 m)2 4đ?œ‹ (319.557 N) 1

∈0 = 8.854 x10−12

đ?‘ đ?‘š2 đ??ś2

Este resultado lo podemos comprobar con la siguiente relaciĂłn:

đ??ž = 9đ?‘Ľ109 đ??ž=

1 4đ?œ‹ ∈0

∈0 = ∈0 =

đ?‘ đ?‘š2 (đ?‘†đ??ź) đ??ś2

1 4đ?œ‹đ??ž 1

4đ?œ‹(9đ?‘Ľ109

đ?‘ đ?‘š2 ) đ??ś2

∈0 = 8.854 x10−12

đ?‘ đ?‘š2 đ??ś2

Por esta razĂłn podemos determinar que el valor de ∈0 es una constante universal aplicada en la ley de coulomb. •

La Ley de Coulomb se utiliza para obtener y saber quÊ tipo de fuerza (atracción o repulsión) se va a generar al existir interacción entre dos o mås cargas. Proporcional al producto de las dos cargas, q1 y q2, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas�.

5. CONCLUSIONES La Ley de Coulomb dice que "la fuerza electroståtica entre dos cargas puntuales es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa� en la 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 tambiÊn, de la misma manera la fuerza electroståtica, 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 elÊctrica. En efecto la Ley de Coulomb se logró comprobar con la simulación.

•

A partir de los procedimientos experimentales que se desarrollaron en la práctica se observa cómo funcionan las cargas y que tipo de comportamiento poseen en diferentes situaciones las cuales se resumen o se explican en base a la Ley de Coulomb.

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 la 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.

•

•

•

6. BIBLIOGRAFÍA •

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LEY DE COULOMB Y CAMPO ELÉCTRICO (Derian Yesid Cortés Aponte Cod.201823509 Diego Alejandro Useche Núñez Cod.201824021 Yijánn Lorena Carrero Pérez Cód.201823994 Juan Sebastián Rodríguez Cod.201821938)

FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS ESCUELA DE FÍSICA UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA Yijann.carrero@uptc.edu.co

PRÁCTICA 4 1. RESUMEN Por medio del siguiente informe se relaciona el contenido correspondiente al laboratorio de “Ley de Coulomb y el campo eléctrico”. El conjunto de prácticas a desarrollar en esta guía de laboratorio, está basado en el curso teórico de Electromagnetismo y los fenómenos electrostáticos, que está enfocada a entender la naturaleza y formas de cargar un objeto, ley de Coulomb. Una forma de interpretar la ley de Coulomb consiste en la introducción del concepto de campo eléctrico y se hace una representación de la fuerza ejercida por un conjunto de cargas sobre una carga de prueba q, en donde se analiza, como son las líneas de campo y las superficies producidas por diferentes configuraciones de cargas y en relación con todos los procedimientos y operaciones de los experimentos realizados con los dos simuladores propuestos, junto con las tablas de registro de datos (información) y la teoría correspondiente que sirvió como soporte para el desarrollo de esta práctica. Se mostrara el debido procedimiento, los resultados obtenidos y la interpretación gráfica de estos mismos, con un análisis detallado de los distintos fenómenos físicos que se pueden percibir con la interpretación.

2. INTRODUCCION La ley de Coulomb describe las fuerzas que actúan entre dos cargas. La fuerza eléctrica sobre un cuerpo cargado es ejercida por el campo eléctrico que otros cuerpos cargados originan. Una de las cargas genera un campo eléctrico en todo el espacio. La fuerza que actúa sobre una carga introducida en el campo eléctrico de la primera es provocada por el campo eléctrico en la posición de la carga introducida.

Los campos eléctricos pueden ser visualizados por líneas de campo, las cuales ayudan analizar el comportamiento general del campo, entre dos cargas puntuales y es posible establecer la relación entre Campo eléctrico y la distancia de separación entre cargas. Este fenómeno o manera de estudiar las líneas de campo también puede trabajar el potencial de manera gráfica. En la experiencia se analizan las líneas de campos generados, determinando dos factores que son muy importantes como su dirección y magnitud, con el fin de tener una idea clara acerca de las direcciones y las magnitudes que dependen de las líneas del campo eléctrico generador, teniendo en cuenta las equivalencias correspondientes entre la geometría de las líneas y la forma de la partícula cargada.

IlustraciĂłn 1 LĂ­neas de campo elĂŠctrico.

El campo elĂŠctrico se relaciona con la fuerza elĂŠctrica que actĂşa sobre una carga arbitraria q con la expresiĂłn: EcuaciĂłn (1)

La ley de Coulomb, nos ayuda a calcular las fuerzas elĂŠctricas entre cargas y establecer la relaciĂłn con la fuerza elĂŠctrica, tambiĂŠn nos ayuda a comprender la influencia que provoca la distancia de separaciĂłn entre las cargas.

La fuerza elĂŠctrica con la que se atraen o repelen dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de las mismas, inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y actĂşa en la direcciĂłn de la recta que las une.

đ??š=đ??žâˆ—

đ?‘„∗đ?‘ž đ?‘&#x;2

đ??ž = 9đ?‘Ľ109

đ?‘ đ?‘š2 (đ?‘†đ??ź) đ??ś2

EcuaciĂłn (2)

3. METODO EXPERIMENTAL Este laboratorio se dividió en dos partes que consistían en trabajar con dos links correspondientes a la Ley de Coulomb, pero los dos cumplían con la misma finalidad de lograr analizar y encontrar la relación pertinente entre el campo elÊctrico y la fuerza, analizando el comportamiento general del campo, entre dos cargas puntuales y estableciendo la relación entre Campo elÊctrico y la distancia de separación entre cargas, observando el tipo de comportamiento de las cargas generadoras y los factores para calcular dicho campo. Para el desarrollo de este informe, como primera parte, cada integrante del grupo, inicialmente dio ingreso a los link correspondiente, la simulador 1 (laboratorio virtual), para la ley de Coulomb, que nos ayudó a estudiar la interacción entre cargas elÊctricas y los factores que intervienen en la interacción de estas. • Para el desarrollo de la guía, como primera experiencia, se fija un valor para la carga fija y se asigna una distancia entre las cargas, tambiÊn se modificaron los valores de la carga móvil y se calculó el valor del campo elÊctrico, con la información que nos arrojaba el simulador, se logró completar la tabla 1. • Para el desarrollo de la segunda experiencia con el simulador, se fija un valor para la carga móvil y se asigna una distancia entre las cargas, se modificaron los valores de la carga fija y se calculó el valor del campo elÊctrico, con la información que nos arrojaba el simulador, se logró completar la tabla 2.

