laboratorio de cargas resuelto

8/16/2019 Laboratorio de Cargas Resuelto

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Introducción

Este informe trata sobre las formas de cargareléctricamente un cuerpo, el análisis de lasgrá cas de cada uno de los métodos y laidenti cación de los fenómenos físicosrelacionados a estos procesos de carga eléctricaCon este conocimiento es posible identi carciertos fenómenos naturales y algunaspropiedades de la electroestática por medio de

aplicaciones virtuales que se miraran mientras seavance en el informe

Objetivos

1- Entender el concepto de una carga puntual

!- "nali#ar los fenómenos físicos que ocurren alcargar eléctricamente un cuerpo

$- %ograr el cálculo de la permitividad del vacío



Marco teórico%a fuer#a electromagnética es la interacciónque se da entre cuerpos que poseen cargaeléctrica Es una de las cuatro fuer#asfundamentales de la &aturale#a Cuando lascargas están en reposo, la interacción entreellas se denomina fuer#a electrostática'ependiendo del signo de las cargas queinteraccionan, la fuerza electrostáticapuede ser atractiva o repulsiva %ainteracción entre cargas en movimiento dalugar a los fenómenos magnéticosEn el (istema )nternacional, la unidad decarga eléctrica es el Culombio *C+ nCulombio es la cantidad de carga que pasa porla sección transversal de un conductoreléctrico en un segundo, cuando la corrienteeléctrica es de un amperio%a carga eléctrica es una propiedadfundamental de la materia que poseenalgunas partículas subatómicas Esta cargapuede ser positiva o negativa odos losátomos están formados por protones *de cargapositiva+ y electrones *de carga negativa+ En

http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/dinam1p/dinam1p_2.html


http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/electro/fuerza_electr.html

http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/magnet/magnet_portada.html

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general, los átomos son neutros, es decir,tienen el mismo n.mero de electrones que deprotones Cuando un cuerpo está cargado, los

átomos que lo constituyen tienen un defecto oun e/ceso de electrones%a carga eléctrica es discreta, y la unidadelemental de carga es la que porta unelectrón En el (istema )nternacional, la cargadel electrón es0

%a carga del electrón es una constante físicafundamental El protón tiene la mismacantidad de carga que un electrón pero consigno opuesto

El concepto de electrón *carga elementalindivisible+ fue introducido en el siglo ) parae/plicar las propiedades químicas de losátomos 'esde entonces 2asta principios delsiglo se propusieron distintos modelosatómicos anto en el modelo de 3ut2erfordcomo en el de 4o2r, los electrones sonpartículas que giran en torno al n.cleo, por loque el átomo es un sistema solar en miniatura

" lo largo de estas páginas trataremos losfenómenos asociados a dos tipos de ob5etos

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/modelos.htm






cargados0 cargas puntuales y distribucionescontinuas de carga- na carga puntual es una carga eléctrica

locali#ada en un punto sin dimensiones Esteconcepto es una ideali#ación, y resultará muy.til a la 2ora de estudiar los fenómenoseléctricos - na distribución continua de carga es unob5eto cargado cuyas dimensiones no sondespreciables %os fenómenos eléctricosproducidos por distribuciones de carga son máscomplicados de anali#ar, aunque trataremosalgunos sistemas sencillos

CAMPO E !C"#ICO

na distribución de cargas, positivas o negativas, dalugar a un campo eléctrico que act.a sobre cualquiercarga colocada en él El campo eléctrico presente encualquier punto determinado se puede descubrircolocando una carga de prueba peque6a y positiva enese lugar y viendo si e/perimenta una fuer#a

na carga de prueba sólo es un sensor no produce elcampo eléctrico que estamos tratando de medir, elcampo se debe a otras cargas %a carga de pruebadebe estar en reposo, ya que las cargas enmovimiento e/perimentan fuer#as diferentes Elcampo eléctrico, E, se puede de nir midiendo lamagnitud y dirección de la fuer#a eléctrica, 7, que



act.a sobre la carga de prueba %a de nición delcampo eléctrico es0

n campo eléctrico queda determinado por0

• )ntensidad en cada uno de sus puntos

• %íneas de fuer#a o líneas de campo

• 8otencial en cada uno de sus puntos

P#OCE$IMIE%"O E&PE#IME%"A PA#A A PA#"EA"ra'ectoria con un electrón

8rocedimiento e/perimental1 )ngresamos a02ttp099lectureonline cl msu edu9mmp9applist9coulom9orbit02tm

