Ley de Coulomb [PDF]

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LEY DE COULOMB Arboleda Forero Andrés Felipe. Código: 2161375, Corzo Conde Johan Sebastián. Código: 2170517, Mancilla Carrillo Juan Fernanda. Código: 2170270, Barrera Reyes Jordin Leonardo. Código: 2171287. Física Eléctrica, W2, Ingeniería Civil. Universidad Santo Tomas de Aquino, Bucaramanga, Colombia, 2019 Resumen Por medio del siguiente informe se relaciona el contenido correspondiente al laboratorio de “Ley de Coulomb”, en donde se encuentran detalladamente relacionados los procedimientos y operaciones de los experimentos realizados en clase, junto con las tablas de registro de datos (información) y la teoría correspondiente. La magnitud de las fuerzas eléctricas de atracción y repulsión entre cargas se rige por el principio fundamental de la electrostática, también llamado ley de Coulomb, la cual describe fenómenos de la electricidad de manera cuantitativa con respecto a partículas cargadas eléctricamente, con el fin de calcular la magnitud de la fuerza eléctrica de atracción con la que interactúan dichas cargas. La ley de Coulomb es válida sólo en condiciones estacionarias, es decir, cuando no hay movimiento de las cargas o, como aproximación cuando el movimiento se realiza a velocidades bajas y en trayectorias rectilíneas uniformes. Es por ello que es llamada fuerza electrostática. En la presente ley, también se utiliza la constante “K”, llamada como constante de Coulomb, la cual, se debe utilizar matemáticamente para resolver las situaciones o problemas en materia de electricidad. Palabras claves: Ley de Coulomb, Fuerza eléctrica, Vectores.

1.

Introducción

La Ley de Coulomb dice que "la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario". El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. Se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor sufre los efectos de una fuerza eléctrica dada por la siguiente ecuación:

1

Los campos eléctricos pueden tener su origen en cargas eléctricas. Estos conceptos los extenderemos más adelante para conseguir una mayor comprensión y representando de manera gráfica los resultados obtenidos, observaciones y conclusiones. Mediante el siguiente informe se mostrarán los análisis que se realizaron de la guía número 1 que constaba de unos resultados ya puestos en tablas, la práctica ya estaba realizada. 2.

Metodología

Para la práctica de laboratorio solo se usaron las guías, en este caso se necesitaba realizar el análisis de un experimento que ya se había realizados por estudiantes de una universidad x, donde los datos ya se encontraban descritos en las guías. Para la solución de los ejercicios planteados en la guía dada por el docente se tuvieron en cuenta los conceptos de la ley de coulomb vistos en clase para su solución.

3.

Resultados.

Carga

Magnitud de la carga (c)

Distancia al punto P (m)

Magnitud de la fuerza en P (N)

Dirección de la Fuerza en P (°)

Vector Fuerza

q1 q2 q3 q4

10x10-6 5x10-6 5x10-6 10x10-6

0,21 0,11 0,21 0,11

40,82 74,38 20,48 148,76

14,03 26,56 14,03 26,56

39,60 i – 9,89 j 66,53 i – 33,25 j 19,86 i + 4,96 j 133,06 i + 66,51 j

Tabla 1.

2

Distancia d (cm) 4,15 4,21 4,9 5,66 6,55 7,32 7,62 8,44 9,51 10,33 11,53 12,2 13,8 14,68

Fuerza F (mN) 8,05 7,98 7,14 6,06 4,91 3,99 3,7 3,05 2,49 2,1 1,76 1,55 1,17 1,01 TABLA 2

4.

Análisis de Resultados 

Con los datos experimentales de la tabla 1: Halle analíticamente la fuerza neta aplicada sobre la partícula cuando: a) P está a la derecha del cuadrado a una distancia L2, como muestra la figura 1.

Fuerza neta (sumatoria de vectores Fuerza)



Con los datos experimentales de la tabla 2: a) Dibuje la gráfica Fuerza Vs Distancia. b) Si la gráfica es una curva, interprete y explique su comportamiento. c) Para linealizar la función haga una nueva tabla calculando el logaritmo de cada variable

3

259,08 i + 28,33 j

a)

Dibuje la gráfica Fuerza Vs Distancia

Grafica 1, fuerza en función de la distancia, fuente: propia

b) Si la gráfica es curva, interprete y explique su comportamiento. RTA: Al observar la curva generada por los datos experimentales, se puede interpretar que la fuerza es inversamente proporcional a la distancia al cuadrado; lo cual comprueba la teoría establecida en la ley de coulomb. c)

Para linealizar la función haga una nueva tabla calculando el logaritmo de cada variable.

Distancia [m]*log 10 0,618 0,624 0,69 0,753 0,816 0,882 0,926 0,978 1,014 1,062 1,086 1,14 1,167

Fuerza [c] *log 10 0,906 0,902 0,854 0,782 0,691 0,568 0,484 0,396 0,322 0,246 0,19 0,068 0,004 TABLA 3

Tabla 3, fuerza log[F] y distancia log[d], fuente: propia

4

d) Con los datos de la tabla 3, grafique log[f] vs log[d].

e)

Para la gráfica anterior, encuentre la pendiente y el punto de corte en el eje vertical. Plantee la ecuación de la recta obtenida y de acuerdo a la gráfica que se obtiene de analizar las relaciones de unidades entre la variable dependiente y la independiente.

M=-1,6516 Punto de corte en el eje vertical= 1,9901 Ecuación de la recta: Y=-1,6516X+1,9901

f)

De acuerdo con la ley de coulomb 𝐹 =

𝐶 𝑟2

, aplique las propiedades logarítmicas en base 10 a las variables de esta ecuación y

compare la relación obtenida en el punto e).

F=C/r^2

=>

𝐿𝑜𝑔 [𝐹] = 𝑙𝑜𝑔[𝑐] − log[𝑟 2 ] Log[𝐹] = log[𝑐] − 2log[𝑟]

log[𝑐] = log[𝐹] + 2log[𝑟] log[𝑐] = 2log[F ∗ r] => 10log[𝑐] = 2 ∗ 10log[𝐹∗𝑟] 𝐶 =2∗𝐹∗𝑟

5

5.

Conclusiones

Esta sección es una declaración concisa que responde al objetivo de la práctica de laboratorio. El resultado del porcentaje de error debe ser discutido y comparado con los resultados conocidos. Una parte de la conclusión debe dedicarse al análisis de los errores y discutir cualquier posible fuente de error que pueda haber contribuido al porcentaje de error. La conclusión debe escribirse en el pasado impersonal. ¿Cómo cambiar el experimento para obtener mejores resultados? ¿Qué aprendiste? Explica lo que te dicen los resultados, responde cualquier pregunta planteada por el profesor de laboratorio. También debe presentar pruebas para llegar a la conclusión que se declara. Sus datos deben ser una fuente importante de información para su conclusión. Sin embargo, también es aceptable utilizar otras fuentes (como libros, internet, etc.) si es necesario. Si cree que sus datos son incorrectos, enumere las posibles razones de sus resultados defectuosos (no culpe a su compañero de laboratorio a pesar de que es probablemente su culpa). 6.

Referencias

Cualquier información prestada de otra fuente que no sea de conocimiento común debe ser citada dentro del texto del informe. Todas las fuentes de información deben ser enumeradas en esta sección en el orden como son citadas en el informe de laboratorio.

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