•

Experiencia tres, se fijaron los valores de las cargas fijas y mĂłviles, en seguida se modificaron solo los valores de las distancias, finalmente, se calculĂł el valor del campo

elĂŠctrico, con la informaciĂłn que nos arrojaba el simulador, se logrĂł completar la tabla 3 y se realizĂł la grĂĄfica E vs r.

En la segunda parte de nuestro informe, se dio ingreso al simulador 2 correspondiente a (PhET INTERACTIVE SIMULATIONS), para la ley de Coulomb, se siguió el orden habitual la guía. •

Experiencia cuatro, se decide fijar la distancia entre las cargas y se asigna un valor fijo para la carga q1, tambiÊn se modificaron los valores de la carga q2 (todos en negativo) y se calculó el valor del campo elÊctrico, con la información que nos arrojaba el simulador, se logró completar la tabla 4. • Experiencia cinco, tambiÊn se fija la distancia entre las cargas y se asigna un valor fijo negativo para la carga q2 y se modificaron los valores de la carga q1, se calculó el valor del campo elÊctrico, con la información que nos arrojaba el simulador, se logró completar la tabla 5.

Seguidamente, se adjunta el anĂĄlisis detallado de cada una de las tablas, con el objetivo de que a partir de estas, se realicen los grĂĄficos correspondientes, donde se muestra la ubicaciĂłn de las cargas y se ubicaron los vectores de las fuerzas y el campo elĂŠctrico en cada caso. Finalmente como experiencia seis, se establece la relaciĂłn entre el campo elĂŠctrico y las fuerzas obtenidas, campo elĂŠctrico vs cargas generadoras, en cada caso se adjuntĂł el anĂĄlisis que se encontrĂł con estas relaciones y se sacaron las conclusiones pertinentes que me explicarĂ­an todos los fenĂłmenos que se presentaron en su desarrollo.

4. RESULTADO Y ANĂ LISIS A continuaciĂłn se presentarĂĄ cada experiencia acorde al orden propuesto, a partir de la investigaciĂłn, mediante los resultados obtenidos en la prĂĄctica, se logrĂł evidenciara su desarrollo con las tablas, junto con su anĂĄlisis detallado, se explicĂł que se logrĂł al realizar cada experiencia.

4.1

Experiencia 1, distancia fija entre las cargas, valor fijo para la carga fija (Q).

Q = 40đ?œ‡đ??ś

r= 55cm

q (ÂľC)

F(N)

E(N/C)

10,0

12,000

1200000

20,0

24,000

1200000

30,0

36,000

1200000

40,0

48,000

1200000

50,0

60,000

1200000

60,0

72,000

1200000

70,0

83,000

1200000

80,0

95,000

1187500

90,0

107,000

1188888

Tabla 1: Fuerza en funciĂłn de la carga mĂłvil, hallando el campo elĂŠctrico.

Figura 1: IlustraciĂłn del campo elĂŠctrico Cargas distintas de igual signo.

Tabla 1; Con nuestros datos obtenidos, se puede analizar que a medida que la carga mĂłvil va aumentando, la fuerza tambiĂŠn aumenta, son directamente proporcionales. TambiĂŠn se puede analizar que a partir de una carga fija y un mismo radio, dĂĄndole valores a la carga mĂłvil el campo elĂŠctrico tiende a ser el mismo, aproximando las cifras que van cambiando a medida que la carga mĂłvil aumenta.

Figura 1; Se observa que tanto la carga del campo elĂŠctrico Q (fija) y las diferentes cargas de prueba q (mĂłvil) son positivas, pero tienen diferente carga, por ende si q es mayor que cero abra fuerza de repulsiĂłn entre las dos cargas y la fuerza y energĂ­a serĂĄ en direcciĂłn igual a la del campo elĂŠctrica Para esquematizar grĂĄficamente el campo elĂŠctrico se trazaron lĂ­neas que iban en la misma direcciĂłn que dicho campo en varios puntos. A travĂŠs de las lĂ­neas de campo elĂŠctrico, que son las lĂ­neas imaginarias que describen, los cambios en direcciĂłn del campo elĂŠctrico al pasar de un punto a otro, de tal modo que dichas lĂ­neas son tangentes, en cada punto del espacio donde estĂĄ definido el campo elĂŠctrico, a la direcciĂłn del campo elĂŠctrico en ese punto.

SegĂşn la primera ley de Newton, movimiento de una partĂ­cula cargada en una regiĂłn dependerĂĄ de las fuerzas que actĂşen sobre ella en cada punto de dicha regiĂłn y se puede concluir que la fuerza que experimenta una carga tiende a apartarla de la lĂ­nea de campo elĂŠctrico sobre la que se encuentra en cada instante.

En seguida se harĂĄn algunos cĂĄlculos para hallar la fuerza usando la ecuaciĂłn (2) para verificar los datos que nos arrojĂł el simulador.

o

đ??š = 9đ?‘Ľ109

o

đ??š = 9đ?‘Ľ109

o

đ??š = 9đ?‘Ľ109

o

đ??š = 9đ?‘Ľ109

o

đ??š = 9đ?‘Ľ109

đ?‘ đ?‘š2 2

đ??ś

đ?‘ đ?‘š2 đ??ś2

đ?‘ đ?‘š2 đ??ś2 đ?‘ đ?‘š2 2

đ??ś

đ?‘ đ?‘š2 đ??ś2

( ( ( ( (

(40∗10−6 )(10∗10−6 ) 0.552 (40∗10−6 )(30∗10−6 ) 0.552 (40∗10−6 )(50∗10−6 ) 0.552 (40∗10−6 )(70∗10−6 ) 0.552 (40∗10−6 )(90∗10−6 ) 0.552

= 11.9008đ?‘ = 35.7024đ?‘ = 59.5041đ?‘ = 83.3057đ?‘ = 107.1074đ?‘

Con los resultados obtenidos, se puede analizar que el simulador aproxima los valores, por ende vemos una mĂ­nima variaciĂłn en los decimales, pero en general el resultado es el mismo.