! " continuación se observó una con guraciónmostrada en la imagen que se presenta en la guía delaboratorio

Comprobación de la e' de Coulomb



%uego de 2aber ingresado a la aplicación virtual yseguir los pasos mencionados en la guía delaboratorio se llevó a cabo el siguiente procedimiento

e/perimental01 Conseguimos : con guraciones de equilibrio con

masas de ;<g y de=e/iones de !>, $<, $$, $:, $?y @! grados

! Calculamos las cargas que corresponden a estascon guraciones de equilibrio

$ En base a ellas, gra camos la curva "ngulo vsCarga

@ )ncluimos nuestra grá ca y la del AappletB ennuestro reporte

En base a los ángulos de de=e/ión y apoyándonosen un diagrama de cuerpo libre, calculamos la

fuer#a electrostática versus el inverso de ladistancia que separaba las cargas para cadaángulo usado

: )ncluimos también esta .ltima gra ca en nuestroreporte

Movimiento de una esfera conductoradescargada ante un campo uniforme (ue vaaumentando

%uego de 2aber ingresado a la aplicación virtual yseguir los pasos mencionados en la guía de



laboratorio se llevó a cabo el siguiente procedimientoe/perimental0

1 Con la bola cargada procedente del generador setransmite carga a una de las placas del capacitorplano

! En ese momento el electroscopio de la i#quierdase6alaba presencia de carga y la bolitaconductora cargada con carga negativa seseparaba algo de la posición de equilibrio

$ Con la tecla A&uevoB comen#amos el proceso ElAmouseB colocado sobre la esfera que cargo el Dander raf permitió cargar una de las placas delcapacitor

@ 8ara dar más carga a la placa se oprimimos el

botón AFtra másB

Gediante el recurso a AFtra másB, cargamos losu ciente el capacitor como para que la cargapendular comen#ara a oscilar

: (e debe observo el fenómeno 2asta que elpéndulo regreso al reposo

)I* Campo eléctrico ' cálculo de lapermitividad del vac+o

Procedimiento



1 E5ecutamos el simulador c2arges - and HeldsIen 5ar

! " continuación seleccionamos las opciones0 grid,s2oJ numbers y tape measure$ "rrastramos una carga positiva y la colocamos deforma que este alineada con la cuadricula@ "rrastramos los sensores de campo y colocamos elprimero a 1 m de la carga, luego colocamos losdemás separados < m entre sí, tal como se muestraen la imagen que aparece la guía de laboratorio

1 " continuación tome los datos del campo eléctricoque aparecen deba5o de los sensores! Gedimos la distancia de cada sensor 2asta la cargautili#ando la cinta métrica$ "notamos los datos en la tabla 1

Procedimiento e,perimental para la parte -Con.guración de +neas de Campo ' /uper.cies

E(uipotenciales

)ngresamos a la aplicación virtual que se describe enla guía y como el instructor no los indico y con elmouse dimos clicK a las distintas con guracionesmencionadas en las guía

Análisis de cuatro distintas con.guraciones



1 Gane5ara las siguientes con guraciones0a+ 'oble carga puntualb+ Cuadripoloc+ 8laca conductorad+ Conductor cilíndrico

! En todas ellas utilice la opción de color de potencial*))+

$ 3especto a ))), usaremos las opciones para verequipotenciales primero y líneas de campo despuésde cada una de las con guraciones

@ %a opción )D que usaremos siempre sera la departículas con fuer#a

7inalmente y seg.n las posibilidades usara elBmouseB ya sea para cambiar el ángulo visual, ya seapara aumentar o disminuir la imagen

