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Determinación de la Constante de Coulomb: Un Laboratorio de Electromagnetismo, Guías, Proyectos, Investigaciones de Electromagnetismo

Este documento es el primer informe de electromagnetismo

Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones

2020/2021
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Subido el 10/03/2021

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UNIVERSIDAD CATOLICA BOLIVIANA “SAN PABLO” Facultad de Ingeniería
Laboratorio de Electricidad y Electromagnetismo FIS 003 Semestre: II-2020
1. OBJETIVO
1.1 Objetivo General
Determinar la constante de Coulomb
1.2 Objetivos Específicos
Realizar la toma de datos de los 3
simuladores.
Explicar la tercera ley de Newton para las
fuerzas electrostáticas.
Describir los conceptos mediante tablas y
graficas.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO
2.1 Ley de cargas
Se llama carga eléctrica a una propiedad de la
materia que está presente en las partículas
subatómicas y se evidencia por fuerzas de atracción
o repulsión entre ellas, a través de campos
electromagnético.
Las cargas eléctricas no pueden crearse ni
destruirse. La cantidad de carga eléctrica en el
universo es constante, no cambia con el tiempo.
Las cargas eléctricas se miden en una unidad
llamada Coulombios o Coulombs (C). Su nombre
se estableció en honor al físico francés Charles-
Augustin de Coulomb, una unidad de Coulomb se
define como la cantidad de carga que transporta
una corriente eléctrica de un amperio por un
conductor eléctrico en un segundo. Un amperio
corresponde a 6,242x1018 electrones libres.
Las cargas eléctricas pueden ser de dos tipos,
positivas o negativas. Las cargas eléctricas de
signos iguales se repelen y las de cargas de signos
opuestos se atraen.
Cuando un objeto se carga eléctricamente, se debe
a un desplazamiento en sus electrones, ya sea de
perdida (ganando carga positiva) o incorporación
(ganancia de carga negativa), en un sistema
cerrado la carga eléctrica se mantiene constante. [1]
2.2 Ley de Coulomb
La ley de Coulomb habla sobre la influencia que
tienen las cargas y la distancia sobre la fuerza de
atracción o repulsión de un cuerpo cargado
eléctricamente, nos dice que a mayor distancia la
fuerza de atracción o repulsión es menor y a menor
la fuerza es distancia es mayor. [2]
2.3 Diferencial de potencial
Se define como el cambio en energía potencial en
el sistema al mover una carga q entre los puntos
divididos entre la energía, la diferencia potencial
entre a y b existe únicamente por una carga fuente
FUNDAMENTOS DE ELECTROSTÁTICA Y
LEY DE COULOMB
Nataly Lourdes Alcazar Nuñez
Ing. Mauricio Aliaga Villacorta
Paralelo 1, lunes de 07:30-09:00
22/02/2021
Resumen. En este trabajo se presenta la elaboración del laboratorio N° 1 “Fundamentos de electrostática
y ley de coulomb” donde se utilizaron diferentes simuladores para lograr explicar cómo funciona la
electrostática y la ley de Coulomb y así lograr una mejor comprensión en el tema y lograr el objetivo de
determinar la constante de Coulomb mediante sus fórmulas teóricas y el simulador.
Índice de TérminosCarga, campo eléctrico, distancia, masa y partícula.
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¡Descarga Determinación de la Constante de Coulomb: Un Laboratorio de Electromagnetismo y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Electromagnetismo solo en Docsity!

