Laboratorio de Física Integrada: Experimentos con Carga Eléctrica, Guías, Proyectos, Investigaciones de Física

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LABORATORIO DEFISICA INTEGRADA^ Mg. Melchor Nicolás Llosa Demartini

^ Aprender conocimientos básicos de la Física como ciencia fundamental para eldesarrollo de las diferentes ramas de las ciencias e Ingeniería ^ Formar un pensamiento crítico que implica resolver problemas,

del descubrimiento,

Objetivos del cursoel análisis, la reflexión, la creatividad dentro de una permanente situación activa ylúdica como son las prácticas de laboratorio.  Analizar los principios físicos básicos que describen el comportamiento de la cargaeléctrica en sus diferentes interacciones  Interpretar y procesar información, lo cual es un elemente determinante en lamoderna sociedad competitiva actual.

EXPERIENCIA N° 1Carga eléctrica y Ley de Coulomb

Carga eléctrica yLey de Coulomb

La^ carga^ eléctrica^ es^ una

propiedad^ intrínseca^ de algunas^ partículas^ subatómicas

que^ se^ manifiesta La carga eléctricamediante atracciones y repulsiones que determinanlas interacciones electromagnéticas entre ellas.

^ En^ el^ SI^ la^ unidad^ de^

carga^ eléctrica^ se^ denominacoulomb (C). ^ Se define como la cantidad de carga que pasa por lasección transversal de un conductor eléctrico en unsegundo,^ cuando^ la^ corriente

eléctrica^ es^ de^ un amperio^ (aproximadamente

la^ carga^ de Unidades^18 6,241 509 × 10^ electrones).

^ Convención de FranklinÉl le dio el nombre de cargas positivas y negativas, sifrotamos una barra de caucho contra piel de gato secarga negativamente. Por otro lado si una barra devidrio^ se^ frota^ contra Naturaleza de la carga^ la^ seda^ se^ obtiene^ cargapositiva.

^ Millikan en 1909 demostró que la carga siemprese presenta como algún múltiplo entero de algunaunidad fundamental de carga e, es decir la cargaq^ esta^ cuantizada^ y^

existe^ como^ paquetes

Cuantización de la cargadiscretos Q = N e-19^ 1e = 1,6 x 10C

Invariante relativista^ Todos los observadores medirán la misma carga, sinimportar su estado de movimiento o velocidad.

^ Es válida sólo en condiciones estacionarias, o, comoaproximación^ cuando^

el^ movimiento^ se^ realiza

a velocidades^ bajas^ y^ en

trayectorias^ rectilíneas uniformes.^ Es^ por^ ello

que^ es^ llamadafuerza

Ley de Coulombelectrostática.  La magnitud de la fuerza que cada una de las doscargas puntuales y ejerce sobre la otra separadas poruna distancia se expresa como:

qq^21 kF ^2 r

^ K es la llamada constante de Coulomb y su valor es^9 2 2 8,98742 X 10^ N.m^ /C^ ^ También se cumple que: ^ donde:^ =^ 8.85^0

-12^2 2 x 10 C^ /N^ m^ y^ es^ la

Constante de Coulombpermitividad del medio en el vacio.

(^1) k  4 ^ o

• Principio de superposiciónq^2  r^12 q^1 r^13 q^3  r^14 q
  • La fuerza total sobre  q es:F^1 14 F 13 FFFF^141312 rqkq i^1 i^1 F F 122 rr i^1 i

^ La^ expresión^ matemática

solo^ es^ aplicable^ a^ cargaspuntuales estacionarias, y^ para^ casos^ estáticos^ máscomplicados de carga necesita^ ser^ generalizadamediante el potencial eléctrico. ^ Cuando las cargas eléctricas están en movimiento esnecesario reemplazar incluso el potencial de Coulombpor^ el^ potencial^ vector

de^ Liénard-Wiechert, especialmente si las velocidades de las partículas songrandes comparadas con la velocidad de la luz.  Para distancias pequeñas (del orden del tamaño de losátomos),^ la^ fuerza^ electrostática

se^ ve^ superada^ por

Limitaciones de la ley de Coulombotras, como la nuclear fuerte, o la nuclear débil