A continuación se harån los cålculos usando la ecuación (1) para hallar el Campo ElÊctrico Usando la ecuación (1) •

đ??¸=

12đ?‘ 10∗10−6 đ??ś

= 1200000 N/C

•

• •

•

đ??¸=

đ??¸= đ??¸=

đ??¸=

24đ?‘ 20∗10−6 đ??ś

36đ?‘ 30∗10−6 đ??ś 48đ?‘ 40∗10−6 đ??ś

60đ?‘ 50∗10−6 đ??ś

= 1200000 N/C

= 1200000 N/C = 1200000 N/C

= 1200000 N/C

•

đ??¸=

•

đ??¸=

•

đ??¸=

•

đ??¸=

72đ?‘ 60∗10−6 đ??ś

83đ?‘ 70∗10−6 đ??ś 95đ?‘ 80∗10−6 đ??ś

107đ?‘ 90∗10−6 đ??ś

= 1200000 N/C

= 1200000 N/C = 1187500 N/C

= 1188888.8 N/C

Con los resultados obtenidos, se logrĂł completar la Tabla 1.

4.2 q =

Experiencia 2, distancia fija entre las cargas, valor fijo para la carga mĂłvil (q).

50ÎźC

r= 80cm

Q (ÂľC)

F(N)

E(N/C)

10,0

7,000

700000,000

20,0

14,000

700000,000

30,0

21,000

700000,000

40,0

28,000

700000,000

50,0

36,000

720000,000

60,0

43,000

716666,667

70,0

50,000

714285,714

80,0

57,000

712500,000

90,0

64,000

711111,111

Tabla 2: Fuerza en funciĂłn de la carga fija (Q),

Figura 2: IlustraciĂłn del campo elĂŠctrico.

hallando el campo elĂŠctrico.

Tabla 2; Con nuestros datos obtenidos, se puede analizar que a medida que la carga fija va aumentando, la fuerza tambiĂŠn aumenta, son directamente proporcionales y se puede concluir que el campo elĂŠctrico tiende un cambio mĂ­nimo a medida que la carga fija aumenta su valor, pero como no modificamos la distancia, este tiende a ser el mismo.

Figura 2; Se observa que tanto la carga del campo elĂŠctrico q (mĂłvil) y las diferentes cargas de prueba Q (fija) son positivas, se puede analizar que hay repulsiĂłn entre ellas al tener el mismo tipo de carga, Si q > 0 entonces F y E tienen el mismo sentido.

A continuaciĂłn se harĂĄn los cĂĄlculos usando la ecuaciĂłn (1) para hallar el Campo ElĂŠctrico Usando la ecuaciĂłn (1)

•

đ??¸=

•

đ??¸=

•

đ??¸=

•

đ??¸=

•

đ??¸=

7đ?‘ 10∗10−6 đ??ś 14đ?‘ 20∗10−6 đ??ś

21đ?‘ 30∗10−6 đ??ś 28đ?‘ 40∗10−6 đ??ś

36đ?‘ 50∗10−6 đ??ś

= 700000 N/C = 700000 N/C

= 700000 N/C

•

đ??¸=

•

đ??¸=

•

đ??¸=

•

đ??¸=

= 700000N/C

= 720000 N/C

43đ?‘ 60∗10−6 đ??ś

50đ?‘ 70∗10−6 đ??ś 57đ?‘ 80∗10−6 đ??ś

64đ?‘ 90∗10−6 đ??ś

= 716666 N/C

= 714285 N/C = 712500 N/C

= 711111N/C

Con los resultados obtenidos, se logrĂł completar la Tabla 2.

4.3 Experiencia 3, valores fijos para la carga fija (Q) y mĂłvil (q), modificando los valores de las distancias.

Q = 40 ÎźC q= 60 ÎźC F(N)

E(N/C)

18,0

687,000

11450000,0

E vs r, en funcion de la distancia

21,0

503,000

8383333,33

14000000.000

30,0

237,000

3950000,00

12000000.000

41,0

128,000

2133333,33

10000000.000

52,0

81,000

1350000,00

62,0

56,000

933333,33

79,0

35,000

583333,33

87,0

28,000

466666,66

101,0

22,000

366666,66

E(N/c)

r(cm)

8000000.000 6000000.000 4000000.000 y = 4E+09x-2.03 R² = 0.9997

2000000.000 0.000 0.0

50.0 100.0 150.0 200.0 250.0

r(cm) Tabla 3: Fuerza y distancia partiendo de la carga fija y mĂłvil, hallando el campo elĂŠctrico.

Grafica 1: Campo elĂŠctrico E(N/C) en funciĂłn del radio r (cm).

Tabla 3; Con nuestros datos obtenidos, se puede analizar que a partiendo de una carga fija y una mĂłvil, asignĂĄndole valores distintos a la distancia, se puede observar que a medida que la distancia va aumentando la fuerza va disminuyendo inversamente proporcional a esta y se puede

concluir

que

el

campo

elĂŠctrico

serĂĄ

diferente

para

cada

asignaciĂłn,

independientemente que se usen las cargas puntuales.

Grafica 3: Al graficar el campo elĂŠctrico (E) vs la distancia (r), se puede analizar que la grĂĄfica es una funciĂłn potencial, y se puede analizar que a medida que el radio aumenta considerablemente el campo elĂŠctrico.

Para el cĂĄlculo de la pendiente de la grĂĄfica 1, utilizo la siguiente formula, escogiendo dos puntos.

m=(đ?‘Ś2 − đ?‘Ś1)/(đ?‘Ľ2 − đ?‘Ľ1)

Pendiente 2133333,33−11450000,0

m=

41−18

= -38999,68369

Con pendiente negativa porque se puede analizar que la grĂĄfica de la recta cae de la izquierda a la derecha.

A continuación se harån los cålculos usando la ecuación (1) para hallar el Campo ElÊctrico Usando la ecuación (1) •

đ??¸=

•

đ??¸=

•

đ??¸=

•

đ??¸=

•

đ??¸=

687đ?‘ 60∗10−6 đ??ś 503đ?‘ 60∗10−6 đ??ś

237đ?‘ 60∗10−6 đ??ś 128đ?‘ 60∗10−6 đ??ś

81đ?‘ 60∗10−6 đ??ś

= 11450000 N/C

•

đ??¸=

•

đ??¸=

•

đ??¸=

•

đ??¸=

56đ?‘ 60∗10−6 đ??ś

= 933333 N/C

= 8383333 N/C

= 3950000 N/C

35đ?‘ 60∗10−6 đ??ś 28đ?‘ 60∗10−6 đ??ś

= 583333N/C = 466666 N/C

=2133333N/C 22đ?‘ 60∗10−6 đ??ś

= 366666N/C

= 1350000N/C

Con los resultados obtenidos, se logrĂł completar la Tabla 3.

Segunda parte, se dio ingreso al simulador 2 correspondiente a (PhET INTERACTIVE SIMULATIONS), para la ley de Coulomb.

