Balanza De Coulomb, Constante De Coulomb

Balanza de Coulomb, Constante de Coulomb
Marco A. Gómez Muñoz
Facultad de Ciencias, Universidad Autónoma de Baja California Carretera Tijuana Ensenada Km 103 sauzal, 28849 Ensenada, Baja California Black-hole_mg@hotmail.com

Resumen
En este experimento, se calculó la constante de torsión del alambre poniendo diferentes pesos sobre de ella como se mostrara más adelante. A su vez se estimó lacarga que había en las esferas cuando son cargadas a un potencial V. Debido a la consideración de masas puntuales de las esferas, también se efectuaron varias correcciones sobre los experimentos anteriores para tener mejores resultados. En base a todo lo mencionado anteriormente, se calculó la constante de coulomb y se sacó un error aproximado (comparada con la teórica).

I-INTRODUCCIÓN
En elpasado, la Balanza de Torsión de Coulomb permitió establecer y comprobar la ley que rige la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas, además de haber resultado muy útil en otros experimentos de gran importancia científica [1]. Coulomb puso dos esferas cargadas y observó que el alambre se torcía, entonces, anuló el efecto de torsión girando el alambre un ángulo θ (Véase figura1). A su vez, mediante esta balanza, Coulomb encontró que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa [2]. Para convertir la proporcionalidad anterior en una ecuación se introduce la famosa constante de proporcionalidad K1 la cual lleva su nombre (constante de coulomb). Para la fuerza que hay entre lasesferas cargadas (vectorialmente) se obtiene: (1)

Para determinar K se necesitan medir variables adicionales: la constante de torsión del alambre Ktor, las cargas q y la distancia que los separa R. Para determinar la constante Ktor, se utiliza la siguiente ecuación: (2) Donde m es la masa puesta sobre el objeto, g la aceleración de la gravedad y θ el ángulo de torsión del alambre.

Donde q es lacarga de la partícula, k es la constante de coulomb, r es la distancia de la partícula y r’ es en donde se encuentra la carga. A la ecuación anterior se le llama “Ley de Coulomb”, la cual dice que el campo eléctrico producido por un objeto grupo de objetos cargados crea una fuerza sobre otro objeto cargado. Generalmente es sólo para partículas “puntuales” donde la distancia es mucho mayor a lascargas. El valor de la constante de Coulomb es [3].

Figura 1. Muestra la balanza de Coulomb

2-MÉTODO EXPERIENTAL
1. Montaje

La balanza se balanceo utilizando guantes de plástico. Primeramente, se rotó la perilla de torsión hacia la posición cero y se colocó la esfera (aleación de aluminio y carbono) en la polea de balance, con cuidado de no romper el alambre tenso. Se colocaron anillosde cobre en la paleta para calibrar su altura para que no se inclinara. La altura de la prensa se colocó a la misma altura que la paleta. Para hacer coincidir las marcas entre el soporte y la paleta, se movió el retenedor del alambre de torsión hasta llegar a la marca. Una vez con las marcas alineadas, acostamos la balanza colocando la barra de soporte lateral en posición perpendicular a labalanza. Se alineo la paleta con el brazo indicador (Véase figura 2).

Masa (kg) 3x10-5 2.45x10-5 2x10-5 1.45x10-5 1x10-5 0.45x10-5

W (N) x10-4 2.9419 2.4026 1.9613 1.4219 1.8066 4.4129

Ángulo (θ) 214.5 180 140.5 96 73.5 30.5

Tabla 1. Muestra los datos experimentales

A partir de los resultados de la tabla anterior, se pudo calcular la constante del alambre con la utilización de laecuación (2) y promediando los resultados para cada ángulo. La constante de torsión del alambre es de 1.39405x10-6N/°. Resultado B). Obtención de las cargas La carga q que almacena un cuerpo cargado a un potencial V y con capacitancia C, esta dado por: q=CV (3)

Utilizando la capacitancia de una esfera (C=4(pi)(ε0)r) se obtuvieron los datos que se muestran en la siguiente tabla que indica la carga...