Laboratorio de Electricidad y Electromagnetismo – FIS 003 Semestre: II- 2020

1. OBJETIVO 1.1 Objetivo General

  • Determinar la constante de Coulomb 1.2 Objetivos Específicos
  • Realizar la toma de datos de los 3 simuladores.
  • Explicar la tercera ley de Newton para las fuerzas electrostáticas.
  • Describir los conceptos mediante tablas y graficas. 2. FUNDAMENTO TEÓRICO 2.1 Ley de cargas Se llama carga eléctrica a una propiedad de la materia que está presente en las partículas subatómicas y se evidencia por fuerzas de atracción o repulsión entre ellas, a través de campos electromagnético. Las cargas eléctricas no pueden crearse ni destruirse. La cantidad de carga eléctrica en el universo es constante, no cambia con el tiempo. Las cargas eléctricas se miden en una unidad llamada Coulombios o Coulombs (C). Su nombre se estableció en honor al físico francés Charles- Augustin de Coulomb, una unidad de Coulomb se define como la cantidad de carga que transporta una corriente eléctrica de un amperio por un conductor eléctrico en un segundo. Un amperio corresponde a 6,242x10^18 electrones libres. Las cargas eléctricas pueden ser de dos tipos, positivas o negativas. Las cargas eléctricas de signos iguales se repelen y las de cargas de signos opuestos se atraen. Cuando un objeto se carga eléctricamente, se debe a un desplazamiento en sus electrones, ya sea de perdida (ganando carga positiva) o incorporación (ganancia de carga negativa), en un sistema cerrado la carga eléctrica se mantiene constante. [1] 2.2 Ley de Coulomb La ley de Coulomb habla sobre la influencia que tienen las cargas y la distancia sobre la fuerza de atracción o repulsión de un cuerpo cargado eléctricamente, nos dice que a mayor distancia la fuerza de atracción o repulsión es menor y a menor la fuerza es distancia es mayor. [2] 2.3 Diferencial de potencial Se define como el cambio en energía potencial en el sistema al mover una carga q entre los puntos divididos entre la energía, la diferencia potencial entre a y b existe únicamente por una carga fuente

FUNDAMENTOS DE ELECTROSTÁTICA Y

LEY DE COULOMB

Nataly Lourdes Alcazar Nuñez Ing. Mauricio Aliaga Villacorta Paralelo 1, lunes de 07:30-09: 22/02/ Resumen. – En este trabajo se presenta la elaboración del laboratorio N° 1 “Fundamentos de electrostática y ley de coulomb” donde se utilizaron diferentes simuladores para lograr explicar cómo funciona la electrostática y la ley de Coulomb y así lograr una mejor comprensión en el tema y lograr el objetivo de determinar la constante de Coulomb mediante sus fórmulas teóricas y el simulador. Índice de Términos— Carga, campo eléctrico, distancia, masa y partícula.

Laboratorio de Electricidad y Electromagnetismo – FIS 003 Semestre: II- 2020 y depende solo de la distribución de carga fuente. Para que exista una energía potencial es necesario que existan dos o más cargas. [3] 2.4 Constante K de coulomb 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. [4] 2.5 Fuerza Electrostática (Tercera Ley de Newton aplicada a la electroestática). Debido a observaciones experimentales es posible encontrar que la magnitud de una fuerza eléctrica (a veces llamada fuerza de Coulomb) entre dos cargas puntuales está dada por la ley de Coulomb. [ 5 ] 𝐹𝑒 = 𝑘𝑒 |𝑞 1 ||𝑞 2 | 𝑟^2

Donde: 𝐹𝑒= Fuerza eléctrica [N] 𝑘𝑒= Constante de Coulomb [N·m^2 /C^2 ] 𝑞 1 𝑞 2 = Carga [C]