4.4 Experiencia 4, distancia fija entre las cargas, valor fijo para la carga q1. q1 = 3 ÎźC r= 0.03 m (Escala Macro)

q2 (ÎźC) -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1

F(N) 299,585 269,627 239,668 209,710 179,751 149,793 119,834 89,876 59,917 29,959

E(N/C) 29958500 29958556 29958500 29958571 29958500 29958600 29958500 29958667 29958500 29959000

Tabla 4: Fuerza en funciĂłn de la carga 2,

hallando el campo el campo elĂŠctrico.

Figura 4: IlustraciĂłn del campo ElĂŠctrico, Cargas distintas de signos contrarios

Tabla 4: El anĂĄlisis repentino que se puede deducir, q1 al tener un valor puntual (3 ÎźC) y una distancia fija de 0.03m, a medida de que las carga q2 aumentan en valores negativos, la fuerza tambiĂŠn lo hace, se puede apreciar que el campo elĂŠctrico tiende a ser el mismo en todas las pruebas realizadas al no cambiar la distancia de separaciĂłn entre las cargas.

Figura 4: Se observa que la carga del campo elĂŠctrico q1 tiene un valor positivo y las

diferentes cargas de prueba q2 tienen valores negativos, se analiza como existe atracciĂłn entre estas cargas al ser de signo contrario.

TambiĂŠn se puede apreciar, que la carga q2 < 0 entonces los vectores F y E tienen sentidos contrarios.

A continuaciĂłn se harĂĄn los cĂĄlculos usando la ecuaciĂłn (1) para hallar el Campo ElĂŠctrico Usando la ecuaciĂłn (1) â&#x20AC;˘

đ??¸=

â&#x20AC;˘

đ??¸=

â&#x20AC;˘

đ??¸=

â&#x20AC;˘

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â&#x20AC;˘

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â&#x20AC;˘

đ??¸=

â&#x20AC;˘

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â&#x20AC;˘

đ??¸=

â&#x20AC;˘

đ??¸=

â&#x20AC;˘

đ??¸=

299,585đ?&#x2018; 10â&#x2C6;&#x2014;10â&#x2C6;&#x2019;6 đ??ś 269,627đ?&#x2018; 9â&#x2C6;&#x2014;10â&#x2C6;&#x2019;6 đ??ś 239,668đ?&#x2018; 8â&#x2C6;&#x2014;10â&#x2C6;&#x2019;6 đ??ś 209,710đ?&#x2018; 7â&#x2C6;&#x2014;10â&#x2C6;&#x2019;6 đ??ś 179,751đ?&#x2018; 6â&#x2C6;&#x2014;10â&#x2C6;&#x2019;6 đ??ś 149,793đ?&#x2018; 5â&#x2C6;&#x2014;10â&#x2C6;&#x2019;6 đ??ś 119,834đ?&#x2018; 4â&#x2C6;&#x2014;10â&#x2C6;&#x2019;6 đ??ś 89,876đ?&#x2018; 3â&#x2C6;&#x2014;10â&#x2C6;&#x2019;6 đ??ś 59,917đ?&#x2018; 2â&#x2C6;&#x2014;10â&#x2C6;&#x2019;6 đ??ś 29,959đ?&#x2018; 1â&#x2C6;&#x2014;10â&#x2C6;&#x2019;6 đ??ś

= 29958500 N/C = 29958556 N/C = 29958500 N/C = 29958571 N/C = 29958500 N/C = 29958600 N/C = 29958500 N/C

= 29958667 N/C = 29958500 N/C = 29959000 N/C

Con los resultados obtenidos, se logrĂł completar la Tabla 4.

4.5

Experiencia 5, distancia fija entre las cargas, valor fijo para la carga q2.

q2 = -5 ÎźC (Escala Macro)

r= 0.03 m

q1 (ÎźC) -10 -9 -8 -7 6 -5 -4 -3 -2 -1

F(N)

E(N/C)

499,308 449,378 399,447 349,516 299,585 249,654 199,723 149,793 99,862 49,931

49930800 49930888 49930875 49930857 49930833 49930800 49930750 49931000 49931000 49931000

Figura 5: IlustraciĂłn del campo elĂŠctrico de dos cargas negativas.

Tabla 5: Fuerza en funciĂłn de la carga 1,

hallando el campo el campo elĂŠctrico.

Tabla 5: El anĂĄlisis repentino que se puede deducir, al tener una distancia fija de 0.03 m y q2 al tener un valor puntual (-5 ÎźC) y a medida de que las carga q1 aumenta en valores negativos en su carga, la fuerza tambiĂŠn lo hace directamente proporcional y se puede observar que al calcular cada campo elĂŠctrico este tiende a tener una mĂ­nima variaciĂłn.

Figura 5: Se observa que la carga del campo elĂŠctrico q2 tiene un valor puntual

negativo de (-5 ÎźC) y las diferentes cargas de prueba q1 tambiĂŠn tienen valores negativos, se puede analizar que como las dos cargas tienen el mismo signo, se repelen entre ellas. TambiĂŠn se puede apreciar, que la carga q2 y q1 son < 0 entonces los vectores F y E tienen sentidos contrarios.

A continuaciĂłn se harĂĄn los cĂĄlculos usando la ecuaciĂłn (1) para hallar el Campo ElĂŠctrico Usando la ecuaciĂłn (1) â&#x20AC;˘

đ??¸=

â&#x20AC;˘

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â&#x20AC;˘

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â&#x20AC;˘

đ??¸=

â&#x20AC;˘

đ??¸=

499,308đ?&#x2018; 10â&#x2C6;&#x2014;10â&#x2C6;&#x2019;6 đ??ś 449,378đ?&#x2018; 9â&#x2C6;&#x2014;10â&#x2C6;&#x2019;6 đ??ś 399,447đ?&#x2018; 8â&#x2C6;&#x2014;10â&#x2C6;&#x2019;6 đ??ś 349,516đ?&#x2018; 7â&#x2C6;&#x2014;10â&#x2C6;&#x2019;6 đ??ś 299,585đ?&#x2018; 6â&#x2C6;&#x2014;10â&#x2C6;&#x2019;6 đ??ś

= 49930800 N/C

â&#x20AC;˘

đ??¸=

= 49930888,89 N/C

â&#x20AC;˘

đ??¸=

= 49930875 N/C

â&#x20AC;˘

đ??¸=

= 49930857,14 N/C

â&#x20AC;˘

đ??¸=

= 49930833,33 N/C

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= 49930800 N/C = 49930750 N/C = 49931000 N/C = 49931000 N/C = 49931000 N/C

Con los resultados obtenidos, se logró completar la Tabla 5.

