Balanza

Guión de práctica #3

Balanza de Coulomb
1. OBJETIVO El objetivo general de esta práctica es establecer completamente la ley de Coulomb, es decir, la ley sobre la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales. Los objetivos parciales que nos llevarán a cumplir tal objetivo son los siguientes: • • • 2. Estudiar fuerza entre dos cargas eléctricas puntuales en función de la distancia que lassepara. Estudiar la fuerza en función del valor de la carga eléctrica. Hallar un valor aproximado de la constante eléctrica de Coulomb.

MATERIAL • • • • • • Balanza de Coulomb. Electrómetro. “Hielera” de Faraday. Fuente de alto voltaje (10 kV). Sonda para cargar esferas. Cables de conexión.

Fig. 1 Balanza de Coulomb, en su vista frontal (a) y vista superior (b). En la vista superior se muestra ladisposición idónea para ajustar el paralaje de toda la estructura.

4.

MEDIDA DE FUERZA FRENTE A DISTANCIA a. Realice los ajustes necesarios para que la balanza presente el aspecto mostrado en la Fig. 1(b). Asegúrese de que las esferas se encuentran inicialmente completamente descargadas (poniéndolas en contacto con un polo a tierra) y deslice la esfera deslizable tan lejos como se pueda dela otra esfera. Coloque la rueda graduada en su posición de cero. Rote el resorte que sujeta el hilo de torsión en su parte inferior hasta conseguir que la esfera suspendida se oriente con ángulo cero.

3.

INTRODUCCIÓN

La balanza de Coulomb es un tipo de balanza de torsión muy sensible que puede ser utilizada para investigar la fuerza que aparece entre dos cargas eléctricas. En la Fig. 1 seun modelo aproximado de la balanza de Coulomb que se utilizará en esta práctica. Este cuenta básicamente con dos esferas conductoras idénticas. Una de ellas (la esfera suspendida) está montada en el extremo de una varilla, la cual se mantiene en equilibrio horizontal gracias al hilo de torsión y al contrapeso situado en el extremo opuesto de la varilla. La otra esfera (la esfera deslizable) estámontada sobre una estructura deslizante que permite controlar fácilmente la distancia entre ambas esferas. En cada medida, las esferas son cargadas y la esfera deslizante es fijada a una cierta distancia de la posición de equilibrio de la esfera suspendida. La fuerza electrostática hace que el hilo de torsión se tuerza. Para medir la intensidad de dicha fuerza, el experimentador puede girar larueda graduada (en el extremo superior del hilo, ver Fig. 2), hasta que la esfera suspendida vuelva a su posición de equilibrio inicial. El ángulo que haya sido necesario girar la rueda se considerará proporcional a la intensidad de la fuerza.

b. Con las esferas separadas a la máxima distancia, cargue ambas esferas a un potencial comprendido entre 6 y 7 kV, utilizando una sonda metálica conectadaa la fuente de alto voltaje. Inmediatamente después de cargar las esferas apague la fuente para evitar fugas de carga. c. Posicione la esfera deslizante en la posición de 20 cm. Rote la rueda hasta conseguir que la esfera suspendida alcance su punto de equilibrio inicial. Realice una tabla de datos (Tabla 1) donde guarde la distancia, r, y el ángulo, θ.

d. Repita los pasos b y c, paradistancias de 14, 10, 9, 8, 7, 6 y 5 cm. Lleve los datos a la Tabla 1. e. Represente la gráfica log(θ) frente a log(r). Realice un ajuste lineal. ¿Qué indica su resultado?

1

Guión de práctica #3
f. En realidad, para distancias muy pequeñas entre las esferas, la carga sobre cada esfera no se distribuye uniformemente, sino que se redistribuye de modo que la energía potencial se minimice. Por estarazón es conveniente aplicar el siguiente factor de corrección, quedando el ángulo corregido θc:
θc = 1 − 4

medir la constante de torsión del hilo (pasos a-c de esta sección). Luego, para cada valor de la carga en las esferas se deben seguir los pasos d-i, los cuales proporcionan el valor de dicha carga. Finalmente, en los pasos j-l se deben medir varias parejas de datos (fuerzas, carga). A...