Universidad CentroamericanaUCA

Ingeniera en Sistemas y Tecnologas de la Informacin

Clculo y Fsica 2

INFORME LABORATORIO N4

Tema: Cargas y campos elctricos

Nombres:

Mara Auxiliadora FloresMarlen Gmez

Profesor:Carlos Vargas

Managua, 19 de octubre del 2012

Introduccin

El laboratorio N4 de la asignatura de clculo y fsica 2 tena como objetivo Comprender la importancia de la Ley Coulomb y de Gauss en la fsica moderna, aplicando los teoremas de Gauss para describir las propiedades electrostticas de un conductor.

Coulomb ide un mtodo ingenioso para hallar como depende de su carga la fuerza ejercida por o sobre un cuerpo cargado. Para eso se bas en la hiptesis de que si un conductor esfrico cargado se pone en contacto con un segundo conductor idntico, inicialmente descargado, por razones de simetra la carga del primero se reparte por igual entre ambos. De este modo dispuso de un mtodo para obtener cargas iguales a la mitad, la cuarta parte, etc., de cualquier carga dada. Los resultados de sus experimentos estn de acuerdo con la conclusin de que la fuerza entre dos cargas puntuales, q y q', es proporcional al producto de stas. La expresin completa de la fuerza entre dos cargas puntuales es.

En fsica, la carga elctrica es una propiedad intrnseca de algunas partculas subatmicas (prdida o ganancia de electrones) que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnticas entre ellas. La materia cargada elctricamente es influida por los campos electromagnticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interaccin entre carga y campo elctrico origina una de las cuatro interacciones fundamentales: la interaccin electromagntica.

Las alumnas que elaboraron este laboratorio corresponden a las estudiantes de tercer ao de la carrera de ingeniera en sistemas y tecnologas de la informacin, de la facultad de ciencia y tecnologa: Mara Auxiliadora Flores y Marlen Gmez .Esta prctica se elabor en el laboratorio de Fsica ubicado en el edificio R de la facultad.

Esta prctica nos ayudara a todos los estudiantes que realizaron esta prctica para reforzar conocimientos previos que habamos aprendidos en asignaturas pasadas y adems aprendimos nuevas tcnicas para manipular algunos materiales que se encuentran en el laboratorio.Familiarizarse con los componentes electrnicos bsicos que existen en el mercado. Diferenciar dichos componentes y conocer los parmetros caractersticos necesarios para su seleccin

Objetivos

Objetivo general

Comprender la importancia de la Ley Coulomb y de Gauss en la fsica moderna, aplicando los teoremas de Gauss para describir las propiedades electrotrasticas de un conductor.

Objetivos especficos

Identificar el comportamiento de las cargas elctricas positivas y negativas.

Tener los conocimientos necesarios para asi poder calcular la fuerza elctrica entre dos cuerpos cargados elctricamente

Marco TericoLaley de Coulombpuede expresarse como:La magnitud de cada una de las fuerzas elctricas con que interactan 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.La constante de proporcionalidad depende de la constante dielctrica del medio en el que se encuentran las cargas.

Elcampo elctricoes uncampo fsicoque es representado mediante unmodeloque describe la interaccin entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturalezaelctrica.1Matemticamente se describe como uncampo vectorialen el cual unacarga elctricapuntual de valorsufre los efectos de unafuerzaelctricadada por la siguiente ecuacin:

Ley de FaradayLaLey de induccin electromagntica de Faraday(o simplementeLey de Faraday) se basa en los experimentos queMichael Faradayrealiz en1831y establece que elvoltaje inducidoen uncircuitocerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en eltiempoelflujo magnticoque atraviesa unasuperficiecualquiera con el circuito como borde:1

Dondees el campo elctrico,es el elemento infinitesimal del contornoC,es ladensidad de campo magnticoySes una superficie arbitraria, cuyo borde esC. Las direcciones del contornoCy deestn dadas por laregla de la mano derecha.

Procedimiento

En esta sesin de laboratorio se requiri de material especial para su desarrollo. Cada estudiante conto con una gua a resolver

Esta sesin de laboratorio est orientada a la simulacin de diversos applets los cuales requieren de orientaciones particulares. Por tanto siga las indicaciones dadas a continuacin para cada enlace de simulacin.