4.6 Experiencia 6, relación entre el campo eléctrico y las fuerzas obtenidas Se puede analizar que el “campo eléctrico” es la región modificada del espacio que rodea a una o varias cargas eléctricas, tal que una carga colocada en esa región experimentaría una fuerza.

Para encontrar dichas relaciones, Dirección y sentido de campo eléctrico en relación a fuerza eléctrica, partiendo q una carga colocada en un punto donde existe un campo eléctrico. Donde se ve el producto de un escalar (q) que puede ser positivo o negativo por un vector (E). Luego, podemos concluir que los vectores campo eléctrico y fuerza eléctrica tienen siempre la misma dirección.

Como el vector campo eléctrico está definido sobre la base de una carga de prueba positiva, podemos observar que entre los vectores campo eléctrico y fuerza eléctrica se cumple para una carga q colocada en ese sitio: i) Si q > 0 entonces F y E tienen el mismo sentido. ii) Si q < 0 entonces F y E tienen sentidos contrarios.

4.6.1

Campo eléctrico vs cargas generadoras

Para entender dicha relación, partiendo de una carga eléctrica puntual q (carga de prueba) sufre, en presencia de otra carga q1 (carga fuente), una fuerza electrostática, ya que una carga de prueba situada en ese espacio sufrirá una fuerza y la perturbación que se crea en torno a ella, la carga fuente se representa mediante un vector denominado campo eléctrico. La dirección y sentido del vector campo eléctrico en un punto vienen dados por la dirección y sentido de la fuerza que experimentaría una carga positiva colocada en ese punto: si la carga fuente es positiva, el campo eléctrico generado será un vector dirigido hacia afuera y si es negativa, el campo estará dirigido hacia la carga.

o

o

4

Las líneas de campo “nacen” en las cargas positiva convergen en las cargas negativas o de otra manera: las cargas positivas son “fuentes” de líneas y las negativas son “sumideros” de líneas.

La Ley de Coulomb se utiliza para obtener y saber qué tipo de fuerza (atracción o repulsión) se va a generar al existir interacción entre dos o más cargas. Proporcional al producto de las dos cargas, q1 y q2, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas”.

CONCLUSIONES

Utilizando simulaciones ya desarrolladas, con los correspondientes simuladores se pudo concluir que, una partícula cargada que está en una región donde hay un campo eléctrico, experimenta una fuerza igual al producto de su carga por la intensidad del campo eléctrico.

Si la carga es positiva, experimenta una fuerza en el sentido del campo, pero si la carga es negativa, experimenta una fuerza en sentido contrario al campo.

•

De la experiencia de laboratorio, se puede inferir que el número de líneas que salen de una carga positiva o entran en una carga negativa es proporcional a dicha carga.

•

• •

Relaciones que existe entre fuerzas y campos, inicia cuando una carga en el seno de un campo eléctrico E experimenta una fuerza proporcional al campo cuyo módulo es F=q*E, cuya dirección es la misma, pero el sentido puede ser el mismo o el contrario dependiendo de que la carga sea positiva o negativa.

La dirección del campo eléctrico apunta hacia afuera para una carga puntual positiva y hacia adentro para una carga puntual negativa.

Se concluye que, a grandes distancias de un sistema de cargas, las líneas están igualmente espaciadas y son radiales, comportándose el sistema como una carga puntual.

•

En el caso de dos cargas generadoras positivas o negativas se puede decir que la intensidad del campo eléctrico es mayor (líneas de flujo más densas) para cada carga, cuanto más nos esforcemos en acercar las dos cargas, una a la otra, más fuerte será la repulsión entre ellas.

5

BIBLIOGRAFÍA • • •

• • •

HEWITT, Paul. Física conceptual. Novena edición. Pearson Educación. 2004.

SEARS-ZEMANSKY. Física universitaria. Vol. 2. Undécima edición. Pearson Educación.2004 Araujo Solano I, Veit E. A., Moreira M. A. 2007 Simuladores computaciones en aprendizaje da Ley de coulomb, electricidad de Física Gerald, Revista Electrónica de Enseñanza de las Ciencias (en línea).

HEWITT, Paul. Física conceptual. Novena edición. Pearson Educación. 2004.

SEARS-ZEMANSKY. Física universitaria. Vol. 2. Undécima edición. Pearson Educación.2004 BUECHE, F. Física para estudiantes de Ciencias e ingeniería. México. Mc. Graw-Hill.

1988

LINEAS DE CAMPO ELÉCTRICO (Derian Yesid Cortés Aponte Cod.201823509 Diego Alejandro Useche Núñez Cod.201824021 Yijánn Lorena Carrero Pérez Cód.201823994 Juan Sebastián Rodríguez Cod.201821938)

FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS ESCUELA DE FÍSICA UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA Yijann.carrero@uptc.edu.co

PRÁCTICA 5 1. RESUMEN Por medio del siguiente informe se relaciona el contenido correspondiente al laboratorio de “Líneas de campo eléctrico”. El conjunto de pasos a desarrollar en esta guía de laboratorio, está basado en el curso teórico de Electromagnetismo y los fenómenos electrostáticos, que está enfocado a entender la naturaleza y reconocer el comportamiento de las líneas de campo eléctrico generado por cargas de tipo positivo o negativo. Esta práctica se basa en encontrar la relación pertinente con el Campo eléctrico, en donde se analiza, como son las líneas de campo y las superficies producidas por diferentes configuraciones de cargas y en relación con todos los procedimientos realizados con el simulador propuesto, junto con las tablas de registro de datos (información) y la teoría correspondiente que sirvió como soporte para el desarrollo de esta práctica. Se mostrara la interpretación gráfica de estos mismos, con un análisis detallado de los distintos fenómenos físicos que se pueden percibir con la interpretación.

2. INTRODUCCION Dado que el campo eléctrico es una magnitud vectorial que en cada punto del espacio tiene un módulo, dirección y sentido determinados en función de la distribución de cargas que lo crean, las fuentes del campo eléctrico, resulta de gran utilidad el efectuar una representación gráfica del campo dibujando en cada punto del espacio un vector cuya longitud sea proporcional al módulo del campo eléctrico en ese punto. Como el espacio está constituido por infinitos puntos, esta representación sería irrealizable. Por lo tanto, a fin de obtener esta representación gráfica se traza un conjunto de líneas que sean tangentes en cada punto al vector campo, y que por lo tanto representan la dirección de la fuerza que experimentaría una carga positiva si se situara en ese punto. A este conjunto de líneas se les denomina líneas de fuerza. El concepto de líneas de campo (o líneas de fuerza) fue introducido por Michael Faraday (1791-1867). Son líneas imaginarias que ayudan a visualizar cómo va variando la dirección del campo eléctrico al pasar de un punto a otro del espacio. Indican las trayectorias que seguiría la unidad de carga positiva si se la abandona libremente, por lo que las líneas de campo salen de las cargas positivas y llegan a las cargas negativas.

