Ley de Coulomb.. Trabajo

 

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:  ...........................................................................................................................................

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Ley de Coulomb ................... ................. ................. ................. .................. ................. .................. .................. ...... 5 Cargas iguales se repelen, cargas diferentes se atraen.   ...................................................................

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  .................................................................................................................................. 5 Preliminares: 

La materia:  ................................................................................................................................

5

Objeto cargado:  .........................................................................................................................

5

Carga eléctrica (q):....................................................................................................................

5

Características de la carga eléctrica:  ....................................................................................... 5 Tipos de materiales:  ..................................................................................................................

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Introducción a la ley de Coulomb  ....................................................................................................

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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  ........................................................................................

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Conclusiones  ....................................................................................................................................

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Webgrafía.........................................................................................................................................

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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 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     o cargas elementales. Por lo tanto e es aproximadamente 1,602  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 capacidad intermedia para transportar carga eléctrica.

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semiconductor es un material con la

 

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 p or la fuerza gravitacional    La expresión que las relaciona involucra las masas  y  

de ambos cuerpos, la

distancia r entre ellos, y una constante G (constante universal gravitacional)



  

  

 

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  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    y    (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.

  

| || | 

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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:

  y  : 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× (N.    )/    

 : 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 c antidades iguales iguale s de cada tipo de d e 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-leyde-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 de Coulomb http://webs.um.es/gregomc/LabESO/Coulomb/Leycoulomb_Guion.pdf

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