Ley de coulomb usando balanza de torsión

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
Escuela de Física
Laboratorio de Física II
L4-1 LEY DE COULOMB USANDO BALANZA DE TORSIÓN (LL410)
INTRODUCCIÓN: Mediante una balanza de torsión, Coulomb encontró que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales (cuerpos
cargados cuyas dimensiones son despreciables comparadas con la distancia r que las separa) es inversamente proporcional alcuadrado de la distancia
que las separa. El valor de la constante de proporcionalidad (K) depende de las unidades en las que se exprese F, q, Q y r. En el Sistema Internacional
de Unidades de Medida vale 9 109 Nm2/C2. La ley de Coulomb describe la interacción entre dos cargas eléctricas del mismo o de distinto signo.
OBJETIVOS
1. Determinar la fuerza como función de la distancia entre esferascargadas.
2. Determinar la fuerza como función de la cantidad de carga en las esferas.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Una esfera estable libre cargada por Q1 produce un campo eléctrico simétrico radial
1
2
0
1
4
Q
r r


E r
  (1)
donde E: el campo eléctrico de la carga Q1 ; Q1: carga de esfera 1 ; 0 = 8.8510-12 As/Vm (permitividad) ; r: distancia al centro de la
esfera; r/r: vectorunitario en la dirección radial de Q1.
Una segunda esfera cargada por Q2 experimenta una fuerza F cuando se coloca en el campo eléctrico E de la carga Q1:
2 F  Q E
  (2)
donde: E: campo eléctrico de la carga Q1; Q2: carga de la esfera 2
De la ecuación (1) y (2) se obtiene la ley del Coulomb
1 1
2
0
1
4
Q Q
r r



F r
  (3)
De acuerdo la ecuación (3) la fuerza actúa en ladirección de la línea que une las dos cargas puntuales Q1 y Q2.
El signo de las cargas Q1 y Q2 indica si la fuerza F es atractiva o repulsiva.
La ecuación (3) corresponde en forma exacta para cargas puntuales. La ecuación (3) también puede aplicarse para esferas cargadas si la
distribución de carga en la esfera es uniforme y la distancia r entre los puntos medios de la esfera essignificativamente mayor que el
diámetro de la esfera.
En este experimento la fuerza de Coulomb entre dos esferas cargadas son medidas usando la balanza de torsión. La fuerza es medida
como función de la distancia r entre las esferas (parte 1) y como función de las cargas Q1 y Q2 para confirmar la ecuación (3).
TEMAS PARA CONSULTA
Antes de realizar este experimento usted deberá poder definir y explicar lossiguientes temas:
 ¿Qué dice la ley de Coulomb sobre el campo eléctrico?
 Consulte el valor de la permitividad eléctrica relativa del aire.
 Describa las propiedades de lo siguiente: conductor eléctrico, aislante eléctrico.
 ¿Por qué las cargas se acumulan en la superficie de los conductores eléctricos?
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA
• ALONSO M., FINN E. Física. Volumen II. Ed. Fondo EducativoInteramericano.
• RESNICK R., HALLIDAY D., Física, Parte II Compañía Editorial Continental S.A.
• TIPLER P. Física, Volumen 2, editorial Reverté S.A.
• SEARS, ZEMANSKY. Física Volumen II. Ed Aguilar.
• TIPPENS, PAUL E. Física conceptos y aplicaciones, Volumen II, editorial McGraw-Hill
• SERWAY, RAYMOND A. Física, tomo II. Editorial McGraw-Hill
• FRANCO GARCÍA A., Física con ordenador CursoInteractivo de Física en Internet:
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/fuerza/fuerza.htm
EQUIPO
Balanza de torsión y accesorios para la ley de Coulomb, incluye: 1 soporte por medir las distancias, con la escala, 1 mango, 1 esfera con aislador
corto, 2 esferas con aisladores largos, 1 cuchara electrostática (disco con aislador; escala de posición; fuente de alimentaciónde alto voltaje de 25
kV; cable de alto voltaje de 1m; varilla de posición aislada de 25cm; base cilíndrica; electrómetro amplificador; unidad de conexión;
condensador de 1nF y de 10nF; multímetro; Vaso de Faraday; tapón de sujeción; varilla de conexión; 2 bases en forma de V de 20cm;
láser; varilla de 47cm, mordaza; cronómetro; regla de madera; par de cables de 50cm, rojo/azul; cables de...