En cada punto de la línea la intensidad del campo eléctrico (E) es tangente en dicho punto y las líneas no pueden cruzarse en ningún punto, parten de las cargas positivas y entran en las cargas negativas, de ahí que a las cargas positivas se les denomine fuentes del campo y a las negativas sumideros.

Ilustración 1; Líneas de campo eléctrico cargas puntuales.

El número de líneas que salen o entran en la carga es proporcional al valor de esta y cuantas más juntas estén las líneas, más intenso será el campo, cuando las líneas de campo son paralelas, el valor del campo eléctrico es constante.

Esto nos permite, establecer la relación entre Campo eléctrico, fuerza y la

distancia de separación entre cargas.

Ilustración 2; Líneas de campo eléctrico agrupando diferentes tipos de carga.

El campo eléctrico puede ser uniforme si la magnitud y la dirección del campo tienen los mismos valores en cualquier parte de una región dada o no uniforme si los valores de magnitud y dirección del campo varían en diferentes puntos del mismo.

Las propiedades de las líneas de campo se pueden resumir de la siguiente manera.

• El vector campo eléctrico es tangente a las líneas de campo en cada punto.

• Las líneas de campo eléctrico son abiertas; salen siempre de las cargas positivas o del infinito y terminan en el infinito o en las cargas negativas.

• El número de líneas que salen de una carga positiva o entran en una carga negativa es proporcional a dicha carga.

• La densidad de líneas de campo en un punto es proporcional al valor del campo eléctrico en dicho punto.

• Las líneas de campo no pueden cortarse. De lo contrario en el punto de corte existirían dos vectores campo eléctrico distinto.

• A grandes distancias de un sistema de cargas, las líneas están igualmente espaciadas y son radiales, comportándose el sistema como una carga puntual.

El campo eléctrico será un vector tangente a la línea en cualquier punto considerado.

Ilustración 3; Líneas de campo causadas por una carga positiva y una negativa.

3. METODO EXPERIMENTAL Para el desarrollo de este informe, cada integrante del grupo, inicialmente dio ingreso al link correspondiente al simulador (PhET INTERACTIVE SIMULATIONS), CARGAS Y CAMPOS.

Ilustración 4; Simulador.

Para entender de forma práctica la teoría y dar cumplimiento a todos los temas propuestos en la guía del laboratorio. Posteriormente cada integrante compartió su experiencia inicialmente para familiarizarse con este. Es necesario dividir la práctica en cinco experiencias que se darán a conocer a continuación.

• Para el desarrollo de la guía, como primera experiencia, se arrastra una carga positiva de 1nC dentro del espacio de trabajo y se observan las líneas de campo generadas, en seguida, se mide la magnitud del campo eléctrico generado en diferentes puntos y a diferentes distancias con ayuda de los sensores y el metro. Se repite el procedimiento duplicando y triplicando el valor de la carga para entender lo que sucede y llegar a un análisis que describa su comportamiento, con ayuda de un registro de datos y las gráficas correspondientes a las líneas de campo generadas.

• Segunda experiencia con el simulador, se arrastra una carga negativa de 1nC dentro del espacio de trabajo y se observa las líneas de campo generadas, en seguida, se mide la magnitud del campo eléctrico generado en diferentes puntos y a diferentes distancias con ayuda de los sensores y el metro. Se repite el procedimiento duplicando y triplicando el valor de la carga, se realiza el análisis pertinente con ayuda de un registro de datos y lo observado con el simulador, se grafica las líneas de campo generada en esta situación.

• Experiencia tres, se arrastran dos cargas del mismo signo dentro del espacio de trabajo y se acerca y se aleja una carga de la otra, observando las líneas de campo generadas, seguidamente se mide la magnitud del campo eléctrico generado en diferentes puntos y a diferentes distancias con ayuda de los sensores y el metro. Se repite el procedimiento duplicando y triplicando el valor de la carga, se realiza el análisis pertinente con ayuda de un registro de datos.

• Experiencia cuatro, se arrastran dos cargas de signo contrario dentro del espacio de trabajo y se

acerca y se aleja una carga de la otra, observando las líneas de campo generadas, en seguida se mide la magnitud del campo eléctrico generado en diferentes puntos y a diferentes distancias con ayuda de los sensores y el metro. Se repite el procedimiento duplicando y triplicando el valor de la carga, se realiza el análisis pertinente con ayuda de un registro de datos.

• Experiencia cinco, se arrastran más de dos cargas del mismo signo o de signos distintos dentro del

espacio de trabajo y se acercan y se alejan las cargas, observando las líneas de campo generadas, en seguida se miden las magnitudes del campo eléctrico generado en diferentes puntos y a diferentes distancias, con ayuda de los sensores y el metro. Se repite el procedimiento duplicando y triplicando el valor de la carga, se realiza el análisis pertinente con ayuda de un registro de datos.

Finalmente, se adjuntando un análisis detallado de cada experiencia, con el objetivo de que a partir de estas, se realicen las gráficas pertinentes a una escala adecuada, para ayudarnos a reconocer las líneas de campo eléctrico generado por cargas de tipo positivo o negativo y comprender la interacción de sus cargas y así, establecer la relación entre Campo eléctrico, fuerza y la distancia de separación entre cargas y se sacaron las conclusiones pertinentes que me explicarían todos los fenómenos que se presentaron en su desarrollo.

4. RESULTADO Y ANÁLISIS A continuación se presentará cada experiencia acorde al orden propuesto, a partir de la investigación mediante, partiendo de los resultados obtenidos en la práctica, se logró evidenciara su desarrollo con el registro de información y el anexo de las gráficas representadas en papel milimetrado, junto con su análisis detallado, se explicó que se logró al realizar cada experiencia, sacando las conclusiones pertinentes.

4.1

Experiencia 1, carga positiva, líneas de campo eléctrico generado.

