Practica 2

Electrizacin y ley de Coulomb

Alumno: Ortiz Romero Eduardo

Resumen. Observaremos los diferentes tipos de electrizacin de un cuerpo. Demostraremos experimentalmente

la ley de Coulomb.

Introduccin

Electrizacin. Los fenmenos que hoy en da se asocian al trmino electricidad, tienen su origen en la observacin,

en una poca tan remota como 600 A.C. cuando los griegos de la antigedad descubrieron que cuando frotaban

mbar contra lana, el mbar (elektron en griego) atraa otros objetos. El proceso se denomina electrificacin por

frotamiento y para describir la alteracin en las propiedades del material se dice que ha sido cargado o que ha

adquirido carga elctrica.

Despus de muchos experimentos y estudios, se ha llegado a la conclusin de que la

electrizacin por rozamiento no representa un proceso de creacin de carga

elctrica, sino ms bien una separacin de dos tipos de carga que ya se encontraban

presentes en cantidades iguales en el material neutro. Estos dos tipos de carga

reciben el nombre arbitrario de positiva y negativa. La carga positiva se define

como aqullas que queda en una barra de vidrio despus de que esta ha sido frotada

por un pao de seda; dado que el proceso es de separacin, la seda queda cargada

negativamente con una carga igual en magnitud a la de la barra de vidrio.

Dos cargas positivas se repelen entre s, al igual que dos cargas negativas. Una carga

positiva y una negativa se atraen.

La estructura de los tomos se describe en trminos de tres partculas: el electrn,

con carga negativa; el protn, cuya carga es positiva; y el neutrn, sin carga

El nmero de protones o electrones en un tomo neutro de un elemento se

denomina nmero atmico del tal elemento. Si se pierden uno o ms electrones, la

estructura con carga positiva que queda se llama ion positivo. Un tomo negativo es

aquel que ha ganado uno o ms electrones. Tal ganancia o prdida de electrones

recibe el nombre de ionizacin. Para dar a un cuerpo una carga excedente negativa, se puede tanto sumar cargas

negativas como eliminar cargas positivas de dicho cuerpo. En forma similar, un exceso de carga positiva se crea

cuando se agregan cargas positivas, o cuando se eliminan cargas negativas.

La suma algebraica de todas las cargas elctricas en cualquier sistema cerrado es

constante.Otra tcnica diferente con la que un cuerpo cargado da a otro cuerpo una carga

de signo contrario, sin que pierda una parte de su propia carga se llama carga por

induccin.

Un ejemplo seria lo que ocurre al tocar con una pieza de vidrio cargada el platillo metlico

de un electroscopio de Wulf, que consiste fundamentalmente en dos hojas delgadas de oro

que cuelgan de una barra metlica en el interior de un recipiente de vidrio. Al tocar el platillo

metlico con la barra de vidrio las lminas se separan. Esto se debe a que las partculas

elctricamente positivas pasan del vidrio a la barra metlica hasta alcanzar las laminillas, y en virtud de que stas

adquieren la misma carga y son muy ligeras, la carga, aunque pequea, es suficiente para originar una divergencia

visible. Despus de separar la pieza de vidrio, el electroscopio pierde gradualmente la carga y las laminillas

terminan por unirse de nuevo.

Ley de Coulomb. La fuerza que una carga ejerce sobre otra carga , est dada por

=

122

(donde es una constante cuyo valor en el SI es: = 9 109 2 2 )

de manera que la fuerza es proporcional al producto de las cargas y al inverso del cuadrado de la distancia que las

separa.

a) ELECTRIZACIN

Para la experimentacin utilizamos los siguientes materiales y equipos.

Equipo.

2 barras de vidrio

2 barras de mbar

1 franela

1 trozo de cuero

1 electroscopio de Wulf

1 jaula de Faraday

Soporte giratorio

Hiptesis. Al frotar las barras de vidrio y mbar con los trozos de cuero y franela habr un intercambio de

electrones entre los materiales. El mbar y el vidrio se cargaran positivamente y por lo tanto la franela y el cuero

se cargaran negativamente.

1) Electrizacin por frotamiento

Desarrollo experimental

Para el experimento tomamos una barra de vidrio o plstico y la frotamos con nuestro trozo de franela o piel,

haciendo esto en las cuatro posibles combinaciones, despus de esto en cada combinacin acercamos la barra al

platillo del electroscopio de Wolf y observamos lo que suceda.

Resultados y discusiones. La siguiente tabla muestra nuestras observaciones.