Applet I: Ingrese al curso de interactivo de fsica con ordenador, siga los vnculos requeridos para llegar a la ley de Coulomb. Electromagnetismo. Campo Elctrico. Ley de Coulomb. - Objetivo especfico: Conocer los procedimientos para cargar un conductor electrostticamente y para medir una carga electrosttica.Describir de forma resumida qu es el electrforo y para qu se utiliza (No transcriba el texto de la pgina).

El electrforo es un aparato muy simple que consiste en un disco metlico unido a un mango aislante. Se usa para separar cargas de la materia neutra. Una vez cargado, si tocamos con l a un objeto aislado podemos traspasarle su carga. Analice los fundamentos tericos del electroscopio: Plantee el diagrama de cuerpo libre que da origen a la ecuacin y las dos ecuaciones de equilibrio Fx y Fy; iguales la tensin T de ambas ecuaciones para eliminar esta variable, para obtener una ecuacin de la fuerza en funcin del ngulo ( tan ).

Plantee la ecuacin de la ley de Coulomb. Utilizando trigonometra, determine cunto vale la distancia entre las cargas r y sustituya esta expresin en la ecuacin de la Fuerza (ley de Coulomb). Despeje q como funcin de , es decir, q=f(), que es ms fcil despejar. Nota: El applet le suministra el grfico de = f(q), que es una funcin cbica.

Utilice virtualmente el electroscopio con dos partculas de masas seleccionadas a su discrecin y deben entregar los resultados de estos dos ejercicios que realicen, lleve los datos a la tabla 1.

M=0.06 KgAngulo de separacin=15

F=mg tan =0.06Kg (9.8 m/s2) tan15=0.267 Nr=2L sen = 2(0.6m) sen15=0.25 mq=r(F/K)=0.250.267N/(9*109) =5.55*10-3

M=0.05 KgAngulo de separacin=200F=mg tan =0.05Kg (9.8 m/s2) tan20=0.178345 Nr=2L sen = 2(0.5m) sen20=0.3420 mq=r (F/K)=0.340.178/(9*109) =1.512 x 10-6

M=100 grAngulo de separacin=200F=mg tan =0.100Kg (9.8 m/s2) tan20=0.356 Nr=2L sen = 2(0.5m) sen20=0.34 mq=r(F/K)=0.340.356N/(9*109) =2.13*10-6C

PartculaAngulo de separacin(en grados)Separacin entre cargasr (en metros)Carga calculada(en Coulomb)

1: Masa (g) = 601500.52 m3.03*10-6 C

2: Masa (g) = 502000.3420 m1.512 x 10-6

3: Masa (g) = 1002000.34 m2.13*10-6C

Applet II Ingrese al curso de interactivo de fsica con ordenador, siga los vnculos requeridos para llegar a Conductores. Campo elctrico/ La cubeta de Faraday/ Conductores. - Objetivo especfico: Aplicar el teorema de Gauss en un conductor cargado, slido o hueco, con cargas en reposo, para localizar el exceso de carga y analizar la transferencia de carga cuando entran en contacto.Analice el campo y el flujo elctricos en el interior de:Un conductor slidoEn un conductor solido es caracterizado porque los portadores de carga se pueden mover libremente, es por eso que si las cargas en un conductor en equilibrio esta en reposo, la intensidad del campo elctrico debe ser 0.Un conductor huecoEn un conductor hueco el campo y la carga elctrica tambin son ceros. Ante esto el exceso de carga se sita en el exterior del conductor.

Consideremos ahora el caso en el cual hay una cavidad dentro del conductor, y no hayobjetos cargados dentro de esta:

Un conductor hueco con una carga dentroCuando hay una carga q dentro de un conductor, el campo y flujo elctrico son ceros, de manera que cuando la carga en el hueco se pega a la pared, el conductor se descarga y la carga queda en la pared de forma externa.

El campo en el interior del conductor es cero. El flujo a travs de la superficie cerradaSser cero La carga en el interior de dicha superficie ser tambin cero.

