ley de coulomb.. trabajo
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ELECTIVA DE PROFUNDIZACIÓN III
FÍSICA APLICADA A LA DOCENCIA
LA LEY DE COULOMB
PRESENTADO POR:
MAYRA ALEJANDRA JIMÉNEZ CONSUEGRA
JHONATAN ANDRES ARENAS PEÑALOZA
JONATHAN ALBERTO CERVANTES BARRAZA
*CARMEN GRANADOS
UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO
LICENCIATURA EN MATEMÁTICAS
VII SEMESTRE
2014
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Contenido
Introducción.....................................................................................................................................3
Objetivos:..........................................................................................................................................4
Ley de Coulomb...............................................................................................................................5
Cargas iguales se repelen, cargas diferentes se atraen....................................................................5
Preliminares:.................................................................................................................................5
La materia:...............................................................................................................................5
Objeto cargado:........................................................................................................................5
Carga eléctrica (q):...................................................................................................................5
Características de la carga eléctrica:......................................................................................5
Tipos de materiales:.................................................................................................................6
Introducción a la ley de Coulomb...................................................................................................7
La ley de coulomb............................................................................................................................7
Respecto a la ley de Coulomb hay que considerar:....................................................................8
Experimentos caseros con la ley de Coulomb.................................................................................9
Experimento No 1: el barquito imanado....................................................................................9
Experimento No 2: la cinta mágica...........................................................................................10
Experimento No 3: el globo imanado........................................................................................11
Conclusiones...................................................................................................................................12
Webgrafía.......................................................................................................................................13
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Introducción
En la vida cotidiana se experimentan algunos fenómenos que parecen ser mágicos pero que
encuentran una explicación en la física, como es el caso de las llamadas baritas mágicas,
que al ser frotadas sobre un conejo puede posteriormente atraer algunos materiales como el
papel.
Hay que decir que gracias al científico e ingeniero francés Charles Coulomb, hoy es
posible explicar matemáticamente lo que ocurre en este tipo de fenómenos.
Es así que en este trabajo se hace alusión a la ley de Coulomb y se mostraran
algunos experimentos sencillos que soportan y prueban esta ley. Así mismo, ejercicios de
aplicación y por competencias.
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Objetivos:
Comprender lo que enuncia la ley de Coulomb.
Realizar experimentos sencillos y caseros que prueban la ley de Coulomb.
Resolver algunos ejercicios de aplicación y por competencias.
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Ley de Coulomb
Cargas iguales se repelen, cargas diferentes se atraen.
Preliminares:
La materia: Cualquiera que sea su forma, la materia está constituida por las mismas
entidades básicas, los átomos. Estos a su vez están formados por partículas elementales
portadoras de cargas electicas como:
a. Se sitúan en el núcleo del átomo, ellos reciben la carga positiva: protones.
b. Se sitúan en la corteza del átomo, ellos reciben la carga negativa: electrones.
Objeto cargado: exceso de electrones (negativa) o protones (positiva)
Carga eléctrica (q): es una propiedad fundamental de la
materia específicamente de sus partículas elementales,
caracterizada a partir de la fuerza electrostática, también se
dice que es una magnitud fundamental de la física, responsable
de la interacción electromagnética.
Características de la carga eléctrica: 1. Dualidad de la carga: todas las partículas cargadas pueden dividirse en positivas y
negativas, de forma que las de un mismo signo se repelen mientras que las de signos
contrarios se atraen esto
último se conoce como
primera ley de
electrostática
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Las cargas eléctricas del mismo tipo interaccionan repeliéndose y las cargas de distintos
tipos interaccionan atrayéndose. La magnitud de esta interacción viene dada por la ley de
Coulomb.
2. Conservación de las cargas: en cualquier proceso físico, la carga total de un sistema
aislado se conserva, es decir, la suma algebraica de las cargas positivas y negativas
presentes en ciertos instantes no varía. Por ello en todo proceso, físico o químico, la
carga eléctrica no se crea ni se destruye, solo se transfiere.
3. Cuantificación de la carga: la carga eléctrica siempre se presenta como un múltiplo
entero de la carga fundamental e, es decir, q=N.e
La carga eléctrica es de naturaleza discreta, fenómeno demostrado experimentalmente
por Robert Millikan. Por razones históricas a los electrones se les asigno carga
negativa: -e. los protones tienen carga positiva: +e. a los quarks se les asigna carga
fraccionaria 1/3e ó 2/3e, aunque no se han podido observar libres en la naturaleza.