El experimento se llevó a cabo en tres instantes, en el primero se utilizaron los valores iniciales, prueba 1 se trabajó con un nC, el en segundo instante se duplicó su magnitud y, finalmente se triplicaron las cargas. Para cada parte de la experiencia 1, se dejó la misma ubicación para cada sensor, se pretendía analizar el comportamiento de una carga positiva al aumentar su carga considerablemente.

magnitud del campo eléctrico, medido por un punto en el espacio (sensores (cm))

#Prueba

Tipo de carga (nC) Sensor1

Sensor2

Sensor3

Sensor 4

Sensor 5

1 2 3

Normal (1 nC) Duplicada (2nC) Triplicada (3nC)

29.5 56.5 83.5

24.4 51.4 78.4

27.6 54.5 81.5

36.6 93.6 90.4

85.5 125.5 139.5

Tabla 1. Dirección que detectan los sensores con el aumento escalonado de las magnitudes de carga.

Ilustración 1. Representación gráfica del comportamiento de un sistema de una carga positiva.

Tabla 1. Se observan los diferentes valores de magnitud de campo eléctrico obtenidos en diferentes puntos sensoriales, de allí podemos observar que la magnitud de las cargas son proporcionales a la magnitud dada en los puntos sensoriales, pero tendrá una variación más notoria en la magnitud de su vector, a medida que el sensor se acerca a la carga.

Ilustración 1. En el grafico se muestra el comportamiento del medio, generando por una carga eléctrica positiva, las flechas del campo generado van hacia afuera de la carga, para determinar el valor del campo eléctrico en diferentes puntos se distribuyeron diferentes sensores en direcciones libres en los que se pudo determinar el campo eléctrico en estos puntos, cuanto más lejos se encuentran estos sensores de las cargas su campo eléctrico será menor, y cuanto más cerca se encuentren los sensores de las cargas su campo eléctrico será mayor, apuntando siempre en la misma dirección del campo generado por dicha carga, cuando un sensor se ubica en el mismo lugar de la carga, el vector tiende a ser muy amplio y no es posible percibir su magnitud con el sensor.

4.2

Experiencia 2, carga negativa, líneas de campo eléctrico generado. magnitud del campo eléctrico, medido por un punto en el espacio (sensores (cm))

#Prueba

Tipo de carga (nC) Sensor1

Sensor2

Sensor3

Sensor 4

Sensor 5

1 2 3

Normal (1 nC) Duplicada (2nC) Triplicada (3nC)

89.7 180.4 267.4

34.7 72.7 17.7

16.7 34.7 50.7

32.7 67.5 132.4

95.7 190.7 280.7

Tabla 2. Dirección que detectan los sensores con el aumento escalonado de las magnitudes de carga.

Tabla 2. En la tabla se muestran los diferentes valores relacionados a las magnitudes del campo eléctrico dados a una carga negativa, estos valores varían de acuerdo a la ubicación de los diferentes sensores colocados de manera libre en el vacío, para esto se trabajó con diferentes magnitudes de carga las cuales nos arrojaron resultados diferentes relevantes a la distancia y las magnitud de las carga eléctrica. Se pudo apreciar claramente, que si el sensor estaba más cerca a la carga, al duplicar y triplicar el valor de esta, el sensor aumentará la magnitud de su vector de una forma más notoria con respecto a los otros sensores.

Ilustración 2. Representación gráfica del comportamiento de un sistema de una cargas negativa.

Ilustración 2. En el grafico se representa el comportamiento del vacío bajo la acción de una carga eléctrica negativa, para determinar el comportamiento emitido por esta carga se ubicaron diferentes sensores (cargas de prueba) con el fin de determinar la magnitud del campo eléctrico generado por la carga en estos puntos, manejando diferentes direcciones, a través de ello se evidencia que el campo eléctrico generado por la carga es de atracción, cuanto más cerca se encuentran los sensores a la carga eléctrica su campo eléctrico es mayor, si la magnitud de la carga eléctrica aumenta el campo eléctrico también lo hará, y viceversa, por lo que podemos determinar que son directamente proporcionales. El campo eléctrico generado sobre la carga siempre será máximo, siempre y cuando no se encuentren más cargas eléctricas presentes.

4.3

Experiencia 3, cargas del mismo signo, líneas de campo eléctrico generado.

5. Magnitud del campo eléctrico medido por los sensores (cm)

# Prueba

Tipo de Carga C

Sensor 1

Sensor 2

Sensor 3

Sensor 4

Sensor 5

Sensor 6

1

Normal (1nC)

0

64.2

33.0

110.8

45.1

76.8

2

Duplicada(2nC)

0

134.2

70.0

219.6

91.1

154.7

3

Triplicada (3nC)

0

201.8

102.0

328.4

137.2

232.6

Tabla 3. Magnitudes de los campos eléctricos respecto a las cargas presentes en el vacío .

Tabla 3. En esta se observan los diferentes valores de magnitud de campo eléctrico obtenidos en diferentes puntos sensoriales, de allí podemos observar que la magnitud de las cargas son proporcionales a la magnitud dada en los puntos sensoriales, todo esto tomando como referencia dos cargas del mismo signo e igual magnitud.

Ilustración 3. Representación gráfica del comportamiento de un sistema dado a la acción de dos cargas de igual magnitud.

Ilustración 3. En el grafico se muestra el comportamiento del medio, generando un campo eléctrico debido a dos cargas eléctricas de igual magnitud, para la representación se tomaron dos cargas eléctricas positivas, en las que se observa la repulsión generada por las cargas, flechas hacia afuera de la carga (repulsión), en caso de tomar cargas negativas la representación de las flechas seria en dirección a las cargas (atracción), para determinar el valor del campo eléctrico en diferentes puntos se distribuyeron diferentes sensores (cargas de prueba) en direcciones libres en los que se pudo determinar el campo eléctrico en estos puntos, cuanto más lejos se encuentran estos sensores de las cargas su campo eléctrico será menor, y cuanto más cerca se encuentren los sensores de las cargas su campo eléctrico será mayor, cuando un sensor se ubica en el mismo eje axial y a una distancia igual de las dos cargas no existe campo eléctrico ya que la sumatoria de su magnitudes es igual a cero, siempre y cuando las magnitudes y signos de las cargas sean iguales.

4.4 Experiencia 4, cargas de signo contrario, líneas de campo eléctrico generado.

El experimento se llevó a cabo en tres instantes, en el primero se utilizaron los valores iniciales, prueba 1 se trabajó con un nC, el en segundo instante se duplicó su magnitud y, finalmente se triplicaron las cargas. Para cada experiencia se trabajó con la misma distancia de separación entre las cargas y se dejó la misma ubicación para cada sensor, se pretendía simplemente analizar el comportamiento de estos al aumentar su carga considerablemente. magnitud del campo eléctrico, medido por un punto en el espacio (sensores (cm))

#Prueba Tipo de carga nC Sensor1 Sensor3 Sensor4 Sensor5 Sensor6

Sensor7

1 2 3

40.6 86.6 132.6

Normal (1 nC) Duplicada (2nC) Triplicada (3nC)

93.6 139.6 185.6

66.6 112.6 158.6

45.6 91.6 137.6

34.6 80.6 126.6

12.6 58.6 104.6

Tabla 4. Dirección que detectan los sensores con el aumento escalonado de las magnitudes de carga.

