FORMATO PARA PRACTICAS DE LABORATORIO

PROCESO: GESTIÓN DE RECURSOS, INFRAESTRUCTURA Y

LABORATORIOS

LA-FM-007 Versión: 4 Fecha: 15/03/2019 Página 1 de 9

INFORMACIÓN BÁSICA
NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
PRÁCTICA.: 3
Ley De Coulomb
ASIGNATURA:
Física Electromagnética
TEMA DE LA PRÁCTICA:
Electrostática
LABORATORIO A UTILIZAR:
Laboratorios de Física
TIEMPO: 4 horas TRABAJO GRUPAL: TRABAJO INDIVIDUAL:

CONTENIDO DE LA GUÍA
COMPETENCIAS DISCIPLINARES
 Interpreta los conceptos de la ley de Coulomb a través de la balanza de torsión, para entender el
concepto de fuerza eléctrica.
 Establece la relación de la fuerza eléctrica entre dos cargas y la distancia que las separa, para
asociar dependencias según la ley de Coulomb.
 Analiza la variación de los ángulos en la balanza de Coulomb en función de la constante de torsión
(k) del filamento de tungsteno, para relacionarlos con la fuerza eléctrica presente entre las cargas.
COMPETENCIAS INVESTIGATIVAS
 Realiza la búsqueda bibliográfica en fuentes confiables que permitan dar respuesta a las situaciones
problema evidenciados en la consulta previa y en el informe de laboratorio
MARCO TEÓRICO

Infografía 1. La ley de coulomb. https://www.imgrumweb.com/post/Bd0lcbFDNKn

La ley de Coulomb, en honor a Charles Agustín Coulomb (1736-1806) puede resumirse en tres principios:
1. Hay dos clases de carga eléctrica, conocidas como, positiva y negativa.
2. Dos cargas puntuales ejercen entre sí una fuerza que actúa a lo largo de la línea que las une, su
magnitud es inversamente proporcional al cuadrado de las distancias que las separa, ver ecuación 1.
3. Esta fuerza también es proporcional al producto de las cargas, repulsiva para cargas iguales, y
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atractiva para cargas contrarias, ver

Infografía 1 (Sears y et al. 2005).
La ley de Coulomb según la figura 1, establece que la
fuerza que experimenta una carga puntual q1, debido
a una carga puntual q2, separadas una
distancia r12, puede escribirse en forma
vectorial como:
Figura 1. Ley de Coulomb (Serway, 2005)
 qq
F12  k 1 2 2 rˆ12
r12 (1);
2
1 9 Nm
k  8.9  10
con
4 0 C 2 (2)


Donde 0 es conocida como la permitividad del vacío y k la constante de coulomb en el vacío (Freedman y
et al. 2009).
CONSULTA PREVIA.
La siguiente actividad tiene como objetivo, realizar un análisis preliminar a la Ley de Coulomb.
 Ingrese a la siguiente dirección:
http://www.youtube.com/watch?v=CBC7lcZKaK0&feature=related
 Interactúe con el video y compleméntelo con lecturas de los textos guía.
Cada grupo de trabajo debe realizar una infografía del tema tratado y enviar a su docente por Aulanet.
PALABRAS CLAVE * Fuerza eléctrica, ley de Coulomb, Carga eléctrica, Permitividad.
METODOLOGÍA

MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS A UTILIZAR

Materiales y Equipos Reactivos Materiales Estudiante

1 Balanza de Coulomb Hojas de papel Milimetrado
1 Electrómetro
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1 Jaula de Faraday
1 Fuente de alto voltaje (6.00kV)
Sonda para cargar esferas
1 Balanza
1 Cables de conexión
.

PRECAUCIONES Y MANEJO DE MATERIALES Y EQUIPOS. CONSULTA DE EQUIPO ESPECIALIZADO.

 El estudiante deberá repasar los conceptos antes mencionados, se les hará entrega de los
elementos, verifique el estado de los mismos en el momento en que se le entreguen.
 El voltaje producido por la fuente de voltaje es realmente alto, pero la cantidad total de corriente es
baja. Así, aunque no produce daños permanentes, el “shock” puede ser desagradable. Sin embargo,
no hay ninguna razón para asustarse, si se tienen las precauciones respectivas. ¡Importante evitar
el contacto entre los polos positivo y negativo de dicha fuente!
 Evite el contacto directo de la piel con la punta de carga.
 Tenga cuidado a la hora de hacer las conexiones eléctricas a fin de no recibir una descarga.
PROCEDIMIENTO A UTILIZAR

 Arme el montaje de la Figura 1.

Figura 1. Montaje Experimental (PASCO 1996).

Parte A: Fuerza eléctrica en función de la distancia; “Potencial constante y distancia variable”.

Figura 2. Montaje Experimental (PASCO 1996).