3. PROCEDIMIENTO 3.1 Jhon Travoltage 3.1.1 Materiales

  • Simulador
  • Excel
  • Calculadora 3 .1.2 Procedimiento FIGURA 1 SIMULADOR JHON TRAVOLTAGE En la figura se observa el inicio del simulador de Jhon Travoltaje. Primero se ingresó al link del simulador proporcionado por el docente, una vez abierta la ventana del simulador se procedió a utilizarlos. En el simulador solo se tenía que hacer fricción en la alfombra haciendo click en la pierna del sujeto y viendo como suben las cargas negativas, una vez se estiraba el brazo hacia el timbre y se escuchó un pequeño sonido que indicaba que se había prendido. 3.2 Globos y electricidad estática 3.2.1 Materiales
  • Simulador
  • Excel
  • Calculadora
  • Cuaderno 3.2.2 Procedimiento FIGURA 2 GLOBOS Y ELECTRICIDAD ESTATICA En la figura se puede observar el inicio del simulador de globos y electricidad estática El procedimiento era muy sencillo, primero se ingresó al link del simulador proporcionado por el docente, posteriormente se hizo click en el globo y se lo llevo hacia el suéter y se absorbió todas las cargas negativas y posteriormente se lo llevo a la pared y se observe que fenómeno ocurrió. 3.3 Ley de Coulomb 3.3.1 Materiales
  • Simulador
  • Excel
  • Calculadora
  • Cuaderno

Laboratorio de Electricidad y Electromagnetismo – FIS 003 Semestre: II- 2020 TABLA 2. DATOS SISTEMA S.I . En la siguiente tabla se pueden observar 3 columnas, la primera es la cantidad de datos tomados, la segunda es el radio que se tomó y el ultimo es la fuerza que se produjo en el simulador 5. 2 Gráfica Experimental. La siguiente grafica fue tomada gracias a la tabla 2 : FIGURA 4. GRÁFICA EXPERIMENTAL: FUERZA VS DISTANCIA En la figura se puede observar la línea de tendencia exponencial y su respectiva formula y resultado de la regresión

5. 3 Interpretación Física de los Resultados de la Regresión 5 .3.1 Jhon Travoltage

  • ¿Cómo y dónde se generan los electrones? Para que el movimiento de electrones se produzca es necesario que entre los extremos del conductor haya una diferencia de potencial a la que se denomina tensión o voltaje. En un generador, el movimiento de electrones (de carga negativa) se produce desde su polo positivo hasta su polo negativo.
  • ¿Cómo llegan a John? Debido a un proceso de carga eléctrica (por fricción) entre John y la alfombra
  • Cuando los electrones salen de John, los electrones van al pomo de la puerta. ¿Por qué? Porque existe carga por inducción ya que el cuerpo estaba cargado eléctricamente y al ir al pomo que era un cuerpo neutro las cargas eléctricas se redistribuyen.
  • ¿Cuándo ve el "relámpago" o el “chispazo”? Cuando John está cargado eléctricamente y su mano colisiona con la perilla de la puerta.
  • Frote el pie de John (una vez cada 3 segundos). Cuente cuántos roces en el piso se necesitan para que ocurra un rayo. Número de roces

y = 0,7207x-2, R² = 0, 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0, Fuerza Electrica [N] Radio r[m] N r[m] Fuerza[N] 1 0,015 3235, 2 0,02 1819, 3 0,025 1164, 4 0,03 865, 5 0,035 594, 6 0,04 454, 7 0,045 359, 8 0,05 291, 9 0,055 240, 10 0,06 202,

Laboratorio de Electricidad y Electromagnetismo – FIS 003 Semestre: II- 2020 **(Númer o de roces *

  1. = Número máximo de electron es**
  • Describe un experimento e incluye imágenes de la simulación que apoyan tu respuesta. FIGURA 5 Se puede observar el experimento y que se produce al realizarlo Se necesita una bombilla fluorescente de bajo consumo, un globo y una prenda. Lo que se hizo es apagar la luz y con ayuda del globo hacer fricción en la prenda de lana y acercarlo al foco girando de un lado a otro y viendo como se ilumina el foco 5 .3. 2 Globos y Electricidad estática
  • Selecciona la opción Reiniciar globos elige un globo y frótalo con el suéter, aleja el globo del suéter ¿Qué sucede con el globo? ¿Hay un intercambio/flujo de cargas? ¿A qué se debe esto? El globo se encuentra cargado eléctricamente, existe un flujo de cargas entre el globo y el suéter, esto se debe a que existió un proceso de intercambio de cargas entre dos objetos neutros.
  • Selecciona la opción Reiniciar globos, selecciona la opción Mostrar las diferencias de cargas, elige un globo y frótalo con el suéter, aleja el globo del suéter ¿Se podría afirmar que existen repulsión de cargas? ¿Por qué? Si, porque el globo está cargado eléctricamente, esto repele a la carga negativa de la pared ya que entre cargas negativas se repelen.
  • Describe un experimento e incluye imágenes de la simulación que apoyan tu respuesta. Para este experimento se necesita una cuchara de plástico, pimienta molida, paño, papel. FIGURA 6 Se puede observar el experimento y que se produce al realizarlo Primero se coloca la sal y pimienta en el papel, se frota la cuchara en una prenda y se acerca la cuchara hacia el montón de sal y pimienta. 5 .3. 3 Ley de Coulomb
  • Experimenta, determina qué hace que una fuerza sea atractiva o repulsiva.