En el S.I la unidad de carga eléctrica se denomina Coulomb (símbolo C). Se define como la
cantidad de carga que pasa por la sección
transversal de un conductor eléctrico en un
segundo, cuando la corriente eléctrica es un
amperio (1A), y se corresponde con la carga
de 6,24 1028 e o cargas elementales. Por lo
tanto e es aproximadamente 1,602 10−19 C.
Tipos de materiales:
un conductor es un material a través del cual se transfiere fácilmente la carga, debido a
que presenta poca oposición al flujo de la corriente eléctrica (cobre, oro, plata hierro, etc.).
Un aislante por su parte es un material que se resiste fuertemente al flujo de carga eléctrica
(plástico, papel. Madera, mica polietileno, etc.) y un semiconductor es un material con la
capacidad intermedia para transportar carga eléctrica.
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Introducción a la ley de Coulomb
Para familiarizarnos con la ley de Coulomb, revisemos un ejemplo que vemos todos los
días. Preguntémonos: ¿Qué interacción hay entre la luna y nuestro planeta?
La tierra y la luna se atraen por la fuerza gravitacional ( f ¿¿ g)¿
La expresión que las relaciona involucra las
masas m1y m2 de ambos cuerpos, la distancia r
entre ellos, y una constante G (constante
universal gravitacional) f g=Gm1m2
r 2
Esta atracción ocurre entre cualquier cuerpo celeste y también con las estrellas.
Algo semejante ocurre a nivel mucho más pequeño con las cargas eléctricas
Considérese una carga Q fija en una
determinada posición. Si se coloca otra
carga q en un punto p1 a cierta distancia
de Q, aparecerá una fuerza eléctrica
actuando sobre q.
La ley de coulomb
La expresión para la fuerza de interacción entre dos cargas puntuales q1 y q2 (pequeñas
relaciones con la distancia que las separa), es muy semejante a la que vimos para la fuerza
gravitacional entre la Luna y la Tierra.
Fe=k|q1||q2|
r2
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Es decir, La fuerza eléctrica es directamente proporcional al producto de las cargas, e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa a dichas cargas,
dependiendo de una constante de Coulomb k según el medio en que estén presentes.
De donde:
q1 y q2: son cargas en Coulomb.
r: es la distancia en metros
k: es una constante que depende del medio; en el vacío corresponde aproximadamente a 9×
109(N.m2 )/C2
F e: es la fuerza en Newton
En la siguiente imagen se ilustra la definición de la ley de Coulomb
En este ejemplo tenemos
dos cargas puntuales
iguales a un Coulomb y
separadas por 1 metro, en el
vacío.
Respecto a la ley de Coulomb hay que considerar:
Se aplica a cargas puntuales.
La fuerza eléctrica es una magnitud vectorial, por lo tanto, hay que considerar suma
de vectores.
La ley de Coulomb o fuerza de Coulomb establece el valor de una fuerza
electrostática.
La ley de Coulomb es válida sólo en condiciones estacionarias, es decir, cuando no
hay movimiento de las cargas. Es por ello que es llamada fuerza electrostática.
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Experimentos caseros con la ley de Coulomb
Experimento No 1: el barquito imanado
Materiales:
Imán
Aguja
Papel aluminio
Recipiente con agua
Procedimiento:
Se toma el papel aluminio y se hace una especie de barquito que sea más o menos del
tamaño de la aguja, seguimos por frotar la aguja con el imán durante 45 minutos
aproximadamente. El siguiente paso es meter la aguja dentro del barquito de papel aluminio
hecho previamente, posteriormente colocamos el barquito en el recipiente con agua, de tal
manera que este quede flotando, esperamos unos segundos hasta que se estabilice el agua y
no tenga movimiento, pasamos el imán en forma circular desde arriba y se notara que el
barquito sigue los movimientos de este.
Explicación del fenómeno:
Esto ocurre porque la aguja está compuesta de hierro y es un material que puede imantar y
esto tiene que ver con la electricidad según la ley de Coulomb, cuando dos energías son
puestas se atraen, pero cuando las energías son las mismas repelan, esto pasa con la
electricidad, tienen que haber dos polos como lo son: el polo negativo y el polo positivo
para que esto pueda funcionar y cierre el circuito.