: Entonces se trata de que0a+ ome una con guración con el color de ))b+ Dea la con guración de líneas *ay.dese de laopción B7latB+ y después la de equipotencialesc+ tilice siempre la opción de partículas visibles*puede a2í mane5ar la barra de B8articlesnumberB+d+ Conforme 2aya de contestar las preguntas amplíe

la imagen o cambie el ángulo de visión



Cálculos ' #esultados para los tresprocedimientos

0* o se1alado en la investigación 20*34

Averig5e ' e,pli(ue por (ué la tra'ectoria delelectrón (ue usted coloca sobre la .gura realizauna tra'ectoria el+ptica 2debe leer en el volumenI de su libro de 6+sica sobre tra'ectorias en el/istema /olar7 las ideas son similares4* 8$e (uedepende de (ue el electrón caiga sobre elprotón o (uede girando9

399 %a ley de gravitación universal establece que lafuer#a de atracción entre dos cuerpos esta dada por0

'e esta ley se deducen las leyes de Lepler, la segundade ellas establece que en tiempos iguales se barrenáreas y de esta se deduce que la trayectoria de losplanetas es elíptica la ley de coulomb es análoga a laley de ravitación universal

n análisis similar e/plica la trayectoria de electrón



:* En relación con el procedimientoe,perimental n;mero :7a4 as cargas aludidas en :4



b4 as grá.cas dic<as en 34

ángulo de := grados

"ngulo de $1 grados



"ngulo de $@ grados

"ngulo de $> grados



"ngulo de $? grados

"ngulo de @! grados



c+ %a gra ca de >+



>* #especto al n;mero > <a de presentar 3pantallas7a+ %a primera pantalla inicial

b+ 'espués la que corresponda a una situación dedespla#amiento del péndulo pero permaneciendo esteen reposo



c+ n momento de la oscilación del péndulo cuando elcampo es su cientemente grande

d+ El reposo nal del péndulo



Preguntas sobre los tres procedimientos7

Procedimiento %umero 0

08Cuál es la clave (ue utilizo para conocer elsigno de cada una de las cargas negras9399 no 2icimos esta parte

Procedimiento %umero :

0*En los casos de >? grados ' 3: grados (ueprevé el numero 04 del procedimiento@ 8Cuánto

vale la tensión (ue soportan las cuerdas9



:* E,pli(ue mediante la curva (ue se pide en elnumero 4@ 8por (ué la forma de la mismademuestra la e' de Coulomb9#BB %a ley de coulomb establece que la magnitud decada una de las fuer#as eléctricas con que interact.andos cargas puntuales es directamente proporcional al

producto de las cargas e inversamente proporcional alcuadrado de la distancia que las separa en el caso denuestra gra ca q1Mq! los resultados prueban conprecisión una curva correspondiente a lo establecidopor coulomb



$ 8ara un valor de ;< gramos en la masa de lasbolas y un ángulo peque6o escriba la fórmulaque relaciona ángulo vs carga y 2aga la grá ca

Procedimiento %umero >

0*"ras cargar por primera vez el capacitor@8por (ué el péndulo (ueda inclinado9

3 99 porque la bolita del péndulo tiene cierta carga quese atrae o se repele con la carga del capacitor



:* 8 ue cambia sobre la bolita del péndulopara (ue este se e(uilibre en posicionescada vez más inclinadas9

#BBsobre la bolita del péndulo no cambia nada, lo quecambia es la cantidad de carga en los paneles, lo cualseg.n la carga inicial de la bolita la va atrayendo2acia el lado que tenga carga opuesta entre máscarga se agregue al panel más se acercara la bolita

>* Cuando la bolita toca una de las placas@

8 ué proceso ocurre para (ue la bolita (uese está moviendo en una dirección cambiede dirección ' salga repelida de la placa9

#BBCuando la bolita toca una de las placas se cargaya sea positiva o negativamente lo que 2ace que serepela de ese lado y se atraiga 2acia el otro lado delcapacitor

3* 8 ué proceso se da en el electroscopiopara (ue va'a cambiando la separación desus laminillas9