Laboratorio de Electricidad y Electromagnetismo – FIS 003 Semestre: II- 2020

  • Investigar los siguientes ejemplos de procesos para cargar un cuerpo eléctricamente: - Por efecto fotoeléctrico Es un efecto de formación y liberación de partículas eléctricamente cargadas que se produce en la materia. En el efecto fotoeléctrico externo se liberan electrones en la superficie de un conductor metálico al absorber energía de la luz que incide sobre dicha superficie. - Por efecto electrolisis Si se coloca un par de electrodos en una disolución de un electrólito (compuesto ionizable) y se conecta una fuente de corriente continua entre ellos, los iones positivos de la disolución se mueven hacia el electrodo y los iones negativos hacia el positivo. - Por efecto termoeléctrico Si se unen por ambos extremos dos alambres de distinto material (este circuito se denomina termopar), y una de las uniones se mantiene a una temperatura superior a la otra, surge una diferencia de tensión que hace fluir una corriente eléctrica entre las uniones caliente y fría. - Por efecto piezoeléctrico Describe la propiedad de determinados sólidos para generar una carga eléctrica bajo tensión mecánica. La fuerza de actuación modifica la estructura microscópica del cuerpo; se crean dipolos entre los que se acumula una tensión - Por efecto termoiónico La emisión termoiónica, conocida anteriormente como efecto Edison es el flujo de partículas cargadas llamadas iones que proviene de una superficie de metal (u óxido de metal) causado por una energía térmica de tipo vibracional que provoca una fuerza electrostática que empuja a los electrones hacia la superficie.
  • ¿Existe otro tipo de proceso de carga de un cuerpo eléctricamente? La inducción es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo. Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y las del cuerpo neutro. 8. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA [1] S. (2020, 26 agosto). Carga Eléctrica. Concepto. https://concepto.de/carga- electrica/ [2] Ing. Epifanio Reyes Flores. (2019, enero). Ley de Coulomb. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO ESCUELA PREPARATORIA DE IXTLAHUACO. https://www.uaeh.edu.mx/docencia/P_Pre sentaciones/prepa_ixtlahuaco/2019/4/Ley- de-Coulomb.pdf [3] Serway, R. (2018). Diferencial de potencial y potencial electrico. En J. Jewett (Ed.), Física para ciencia e ingeniería (decima ed., Vol. 2, pp. 746-748). CENGAGE.

Laboratorio de Electricidad y Electromagnetismo – FIS 003 Semestre: II- 2020 [4] Ley de coulomb. (s. f.). FisicaLab. Recuperado 18 de febrero de 2021, de https://www.fisicalab.com/apartado/ley-de- coulomb#:~:text=K%20es%20una%20constante %20de,utilizando%20unidades%20en%20el%20S .I. [5] Serway, R. (2018). Campos Eléctricos. En J. Jewett (Ed.), Física para ciencia e ingeniería (decima ed., Vol. 2, pp. (694- 695 ). CENGAGE. AUTOEVALUACION Resumen 5 Objetivo 5 Fundamento Teorico 5 Procedimiento 5 Datos y Resultados 9 Analisis (fundamento físico de las observaciones) 13 Cuestionario y actividades 15 Conclusiones y Recomendaciones 8 Final 65