UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON

FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE FISICA

LABORATORIO DE FISICA BASICA 3

INFORME N°1, CARGA ELECTRICA

SEMESTRE:2/021

GRUPO: MARTES – 6:45

DOCENTE VICTOR GUTIERREZ MARTINEZ

NOMBRE VICTOR HUGO FLORES VARGAS

FECHA 20/10/2021
 INFORME N°1, CARGA ELECTRICA

OBJETIVOS:
a) Hallar la relación entre fuerza y campo eléctrico
b) Determinar el valor de la carga eléctrica inducida en el disco metálico
TEORÍA EN CLASE:
Carga eléctrica es na propiedad de la matera que da lugar a la
interacción eléctrica, representado en la ley Coulomb. “carga de
igual signo se repelen y cargas de signos contrarios se atraen con
una intensidad proporcional a las cargas e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia que separa las cargas y
en la dirección de la línea que une las cargas.
CAMPO ELECTRICO: es la región del espacio en la que una carga
eléctrica experimenta una fuerza proporcional a la intensidad del
campo y paralelo si la carga es de signo positivo y antiparalelo si
la carga es de signo negativo
POTENCIAL ELECTRICO: es la energía potencial por unidad de
carga eléctrica asociada a un punto del espacio donde actúan el
capo eléctrico.
FUNDAMENTO TEÓRICO:
El campo eléctrico 𝑬 es una magnitud física vectorial que es
generado por cargas eléctricas. Para detectar la presencia de un
campo eléctrico, generalmente se utiliza una carga de prueba que
experimenta la fuerza eléctrica:
1.3 𝑭 = 𝑞𝑬
Cálculo de la fuerza eléctrica:
Con la balanza de torsión se puede determinar la fuerza que una
carga eléctrica experimenta, en el equilibrio el torque neto en la
balanza de torsión es:
1.2 ∑𝜏 = 0
La fuerza eléctrica produce un torque que es contrarrestado por el
torque de restitución en el alambre:
1.3 𝐹𝑏 − 𝑘𝜃 = 0
Donde 𝐹 es la fuerza eléctrica, 𝑏 es el brazo, 𝑘 la constante de
torsión y 𝜃 es ángulo torcido. A partir del péndulo de torsión, la
constante 𝑘 es:
1.4 𝑘 = 𝐼 ( 2𝜋/ 𝑇 ) ^ 2
y el momento de inercia de una varilla con eje que pasa el centro
de masa es:
1.5 𝐼 = 1/12 𝑀𝑙 ^2
y de la ecuación 1.3, se tiene:
1.6 𝐹 = 𝑘𝜃 𝑏
Cálculo del campo eléctrico El campo eléctrico está relacionado
con el potencial eléctrico por:
1.7 𝑬 = − ∇𝛗
y para el caso de un capacitor de placas paralelas, la ecuación 1.7
se reduce a:
1.8 𝑉 = 𝐸𝑑
donde V es la diferencia de potencial (voltaje), y d es la distancia
de separación entre las placas. De la ecuación 1.8, la magnitud
del campo eléctrico es:
1.9 𝐸=𝑉𝑑

Materiales
▪ Balanza de torsión, varilla metálica
▪ Balanza digital, regla, cronómetros, calibrado vernier
▪ Condensador de placas paralelas circular
▪ Carga puntual (paleta)
▪ Fuente de alta tensión
▪ kilo-voltímetro analógico
▪ Escala graduada (pantalla)
▪ Lámpara con lente condensador
▪ Transformador 220 V a 6 V
▪ Soporte de altura variable y soporte universal
▪ Dos resistores de 100 𝑀𝛺
▪ Vaso de precipitación de 500 ml
Procedimiento experimental :
Verificación del campo eléctrico
1. En una de las placas, colocar pedacitos de papel de carbón,
seguidamente conectar la fuente de alta tensión al condensador.
2. Al incrementar el voltaje entre las placas del condensador, se
observará la alineación de los pedacitos del papel de carbón en la
dirección de las líneas de campo eléctrico.
Determinación de la carga eléctrica:
▪ Medir la longitud y la masa de la varilla metálica.
▪ Medir el brazo de la paleta.
▪ Medir el tiempo de oscilación para el cálculo del periodo (seguir
las instrucciones del docente)
▪ Armar el esquema del montaje de la
▪ Incrementar el voltaje y medir el desplazamiento 𝑺 de la luz
reflejada en la pantalla con escala graduada.
▪ Con las medidas del voltaje y desplazamiento, completar la tabla
1.1
 EXPERIMENTO
a) Cálculo de la constante de torsión (k)
Registrar los resultados de las siguientes mediciones:
Longitud de la varilla:

L=[240+-0.001][mm]0.0004%

Masa de la varilla:

M=[57.00+-0.001][g]0.002%

El valor del periodo:

T=[4.6+-0.001[s]0.02%

Con la ecuación 1.4, calcular la constante de torsión:

K=0.00051.458
b) Registro de datos para el cálculo del campo eléctrico y la fuerza.
Separación entre las placas del capacitor:

D=40mm

En la tabla 1.1 registrar los valores del voltaje y los desplazamientos S.

n 𝑽 [𝐕] 𝐒[𝐜𝒎]

1 1000 3.3

2 1500 5.3

3 2000 7.4

4 2500 9.2

5 3000 11

6 3500 13

Tabla 1.1 Mediciones del voltaje y el desplazamiento 𝐒 de la luz reflejada.