#BBlas láminas se encuentran cargadas unapositivamente la otra negativamente por lo tanto las

láminas se repelen, a medida se va agregando máscarga a cualquier lado estas se repelen con másfuer#a y se van separando más

D* legado el movimiento pendular@ 8 ueprovoca (ue@ llegado cierto momento@ la



bolita primero 'a no to(ue las placas 'después termine por detenersecompletamente9

#BB cuando la bolita ya no toca las placas es porqueya tiene toda la carga de los paneles en ella por lotanto no interact.a con las láminas, se termina pordetener completamente cuando ya no 2ay carga quela atraiga en ninguna dirección

Cuestionario$ipolo

0*8 ue representa la super.cie (ue muestra laimagen9#BBrepresenta un sistema de dos cargas de signoopuesto e igual magnitud cercanas entre si

%os signos opuestos de las cargas se puedenobservar por los picos que forma la gura

: *8 A (ué se debe el movimiento de laspart+culas@ (ue como ve parecen caer a un pozo9#BBlas partículas se mueven a través del campoeléctrico como un dipolo eléctrico en un par de cargarpuntuales, las partículas se atraen y se movili#an

2asta llegar al campo de carga opuesta la aparienciaes porque las líneas comien#an en las cargas postivasy terminan en las negativas

Cuadripolo



0*8 ué se puede decir de las cargas en base alos picos (ue muestra la imagen9

#BBobservamos dos picos 2acia arriba y dos 2aciaaba5o lo que quiere decir es que 2ay dos cargaspositivas y dos cargas negativas en ese sistema

:*8Cuánto vale el campo en la especie de cruz(ue forman en el centro de la imagen lasl+neas de campo9#BBEnetoM<%as cargas eléctricas se anulan

Placa conductora

0*8Por (ué son planas las super.ciese(uipotenciales 2véalas como l+neas rectascon la opción 6lat 9

#BBEl campo eléctrico e/terno al conductor no puede

tener componente tangencial ya que las cargas de lasuper cie se movería sobre ella y ya no seria unconductor en equilibrio es decir, el campo eléctrico esnormal a la super cie del conductor

:*E,pli(ue la relación entre la forma de lassuper.cies e(uipotenciales ' la dirección demovimiento de las part+culas*

#BBEn una placa conductora sus electrones devalencia están poco ligados a los n.cleos atómicos loque permite que se muevan con facilidad a través delsólido, El campo e/terno es normal a la super cie delconductor la carga se acumula en la super cie que es2acia donde se dirigen las partículas



>* 8Por (ué a(u+ no aparecen picos9

#BB la grá ca E vs 3 de una placa conductora es unalínea recta donde E es constante, lo que indica que lasuper cie equipotencial corresponde a un plano entres dimensiones de la placa sería un plano donde nocorresponden picos

Cilindro conductor

0*E,actamente 8(ué ángulo forman las l+neas decampo al tocar la super.cie del cilindro9

#BB7orman e/actamente un ángulo de ?< grados altocar la super cie del cilindro

:*8Cuánto vale el campo adentro del cilindro9#BB el campo eléctrico tiene la misma magnitud encada punto del cilindro y está dirigido 2acia afuera el=u5o eléctrico es entonces el campo eléctricomultiplicado por el área del cilindro

>* 8A (ué se debe (ue la super.cie

e(uipotencial no termine en pico sino en unasuper.cie circular9

#BBEn el caso del campo magnético generado por unconductor rectilíneo las super cies equipotencialesserán cilindros concéntricos cuyo e5e será el del



conductor, las curvas de nivel del cilindro cuyo e5eserá el del conductor las curvas de nivel del cilindrogeneran las líneas equipotenciales en el plano /y

-I- IOF#A6IA

1 (E3N"O HDF%!-7)()C"9C"8 !$ camposeléctricos 9secciones9!$ $9$$ @9!$ 9

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$ 2ttp099acer forestales upm es9basicas9ud sica9asignaturas9 sica9electro9introIelectro 2tml

http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Coulomb_campo_electrico_18475.pdf


http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/electro/intro_electro.html








Conclusiones

laboratorio de cargas resuelto

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