1. Ubique las esferas de tal forma que la distancia mínima entre centros de masa sea de (5.0 ± 0.1) cm.
2. Asegúrese que las esferas se encuentren inicialmente descargadas, utilice el cable conectado a la tierra
de la fuente, para este proceso.
3. Coloque el transportador en su posición de cero y rote el soporte que sujeta el hilo de torsión en su parte
inferior hasta conseguir que la esfera suspendida se oriente con ángulo cero.
4. Encienda la fuente de alta tensión y coloque sobre ella un potencial Fijo de (6.0 ± 0.1) kV.
5. Utilizando la sonda metálica conectada a la fuente de alto voltaje, cargue ambas esferas al potencial
suministrado.
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6. Apague la fuente para evitar fugas de carga e Inmediatamente registre en la Tabla 1, el ángulo de torsión
θ de la esfera suspendida medido en el transportador.
7. Para cada valor de  , calcule la fuerza eléctrica como F=κ⋅θ , donde κ, para este caso, es la
constante de torsión del filamento diferente a la constante de coulomb y equivale a
κ=1 . 45×10−6 N según el fabricante.
8. Incremente la distancia (r) en pasos de 5mm (ver Tabla 1), repita el procedimiento a partir del paso 5 y
consigne sus datos en la Tabla 1.
9. Realice la gráfica de fuerza F en función de la distancia r.
10. Realice la gráfica de ln( F ) en función de ln(r ) . Encuentre la pendiente de la recta y compárela
con el valor teórico -2 que corresponde a la potencia de la distancia r de la ecuación 1.

Parte B: Fuerza eléctrica en función de la carga “Distancia constante y potencial variable”.

11. Repita los pasos 1,2 y 3 de la sección anterior.
12. Encienda la fuente de alta tensión y coloque sobre ella un potencial de ( 2.00 ± 0.05) kV.
13. Utilizando la sonda metálica conectada a la fuente de alto voltaje, cargue ambas esferas al potencial
suministrado (2.00±0.05)kV.
14. Apague la fuente para evitar fugas de carga e Inmediatamente registre en la Tabla 2, el ángulo de torsión
de la esfera suspendida en el transportador.
15. Para cada valor de  , calcule la fuerza eléctrica como F=κ⋅θ .
16. Determine el valor de la carga de la esfera utilizando la expresión q  C V , donde
C  4 0 a es la
2
capacitancia de las esferas, a  (1.990  0.005)  10 m corresponde al radio de las esferas, V es el
potencial aplicado y
 0 la permitividad equivalente a 8.85 10 C Nm .
12 2 2

17. Sin modificar la distancia entre las esferas, varíe el voltaje en pasos de (1.00±0.05)kV (Ver Tabla 2.),
repita los pasos anteriores y consigne los resultado en la Tabla 2.
18. Realice la gráfica de fuerza F en función de la carga q .

19. Realice la gráfica de ln( F ) en función de ln(q) . Encuentre la pendiente de la recta y compárela

con el valor teórico (2) que corresponde a la potencia de la carga. Dado que 1 2
q q  q2
.
NOTA: Todos los valores obtenidos deben ser consignados en las tablas con sus respectivas
incertidumbres, y la deducción de las ecuaciones realizadas en el ítem de resultados que aparece en
el formato del informe de laboratorio.
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA
PASCO (1996). Guías de laboratorio.
Freedman, R. A. S., Young, F. W., Zemansky, H. D., & Young, M. W. H. D. (2009).  Sears Zemansky Física
universitaria: con física moderna/Física universitaria (No. 53). Addison-Wesley;.
Serway, R., & Jewett, J. (2005). Física para ciencias e ingeniería. International Thomson, México.
Hewitt, P. G. (2007). Física conceptual (No. 530 H611f). México, MX: Pearson Educación.
ELABORÓ REVISÓ APROBÓ
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Grupo o Programa de: Director de Programa de: Jefatura de Laboratorios

Profesores de Laboratorio de Docente titular de Laboratorios

Física de Física

Fecha: Enero de 2021 Fecha: Enero de 2021 Fecha: Enero de 2021

INFORME DE LABORATORIO

ESTUDIANTES: ASIGNATURA:


 GRUPO:

NOTA:


CARRERA: TRABAJO GRUPAL: TRABAJO INDIVIDUAL:

FORMULE TRES HABILIDADES QUE DESEE ADQUIRIR O DESARROLLAR A TRAVÉS DE LA

PRÁCTICA DE LABORATORIO

Elabore un Mapa conceptual del tema a tratar en la Práctica de Laboratorio. (Actividad Previa)
RESULTADOS
Tabla 1. Datos experimentales
r (m)  F=κ⋅θ (N) Ln (r) Ln( F )
2
5,0 x 10 ±
2
5,5 x 10 ±
2
6,0 x 10 ±
2
6,5 x 10 ±
2
7,0 x 10 ±
2
7,5 x 10 ±
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C  4 0 a =__________________
Tabla 2. Datos experimentales,

q  C  V (C)  F=κ⋅θ
V (v) Ln (q) Ln( F )
(N)
3
2 x 10 ±
3
3 x 10 ±
3
4 x 10 ±
3
5 x 10 ±
3
6 x 10 ±