1.6 Resultados:
Utilizando la ley de la reflexión, y a partir de la relación trigonométrica entre
𝐿 y 𝑆, el ángulo de torsión del alambre (𝜃) está dado por la siguiente
ecuación:

𝜃 = 1/2 tan−1 (𝑆 /𝐿)

1 0.024 rad
2 0.038 rad
3 0.053 rad
4 0.065 rad
5 0.078 rad
6 0.092 rad

Con las ecuaciones 1.6 y 1.9, completar la tabla 1.2

1.6 𝐹 = 𝑘𝜃 /𝑏
1.9 𝐸 = 𝑉 /𝑑

N° E [V/m] F[N]
1 25000 7.8532x10 ^-5
2 37500 1.2434233x10 ^-4
3 50000 1.73424833x10 ^-4
4 62500 2.12690833x10 ^-4
5 75000 2.55229x10 ^-4
6 87500 3.0103933x10 ^-4

x=[25000 37500 50000 62500 75000 87500]

y=[0.000078532 0.00012434233 0.000173424833
0.000212690833 0.000255229 0.00030103933]

A partir de la tabla 1.2, graficar la fuerza en función del campo eléctrico

(figura 1.2).
Figura 1.2 Fuerza eléctrica en función del campo eléctrico
Según la curva de ajuste de la figura 1.2 el modelo de ajuste es:
LINEAL

Con el método de mínimos cuadrados, determinar los parámetros de la

curva ajustada con sus respectivos errores

A=-0.8725

B=0.0003

r=0.9996

La ecuación de ajuste seleccionada es:

F=B(E)+A

F=A + B
F=A + B
E
F=0.0003*E-0.8725

Comparando la ecuación 1.1 con el modelo de ajuste escogido, determinar

el valor de la carga eléctrica con su respectivo error:

1.3 𝑭 = 𝑞𝑬
Q=[0.0003+-0.0001]33.33%

1.7 Cuestionario 1.
¿Verifica la ecuación teórica con la relación obtenida de fuerza con campo
eléctrico? Justifique su respuesta.
R=- De la ecuación teórica tenemos que: F=q*E y la obtenida tenemos que:
F=-0,8725+0,0003*E ese valor de -0,8725 es la intersección de la línea con
el eje y, como podemos apreciar es muy próximo a 0 como también r es muy
próximo a 1 por lo que nos confirma que tenemos una recta casi perfecta,
no lo es porque a lo largo de las operaciones hubo la propagación de errores
y los redondeos.
2. Explicar el funcionamiento de la balanza de torsión.
R=Está constituida por un material elástico sometido a torsión. Cuando se
le aplica una torsión, el material reacciona con un par torsor contrario o
recuperador
3. Determinar la carga de la paleta y su error.
R=La carga de la paleta fue tomada como una carga puntual, por lo tanto,
la carga seria q= (0,0003±0,0001);33,33%, tiene un porcentaje alto de error
debido a los redondeos a lo largo de las operaciones.
4. Demostrar que el campo eléctrico producido por una superficie
conductora es 𝜎 /2𝜖
R=Con la ley de Gauss calculamos el campo eléctrico en la superficie.

∫E *dA=qenc/ε0
Tenemos que:
 2*E * A=qenc /ε0
Despejando E se tiene:
E=qenc /2*A*ε0
Puesto que qenc = Q se tiene:
E=Q/2*A*ε0
También se sabe que
σ=QA
Entonces se tiene:
E=σ/2ε0
5. Explicar los motivos por los cuales se asume que la paleta puede
considerarse como una carga puntual.
R=Se toma como una carga puntual porque las medidas son tomadas lo
más próximo al centro, (simulando que es una carga puntual) de la paleta .
6. Demostrar la ecuación 1.4

R= K=4π^2*I/T
∑τ=0
Fb−kθ=0

Momento de inercia de la varilla

I=1/12 *M* L^2

La constante k es:

K=I(2π/T) ^2
Reemplazando en la anterior Ec:

K=1/12* M *L^2(2π/T) ^2
K=4π^2M*L^2/12*T^2
K=π^2*M*L^2/3T^2
Conclusiones
Al finalizar este experimento se pudo encontrar la relación entre la (fuerza y
el campo eléctrico) F=q*E con un gráfico de la fuerza en función del campo,
la carga (q) que hallamos tiene un porcentaje de error muy alto debido a los
redondeos realizados en el transcurso del experimento.
También se pudo demostrar la relación entre el potencial eléctrico y la
distancia que esta dad por E=V/d, mientras más voltaje a la misma
distancia, el campo eléctrico aumenta. Así mismo se pudo determinar la
constante de torción K con el menor error posible de obtener.
Bibliografía
- Apuntes de las clases.

- Grafica sacada de Matlab.