Combinacin Observacin

Vidrio y cuero El movimiento de la lmina fue moderado

Vidrio y franela La lmina se movi con mayor fuerza a una distancia mayor del disco

mbar y cuero El movimiento de la lmina fue mayor que con el vidrio

mbar y franela La lmina comenz a moverse a una distancia considerable del disco

En la tabla puede observase que las barras adquieren mayor carga al frotarse con el trozo de franela que con el

trozo de cuero, sin embargo la barra de mbar adquiere una carga

considerablemente grande al frotara con el cuero en comparacin con

la barra de vidrio.

Conclusiones. Investigando hallamos que al frotar una barra de mbar

con un trozo de cuero la barra de mbar adquiere carga positiva y el

trozo de cuero carga negativa y al frotar una barra de vidrio en un

trozo de franela la barra de vidrio adquiere carga positiva y la franela

carga negativa. Es posible que despus de haber frotado la barra de

mbar con el trozo de cuero inmediatamente hayamos frotado la

barra de vidrio y el trozo de cuero lo cual muy probablemente causara

que la carga de la barra de vidrio se neutralizara.

2) Diferentes tipos de carga

Desarrollo experimental

Colocamos una barra de mbar en un soporte giratorio o suspensin. Para el experimento tomamos una barra de

vidrio o plstico y la frotamos con nuestro trozo de franela o piel, haciendo esto en las cuatro posibles

combinaciones, despus de esto en cada combinacin acercamos la barra a la barra de mbar que est en el

soporte giratorio y observamos lo que suceda.

Resultados y discusiones. La siguiente tabla muestra nuestras observaciones.

Combinacin Observacin

Vidrio y cuero Se atraen

Vidrio y franela Se atraen con poca fuerza

mbar y cuero Se atraen

mbar y franela Se atraen

En la tabla puede observase que en cada uno de los cuatro casos las

barras atraen a la barra de mbar suspendida en el soporte giratorio.

Se sabe que las barras adquieren cargas positivas al frotarse con

cualquiera de los dos materiales (cuero o franela).

Conclusiones. Se concluye por lo tanto que la barra de mbar

suspendida en el soporte giratorio presentaba cargada nula

negativa. Esto es dado que, en el caso en que la carga de la barra de

mbar suspendida sea nula, las cargas positivas de las barras

atraeran a los electrones de la barra de mbar suspendida lo que

causara una fuerza de atraccin entre ellas (este fenmeno se explica

en el siguiente experimento). En el caso en que la barra de mbar suspendida tenga carga negativa, evidentemente

se ver atrada por las barras cargadas positivamente.

3) Electrizacin por induccin

Desarrollo experimental

Para el experimento tomamos una barra de vidrio o plstico y la frotamos con nuestro trozo de franela o piel,

haciendo esto en las cuatro posibles combinaciones, despus de esto acercamos la barra al electroscopio de Wulf

sin tocarlo, luego tocamos el platillo del electroscopio con la mano sin retirar la barra, luego retiramos la barra y

nuestra mano y observamos lo que suceda.

Resultados y discusiones. La siguiente tabla muestra nuestras observaciones.

4) Electrizacin por separacin de cargas

Desarrollo experimental

Para el experimento tomamos una barra de vidrio o plstico y la frotamos con nuestro trozo de franela o piel,

haciendo esto en las cuatro posibles combinaciones. Cambiamos el platillo del electroscopio de Wolf por una

jaula de Faraday. Introdujimos el par de barras cargadas en la jaula de Faraday, extrajimos una de las y

observamos lo que suceda, la introdujimos de nuevo y observamos lo que sucedi.

Resultados y discusiones. La siguiente tabla muestra nuestras observaciones.

1. 2 mbar y franela. Cuando se acerca la segunda

barra se mueve la lmina, se saca una barra y se

descarga, cuando se introduce de nuevo se

carga y la lmina se mueve.

2. 2 vidrio y cuero. La lmina se movi, al

introducir las barras se descargan.

3. 2 mbar y cuero. La lmina se mueve al

introducir las barras, la lmina toca el otro

extremo y al introducirla se mueve de nuevo y

toca el extremo.

4. 2 vidrio y franela. No genera movimiento.

5. Vidrio, mbar y cuero. Al introducir ambas

barras genera movimiento. Al sacar el mbar la

lmina se mueve. El mbar tiene mayor carga que el vidrio ya que la lmina se mueve ms que al sacar

el vidrio.

6. Vidrio, mbar y franela. Al introducir ambos no generan mucho movimiento al igual que al sacarlo al

sacar alguna de las dos barras genera movimiento

Conclusiones. Al introducir las barras cargadas en la jaula de Faraday, la carga se vuelve neutra, por la forma del

recipiente, ya que la suma de las cargas es cero, pero al sacar alguna de las barras, esta se carga nuevamente.

b) Ley de Coulomb

Para la experimentacin utilizamos los siguientes materiales y equipos.