Análisis de Resultados: ____________________________________________________________________

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CUESTIONARIO
Parte I: Consulta Previa

1. Tres cargas puntuales se encuentran en las esquinas de triángulo equilátero como se observa en
la figura, la fuerza eléctrica total sobre la carga de 2 µC:

a.
 0.036 i  0.436 j  N
b.
 0.036 i  0.436 j  N
c.
 0.036 i  0.436 j  N

d.
 0.436 i  0.036 j  N

e.
 0.436 i  0.036 j  N
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2. Para el sistema de partículas ubicadas en los vértices de un hexágono regular de lado a como se
muestra en la figura. La intensidad del campo eléctrico resultante en
N
el centro del hexágono en C es:
2 3k q
a. a2
3kq
b. a2
kq
c. a2
d. 0
3k q
e. a2

3. Si dos cargas puntuales, Q1 = Q2 = 2.0 x10-6 C se localizan en x = 0 y = 0.30 m, x = 0 y = -0.30 m,

respectivamente. La magnitud y dirección de la fuerza eléctrica total (neta) que ejercen estas
cargas sobre una tercera carga puntual, Q = 4.0 x10 -6C en x = 0.40 m y = 0 será:
a. -0.46N en dirección -x
b. 0.46N en dirección +y
c. 0.46N en dirección -y
d. -0.46N en dirección -y
e. 0.46N en dirección +x

Parte II: Responda a partir de lo observado en la práctica

4. De acuerdo a la gráfica de fuerza eléctrica (F) en función de la distancia ( r ) obtenida en el ítem 9 de la

Parte A. Se cumple que:
a. La fuerza eléctrica no existe.
b. La relación entre las variables es lineal.
c. La fuerza eléctrica es inversamente proporcional a la distancia.
d. La fuerza eléctrica es directamente proporcional a la distancia.
e. La fuerza eléctrica es la misma según el grafico.

5. Si la constante de torsión del filamento de tungsteno disminuye, los ángulos medidos en la balanza:
a. Aumentarían.
b. Disminuirían.
c. Se mantienen constante.
d. Serían tan grandes que romperían el filamento.
e. No se afectarían.

6. En condiciones ideales, para incrementar la magnitud de la carga de las esferas usadas en la balanza de
torsión se requiere:
a. Disminuir la distancia entre ellas.
b. Aumentar la distancia entre ellas.
c. Aumentar la capacitancia de ellas.
d. Disminuir el voltaje de ellas.
e. Todas las anteriores.
CAUSAS DE ERROR Y ACCIONES PARA OBTENER MEJORES RESULTADOS:
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CONCLUSIONES

APLICACIÓN PROFESIONAL DE LA PRÁCTICA REALIZADA

BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA

ANEXOS. En este espacio presente los anexos si la práctica lo requiere

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RUBRICA DE EVALUACIÓN
COMPETENCIAS A EVALUAR 0 1 2 3 4 5
COMPETENCIA INVESTIGATIVA
Realiza la búsqueda bibliográfica en fuentes confiables que permitan dar
respuesta a las situaciones problema evidenciados en la consulta previa y en el
informe de laboratorio
COMPETENCIA COGNITIVA
Propone las habilidades a alcanzar de acuerdo con las actividades propuestas
en la práctica
Organiza conceptos estructurados de manera lógica evidenciados en el mapa
conceptual teniendo en cuenta las formulas del tema y un diagrama que
ejemplifique el mismo.
Aplica coherentemente los conceptos para la solución de situaciones problema
planteados en los cuestionarios.
Integra el conocimiento que va a adquirir en la práctica a desarrollar con una
aplicación profesional mediante un esquema con su respectiva explicación
COMPETENCIA SOCIO AFECTIVA
Entrega en los tiempos establecidos la guía con el fin de dar cumplimiento de
los cronogramas del Docente
Desarrolla habilidades de trabajo en equipo priorizando la toma de decisiones y
la escucha de diferentes propuestas
COMPETENCIA COMUNICATIVA
Utiliza lenguaje técnico para dar respuestas a los cuestionarios, consultas y
preguntas que presenta la guía
Apropia conceptos evidenciados en las conclusiones
COMPETENCIA DISCIPLINAR
Analiza los resultados obtenidos en el laboratorio con el propósito de
relacionarlos con los fundamentos teóricos
Halla las variables físicas correspondientes a la práctica haciendo uso de los
diferentes métodos de análisis experimental, comparando siempre con los
valores de referencia. Además, expresa las respectivas causas de error y
propone mejoras en la metodología
COMUNICATIVA Y/O COGNITIVA
Aplica el aprendizaje adquirido en la consulta previa, mediante la solución de
problemas puntuales  
NOTA FINAL