Analice la transferencia de carga en un conductor con una carga ubicada el interior de una cavidad utilizando el applet: /La cubeta de Faraday/ para visualizar el proceso de transferencia de carga (en forma discreta) de un conductor con una carga en su interior hueco y resuelva utilizando el applet:Conductor hueco con una carga en su interior Hay cargas elctricas en la cara interior de un conductor hueco con una carga en su interior? S o no, y por qu?Si hay cargas elctricas ya que la carga que esta adentro(positiva) atrae a la carga negativa.Hay campo elctrico en la zona hueca del conductor? S o no, y por qu?Este campo elctrico depende de la carga que se encuentre en la esfera.Hay campo elctrico en la zona slida del conductor? S o no, y por qu?No hay campo elctrico porque en un conductor solido el valor del campo elctrico es cero

Hay campo elctrico en la zona exterior del conductor? S o no, y por qu?Si hay campo elctrico ya que adentro hay una carga que hace repulsin y esto hace que el exterior del conductor este cargadoConductor hueco con una carga en su interior que toca la pared interna del conductor

Se mantendrn las cargas elctricas en la cara interior de un conductor hueco con una carga en su interior? S o no, y por qu? No porque se cancelan las cargas de la bola con el mismo numero de cargas en el interior del conductor

Hay campo elctrico en la zona hueca del conductor? S o no, y por qu? No hay campo elctrico porque la carga positiva ya ha sido transferida al conductorHay campo elctrico en la zona exterior del conductor? S o no, y por qu? Si porque las cargas de la bola han sido transferidas, y la superficie externa siempre queda con la misma carga.

Evaluacin Haga una descripcin de los applets utilizados. Applet 1= podemos decir que esta basado en un estetoscopio que a partir de la masa, nos daba un Angulo. Esto era necesario para saber la carga que se estaba midiendo. Adems nos presentaba una grafica en el cual se mostraba la carga en C con respecto al Angulo y la masaApplet 2= era un ejemplo de cmo funcionaba los campos elctricos, y conductores y como se iba acumulando carga positiva en la cubeta.Presente el desarrollo terico que se sigue para calcular la carga, q, en el electroscopio.Lo primero que se hace es medir la carga de un objeto de masa x con el electroscopio, esta nos va a arrojar un ngulo.Luego se desarrolla por medio de vectores, la formula de la fuerza con que la aguja del electroscopio es movida. Formula de la fuerza F=mg tan Luego por medio de vectores y el teorema de Pitgoras, calculamos la formula del radio (distancia) que hay entre las agujas del electroscopio. r=2L sen Por ultimo se despeja q de la formula de la ley de Coulomb. q=r(F/K)

Elabora sus conclusiones respecto a cada experimento de simulacin realizado. Como conclusin del primer experimento es que fue practico, para saber utilizar el electroscopio, ya que es muy importante en la medicin de las cargas. Adems aprendimos un importante uso de lo que es la ley de Coulomb ya que solo la hemos estudiado superficialmente.En el experimento de la cubeta de Faraday fue mas terico ya que vimos el comportamiento de los conductores con respecto a las cargas que tienen, sus superficies externas e internas.Todo este laboratorio nos muestra la importancia de saber sobre la ley de Coulomb y la ley de Faraday.

ConclusinIdentificamos el comportamiento de las cargas elctricas positivas y negativas. El campo elctrico es un campo fsico que es representado mediante un modelo que describe la interaccin entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza elctricaTuvimos los conocimientos necesarios para as poder calcular la fuerza elctrica entre dos cuerpos cargados elctricamenteEste informe fue muy satisfactorio porque logramos culminar todas las actividades y los objetivos propuestos al inicio de este primer laboratorio de ha con xito. Al elaborar el siguiente informe fue necesario buscar informacin para definir la metodologa que usamos en la recoleccin y anlisis de la informacin encontrada. Los resultados fueron muy satisfactorios porque se llev a cabo todas las actividades propuestas por el docente al inicio de la sesin de clase.

Referencias Bibliograficas Coshitl, C,(2010). CampoElectrico .Recuperado el 15 de julio de 2010, de http://campoelectrico.com/Electrico /.

Universidad Nacional , RH (2004).Leyes Gauus,Faraday,Columb. Recuperado en julio del 2004, http://aprendeenlinea.udea.edu.co/lms/moodle/file.php/ /gauss/documentos/Conductor_hueco.pdf

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