Ilustración 4. Cargas de signo contrario (con el valor de las cargas iniciales) líneas de campo eléctrico.

Tabla4. Se demuestra como las magnitudes de intensidad de los sensores aumenta considerablemente, a medida que las cargas se duplican y se triplican, partiendo de una distancia fija entre las cargas, variando , cargas mantiene la misma posición, así también las flechas de dirección del campo aparentemente.

Ilustración 4. Se aprecia claramente la atracción entre las cargas al ser de valores contrarios,

independientemente si se acercan o se alejan el campo eléctrico tiende a ser el mismo. También se puede analizar que las superficies equipotenciales que se forman nunca se llegan a tocar, los sensores que se colocaron demuestran la dirección de las cargas, y hay algo que se puede destacar, es que si en el centro de esta configuración de cargas se coloca un sensor, este va a ser 0, ya que hay un punto en el cual la superficie equipotencial no alcanza a llegar. Finalmente se puede concluir, si el sensor esta muy cercano a las cargas, la magnitud del vector será mayor, apuntando a la dirección que genera el campo de cada carga; pero si se encuentra alejado de estas, se aprecia un vector de menor magnitud, un punto en el espacio.

4.5 Experiencia 5, varias cargas de signo contrario, líneas de campo eléctrico generado.

Magnitud del campo eléctrico medido por los sensores (cm) # Prueba 1 2 3

Tipo de Carga Normal (1nC) Duplicada(2nC) Triplicada (3nC)

Sensor 1 24,6 52,7 77,8

Sensor 2 19,4 35,9 51,3

Sensor 3 54,7 119,7 185,2

Sensor 4 99,5 200,5 296,9

Sensor 5 67,7 136,2 203,8

Tabla 5. Magnitudes de los campos eléctricos respecto a las cargas presentes en el vacío.

Ilustración 5. Representación gráfica del comportamiento de un sistema dado a la acción de tres cargas de igual magnitud.

Tabla 5: Se puede observar a través del análisis de los resultados en esta tabla que, conforme la magnitud de las cargas aumenta, la magnitud de los puntos sensoriales ubicados en el espacio también aumenta de la misma manera y en la misma dirección a la que apuntan, quiere decir que, si la magnitud de las cargas aumentan, la magnitud de los puntos sensoriales también lo hará.

Ilustración 5: Lo que la ilustración básicamente nos muestra es el comportamiento que tienen las cargas sobre los puntos sensoriales y sobre ellas mismas, arrojando claras evidencias con respecto a la repulsión o atracción que éstas presentan y la distancia a la que se encuentran en el espacio, lo cual es de gran influencia en la dirección que toman los puntos sensoriales esparcidos en distintas direcciones alrededor de las tres cargas. La ley de CARGA enuncia que las cargas de igual signo se repelen, mientras que las de diferente signo se atraen; es decir que las fuerzas electrostáticas entre cargas de igual signo (por ejemplo, dos cargas positivas) son de repulsión, mientras que las fuerzas electrostáticas entre cargas de signos opuestos (una carga positiva y otra negativa), son de atracción.

o

Se puede analizar que el “campo eléctrico” es la región modificada del espacio que rodea a una o varias cargas eléctricas, tal que una carga colocada en esa región experimentarían una fuerza. Para encontrar dichas relaciones, Dirección y sentido de campo eléctrico en relación a fuerza eléctrica, se pudo concluir que los vectores campo eléctrico y fuerza eléctrica tienen siempre la misma dirección. Como el vector campo eléctrico está definido sobre la base de una carga de prueba positiva, podemos observar que entre los vectores campo eléctrico y fuerza eléctrica se cumple para una carga q colocada en ese sitio: i) Si q > 0 entonces F y E tienen el mismo sentido. ii) ii) Si q < 0 entonces F y E tienen sentidos contrarios.

La dirección y sentido del vector campo eléctrico en un punto vienen dados por la dirección y sentido de la fuerza que experimentaría una carga positiva colocada en ese punto: si la carga fuente es positiva, el campo eléctrico generado será un vector dirigido hacia afuera y si es negativa, el campo estará dirigido hacia la carga.

o

Las líneas de campo “nacen” en las cargas positiva convergen en las cargas negativas o de otra manera: las cargas positivas son “fuentes” de líneas y las negativas son “sumideros” de líneas.

o

Con un razonamiento análogo se obtiene que las líneas de fuerza llegan a las cargas negativas.

o

Las líneas de fuerza se deben dibujar simétricamente alrededor de las cargas.

o

Las líneas de fuerza no pueden cortarse ya que, en caso contrario, en el punto de intersección la fuerza que experimentaría una carga situada allí tendría dos direcciones posibles, lo cual no es posible.

4

CONCLUSIONES De esta práctica de laboratorio podemos verificar las propiedades de las líneas de campo que estas salen de cargas positivas y luego a las negativas, que además nunca se cruzan y que las líneas equipotenciales son perpendiculares a las líneas de campo, que la dirección del campo es tangente a la línea de campo. Las líneas equipotenciales son las unión de hay puntos de igual diferencia de potencial eléctrico. Las líneas equipotenciales y las líneas de campo varían su magnitud y dirección de acuerdo a la forma del cuerpo cargado a la distribución de carga.

• Independientemente del arreglo de las cargas, alrededor de la zona de la carga negativa se establecen zonas equipotenciales de bajo voltaje; a medida que nos acercamos a la carga positiva los voltajes empiezan a aumentar.

• Con este laboratorio pudimos poner en práctica el concepto de superficies equipotenciales ya que están al ojo humano no son visibles pero se sabe que estas existen.

• Se puede deducir que el campo eléctrico es directamente proporcional a la distancia entre una carga generadora y el punto donde se calcula el campo eléctrico, y que su dirección depende solamente de su carga generadora ya sea negativa o positiva.

5

BIBLIOGRAFÍA • • • • •

SEARS-ZEMANSKY. Física universitaria. Vol. 2. Undécima edición. Pearson Educación.2004 BUECHE, F. Física para estudiantes de Ciencias e ingeniería. México. Mc. Graw-Hill.

1988 HEWITT, Paul. Física conceptual. Novena edición. Pearson Educación. 2004.

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1988