Experiencia ley de coulomb

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA CAMPUS SANTIAGO LABORATORIO FIS 119 / FIS 120 PRIMER SEMESTRE 2010

INTERACCIÓN ENTRE CARGAS ELÉCTRICAS: LEY DE COULOMB
Introducción
 Marco Teórico.
La capacidad de almacenar carga de una esfera está dada por:

�� =

��∙�� 2 4∙��∙�� 0 ∙�� ∙��∙�� 2

(1.4)

Es sabido que las cargas eléctricas interactúan entre sí experimentando fuerzas cuyomodelo matemático para el caso de cargas puntuales se conoce como Ley de Coulomb.

�� = ∆��
F k c  q1  q2 r
2

∆��

(1.5)

(1.1)

Geométricamente se puede determinar la capacidad como: �� = 4����0 �� (1.6)

Donde KC es conocida como la constante de Coulomb.

kc 

 N  m2   9.0  109   2 4 0  C  1

(1.2)

Donde R es el radio de la esfera, igualando las ecuaciones 1,5y 1, 6 se puede determinar teóricamente la carga de la esfera. El Marco teórico presentado aquí debe ser complementado con el estudio de los siguientes textos: Resnick, sección 27-4 Sears, sección 21.3

Resulta instructivo estudiar experimentalmente la interacción entre pequeños cuerpos cargados, a fin de lograr una mejor comprensión del modelo de Coulomb y sus limitaciones, como asimismoapreciar el valor del trabajo experimental contenido en la elaboración de dicha ley. El esquema a utilizar es básicamente el mostrado en la figura 1. Dos esferas conductoras de igual diámetro serán cargadas por contacto utilizando un terminal de un generador (o fuente) de alta tensión. Una de las esferas permanecerá fija y la otra será suspendida mediante un hilo de seda (aislante). En el equilibrio deeste sistema intervienen la fuerza eléctrica, la tensión del hilo y la atracción gravitacional entre la tierra y la esfera suspendida. Al realizar un análisis de equilibrio se puede determinar que la relación entre la fuerza de repulsión y la distancia d (considerando ángulos pequeños).



Objetivos:


Encontrar una relación empírica entre las variables d y r.  Comprobar la ley deCoulomb.  Determinar la constante de Coulomb.

F l (1.3) m g Lo cual es bastante útil, ya que la fuerza no puede ser medida directamente en esta experiencia, de esta forma se puede buscar una relación entre la distancia que separa las esferas y la distancia que se desplaza la esfera colgante de su punto de equilibrio, �� ∝ ��(��) d
Figura 1 Diagrama de cuerpo libre ley de Coulomb

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Desarrollo Experimental
Para la toma de datos se debe tener algunas precauciones básicas: Se ocupará una fuente de alta tensión, la cual entrega aproximadamente 5000 (V) en su salida, por lo cual es recomendable una manipulación cuidadosa observando las instrucciones de seguridad que se darán en el laboratorio. La sala de laboratorio se mantiene calefaccionada para eliminar la humedad, espor ésto que se debe trabajar con ropa cómoda, además, se sugiere el uso de calzado con plantas de goma y de pantalones largo, para mejorar el aislamiento eléctrico. El montaje experimental consiste en una caja de experimentación con tres esferas, más una fuente de luz que permite generar sombras bien definidas sobre la pantalla de la caja. Como se aprecia en la figura 2, se tienen tres esferas, laprimera de izquierda a derecha es la esfera cargadora, la cual estará conectada a través de un cable a la fuente de alta tensión y nos permitirá carga las otras esferas para realizar las mediciones, al centro cuelga libremente otra y a la derecha empotrada la tercera, estas últimas 2 esferas están sujetas a través de un hilo de seda, el cual presenta una alta resistencia, permitiendo que lasesferas no se descarguen por ahí. Las tres esferas deben alinearse adecuadamente antes de comenzar las mediciones (sus centros de masa deben estar en línea), para ello cada caja de experimentación cuenta con topes giratorios de madera que permiten desplazar la esfera central. Una vez alineadas las esferas es necesario ubicar la caja de experimentación al borde del mesón de trabajo (lo más lejos...