Equipo

Balanza de torsin

Amplificador lineal

Generador electrosttico

Multmetro

Portadores de carga (esferas metlicas)

Flexmetro

Nivel de burbuja

Lmpara de iluminacin

Tripie

1) Cargas variables, proyeccin.

Desarrollo experimental

Utilizando la balanza de torsin determinaremos la fuerza que ejercen entre si dos cargas para diferentes cargas,

con una distancia de separacin constante.

Resultados y discusiones. La siguiente tabla muestra nuestras observaciones.

n q(1) [C] q(2) [C] x[m] F[N]

1 2.65E-08 2.20E-08 6.65E-02 7.42552E-06

2 3.20E-08 2.06E-08 7.80E-02 8.70963E-06

3 2.64E-08 2.31E-08 7.10E-02 7.928E-06

4 1.00E-08 1.60E-08 9.45E-02 1.05521E-05

5 2.31E-08 1.90E-08 8.80E-02 9.82625E-06

6 2.00E-08 2.50E-08 7.90E-02 8.8213E-06

7 2.50E-08 2.00E-08 9.10E-02 1.01612E-05

8 2.60E-08 1.90E-08 7.40E-02 8.26299E-06

9 1.70E-08 1.90E-08 9.00E-02 1.00496E-05

10 2.40E-08 2.00E-08 7.80E-02 8.70963E-06

En la tabla aparecen los datos que obtuvimos, la carga q(1) es sobre la esfera en la balanza de torsin y la carga

q(2) es sobre la esfera fija en el tripie. X es la distancia que s recorri sobre la proyeccin desde el origen asignado.

La fuerza se calcul con la siguiente frmula

=

2

Donde = 4.04663 105 que obtuvimos en la prctica 1(mtodo dinmico), ya que es la misma

balanza de torsin.

R=3.02m

r=6cm

d=8cm

Se muestra una grfica 12

Tenemos que la fuerza es proporcional al producto de las cargas

12

Es decir

= 12

Del ajuste obtenemos = (12) +

Donde 0 y =

2 , entonces = 2

Por lo tanto

y = -5E+09x + 1E-05

0

0.000002

0.000004

0.000006

0.000008

0.00001

0.000012

0 1E-16 2E-16 3E-16 4E-16 5E-16 6E-16 7E-16

_1 _2

=

2(12) + 0

Del ajuste obtuvimos que = 5 109(12) + 1 105

De donde = (5 109)(.08)2 = 3.2 107 2 2

Conclusiones. La magnitud de la fuerza elctrica entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al

producto de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. La cosntate de

proporcionalidad es = 3.2 107 2 2

2) Cargas variables, ngulo.

Desarrollo experimental

Utilizando la balanza de torsin determinaremos la fuerza que ejercen entre si dos cargas para diferentes cargas,

con una distancia de separacin constante.

Resultados y discusiones. La siguiente tabla muestra nuestras observaciones.

n q(1) [C] q(2) [C] F [N]

1 1.30E-08 1.32E-08 60 9.3756E-07

2 1.30E-08 1.36E-08 64 1.00006E-06

3 1.37E-08 1.57E-08 66 1.03132E-06

4 1.36E-08 1.51E-08 72 1.12507E-06

5 1.36E-08 1.51E-08 73 1.1407E-06

6 1.38E-08 1.50E-08 72 1.12507E-06

7 1.28E-08 1.34E-08 58 9.06308E-07

8 1.35E-08 1.48E-08 70 1.09382E-06

9 1.37E-08 1.54E-08 74 1.15632E-06

10 1.34E-08 1.42E-08 65 1.01569E-06

En la tabla aparecen los datos que obtuvimos, la carga q(1) es

sobre la esfera en la balanza de torsin y la carga q(2) es sobre la

esfera fija, es el ngulo que se forma con la torsin.

La fuerza se calcul con la siguiente frmula

=

Donde = 10 y = 1.5626 107

Se muestra una grfica

Por falta de tiempo slo realizamos los experimentos en el que las cargas eran variables.

y = 2E-08x - 2E-20

0

0.0000002

0.0000004

0.0000006

0.0000008

0.000001

0.0000012

0.0000014

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Bibliografa:

Fsica universitaria,sears-zemansky, 12ava edicion-vol2, Captulo 21

Campos Electromagnticos, Wangness, Captulo 2

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/108/htm/sec_5.htm

http://es.mashpedia.com/Electr%C3%B3metro

http://de.academic.ru/dic.nsf/dewiki/385052