Fuerza eléctrica - práctica
Enviado por Rouge Red • 3 de Junio de 2017 • Tarea • 1.997 Palabras (8 Páginas) • 265 Visitas
Fuerza eléctrica.
Resumen
En la presente práctica se observó la acción de la fuerza electrostática comprendiendo las variables que afectan el comportamiento de èsta bajo distintas circunstancias. Una esfera fue cargada 8 veces con distintas cargas cada vez y fuè medido su voltaje; consecutivamente, dos esferas fueron cargadas, primeramente variando la distancia entre ambas esferas con idéntica carga, y, finalmente variando la magnitud de las cargas a una distancia constante, una de ellas se encontraba fija en la balanza de torsión, mientras que la otra era capaz de desplazarse gracias a una base adecuada. Se calculó la constante de torsión mediante un ajuste por mínimos cuadrados con los datos proporcionados por el laboratorio.
I.Introducción.
En 1785, Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), físico e ingeniero francés que también enunció las leyes sobre el rozamiento, presentó en la Academia de Ciencias de París, una memoria en la que se recogían sus experimentos realizados sobre cuerpos cargados, y cuyas conclusiones se pueden resumir en los siguientes puntos: *Los cuerpos cargados sufren una fuerza de atracción o repulsión al aproximarse. *El valor de dicha fuerza es proporcional al producto del valor de sus cargas. *La fuerza es de atracción si las cargas son de signo opuesto y de repulsión si son del mismo signo. *La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Estas conclusiones constituyen lo que se conoce hoy en día como la ley de Coulomb, que nos define a la fuerza eléctrica como aquella fuerza con la que se atraen o repelen dos cargas puntuales en reposo, y que es directamente proporcional al producto de las mismas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y actúa en la dirección de la línea que las une.
La Ley de Coulomb [1] viene dada por:
(1)[pic 1]
donde Q1 y Q2 son las cargas y d es la separación entre ellas. Más allá de la Ley de Coulomb tenemos que: “La carga de un par de conductores es proporcional a la diferencia de potencial entre ellos”. Lo cual queda expresado en la siguiente ecuación:
(2)[pic 2]
donde la constante de proporcionalidad C se conoce como la Capacitancia del sistema de conductores, V es el voltaje y Q la carga.
II. Desarrollo experimental.
En la primera parte experimental se midió la capacitancia de la Jaula de Faraday con un multímetro, después se precisó el error del multímetro, y se le restó a la lectura de la Jaula de Faraday, dándonos como resultado la capacitancia del sistema.
Posteriormente se conectó el electrómetro a la Jaula de Faraday, con la terminal negra en el círculo exterior y la terminal roja en el interior, presionamos el botón “zero” del BASIC ELECTROMETER [PASCO ES-9078] y se introdujo la esfera previamente cargada por un una Frederiksen Power Supply 0-6000 V DC 3660.50, se registró la lectura, como se puede ver en la Fig. I. Repetimos este mismo procedimiento con 8 cargas distintas, los datos se registraron en la tabla I.
Continuamos con la calibración la balanza de torsión número uno, otorgada por el laboratorio, manteniendo tanto el cable, como el brazo movible, a cero grados, y, en una posición donde las marcas del brazo coincidan, respectivamente. La base fue fijada perpendicularmente a uno de los extremos de la balanza, como se muestra en la Fig. II. Se posicionó la esfera de la base en el extremo más alejado a la otra esfera y, usando la fuente de alto voltaje, ambas se cargaron con una carga idéntica de 6KV; la esfera de la base se deslizó lentamente a través del riel y se observó en qué punto de la escala, la esfera de la balanza, comenzaba a desplazarse moviendo las marcas del brazo, se registró tal distancia. La perilla de grados se giró hasta que las marcas del brazo coincidieron, se anotaron los valores correspondientes y se regresaron, tanto la perilla como las marcas del brazo, a sus posiciones iniciales.
Se separaron nuevamente las esferas y se descargaron por medio de contacto con directo con una persona cuya mano tocaba la esfera y la otra a una placa de aluminio conectada a tierra.
[pic 3]
FIGURA I. Montaje del sistema de la Jaula de Faraday y del electròmetro mientras una esfera es introducida para su medición.
[pic 4]
FIGURA 1I. Montaje del sistema conformado por la balanza de torsión y la base fijada perpendicularmente a uno de sus extremos. Se puede observar cómo las esferas quedan posicionadas sobre un mismo eje imaginario que cruza paralelamente a la escala de la base, sobre el riel.
Este procedimiento se repitió con 8 distintas distancias. Cada dato fue registrado en la tabla II.
Después se prosiguió a cargar la esfera de la base con la misma carga que la esfera de la balanza, esta última permaneciendo constante a 6 KV y ambas esferas permaneciendo constantes a una distancia de .06 m durante esta fase del experimento, y al igual que en la segunda parte, se registró el valor en grados de la perilla. Se repitió el procedimiento variando la carga de la esfera de la base otras 7 veces distintas y cada dato fue registrado en la tabla III.
Como última actividad, mediante una serie de datos proporcionados por el laboratorio, presentes en la tabla IV, que establecián una correspondencia entre masas colocadas sobre la esfera y los ángulos necesarios para mantener a la esfera en una posición de equilibrio, se precisó la fuerza de torsión de la balanza haciendo uso de la igualdad, (ver tabla IV):
(3)[pic 5]
Una vez obtenida la fuerza correspondiente a cada masa, se graficó en el programa Origin 7.5 la fuerza en función del ángulo, se tomó a la pendiente de la recta como la constante de torsión del resorte, se puede observar en la Fig. III.
...