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Experimento No 2: la cinta mágica
Materiales:
Cinta de teflón
Globos
Guantes de látex
Persona con cabello.
Procedimiento:
Tomamos un pedazo de la cinta de teflón como 50cm y buscamos el centro de esta y pasa
tu mano con el guante, ¿Qué sucede? después acercamos el guante la cinta y observamos
cómo estos se atraen. ¿Por qué? Seguimos por frotar un globo al cabello de una persona y
luego lo acercamos a la cinta de teflón y en esta ocasión observamos como ambos se
repelan
Explicación del fenómeno:
La respuesta está en la ley de Coulomb, cuando frotamos la cinta de teflón con el guante, el
guante queda con carga positiva y el teflón con carga negativa, es decir, con cargas de
distintos signos, se genera una fuerza negativa, por lo que al acercar los dos objetos se
atraen entre sí. En cambio cuando ambas cargas tengan el mismo signo generaran una
fuerza resultante positiva, es decir, de repulsión que es lo que sucede cuando frotamos el
globo con el cabello, lo que hacemos es cargar negativamente al globo, por eso al acercarlo
a la cinta de teflón que también tiene carga negativa ambos se repelan.
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Experimento No 3: el globo imanado
Materiales:
Globo
Chorro de agua
cabello
Procedimiento:
Se infla un globo y se acerca a un chorro de agua,
observaremos que no ocurre nada. Luego tomamos el
mismo globo y lo frotamos por unos minutos con el
cabello de una persona, nuevamente acercamos el globo al
chorro de agua y se puede observar que varias gotas de
aguas son atraídas hacia el globo y este termina mojado
sin estar en contacto con el chorro de agua.
Explicación de fenómeno:
Fue posible observar como el agua fue atraída hacia el globo, la explicación está en que el
agua no tiene carga y el globo ya está cargado, por lo que se atraen. Así que se recreó lo
que dice la ley de Coulomb: la fuerza F de atracción o repulsión entre dos cargas es
inversamente proporcional al cuadrado de las distancias R que las separa.
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Conclusiones
En el presente trabajo fue posible aprender sobre la ley de Coulomb y conceptos
relacionados con el mismo, de esta manera se pudo comprender que la materia contiene dos
tipos de cargas eléctricas denominadas positivas y negativas, los objetos no cargados
poseen cantidades iguales de cada tipo de carga, así mismo que cuando un cuerpo se frota
la carga se transfiere de un cuerpo al otro, uno de los cuerpos adquiere un exceso de carga
positiva y el otro, un exceso de carga negativa. En cualquier proceso que ocurra en un
sistema aislado, la carga total o neta no cambia. Y se puede decir que los objetos cargados
con cargas del mismo signo, se repelen y los objetos cargados con cargas de distinto signo,
se atraen.
hay que resaltar que la ley de Coulomb puede expresarse como la magnitud de cada
una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es
directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Para terminar, es preciso mencionar que el hecho de realizar experimentos caseros,
permite al estudiante familiarizarse con el concepto o en este caso con la ley que soporta el
fenómeno que ocurre en la experiencia, lo que es positivo, ya que causa interés y ganas de
aprender sobre esos hechos que parecen mágicos y que encuentran una explicación en la
física.
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Webgrafía
http://www.slideshare.net/alejandradavalosm/yaez1
http://www.slideshare.net/agustinromeroc/fisica-ley-de-coulomb
http://www.slideshare.net/LUISPOWELL/captulo-i-de-fsica-ii-la-carga-elctrica-y-la-ley-
de-coulomb-definitivo?src=related_normal&rel=10012455
http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Coulomb
https://www.youtube.com/watch?v=DpI38BrrU1c
https://www.youtube.com/watch?v=IcflxZkcrLE
http://www.slideshare.net/richiser/ley-de-coulomb-14795527
https://www.youtube.com/watch?v=mZLpNNeMPtI
https://www.youtube.com/watch?v=0yhdfRPMNz8
https://www.youtube.com/watch?v=yAISiJEdyRc
http://www.profesorenlinea.cl/fisica/ElectricidadLeyCoulomb.html
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electric/elefor.html
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/fuerza/fu
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/fuerza/fuerza.htm#La ley
de Coulomb
http://webs.um.es/gregomc/LabESO/Coulomb/Leycoulomb_Guion.pdf