FIII 1 Experimentos Electrostáticas

8/18/2019 FIII 1 Experimentos Electrostáticas

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INTRODUCCIÓN

En la presente práctica iniciaremos el estudio de la electricidad, es decir

analizaremos y trataremos de entender, de una manera sencilla, los

diversos fenómenos ligados a nuestra vida diaria, denominados

fenómenos eléctricos.

La Alumna

KIT PARA EXPERIMENTOS ELECTROSTÁTICOS

A.-PRODUCCIÓN DE CARGA ELÉCTRICA POR CONTACTO

I.- OBJETIVOS:

1.1 Producir carga eléctrica sobre una varilla de vidrio orgánico por frotamiento.

1. Estudiar y mostrar los efectos !ue producen los cuerpo cargados eléctricamente

"interacción eléctrica#.


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II.- MATERIALES Y EQUIPOS:

.1 $na varilla de vidrio orgánico

. %os varillas de plástico

.& $n trozo de seda

.' $na plataforma giratoria con soporte

III.- FUNDAMENTO TEÓRICO:

3..-E!"#$%&'(#&)*(La palabra electricidad se deriva del vocablo )riego elektron !ue

significa ámbar "resina petrificada#. Los griego desde la antig*edad, yaconoc+an los efectos de la electricidad estática. El filósofo y matemático-ales, !ue vivió en la ciudad de ileto en le siglo / a.0., observó !ue untrozo de ámbar, al ser frotado con piel de animal, ad!uirir+a la propiedad deatraer cuerpos ligeros como( trozos de paas y semillas pe!ue2as.En la actualidad se sabe !ue todas las sustancias pueden presentar uncomportamiento similar al del ámbar.

3.+.-C(%,( /&$&0( 1 #(%,( *",($&0((3eg4n los e5perimentos con varios cuerpos electrizados, se -alla !ue

pueden separarse en dos grupos(

• P%&2"% ,%( a!uellos cuyo comportamiento es igual al de una barra devidrio !ue se frota con una tela de seda. ales cuerpos frotados se repelenmutuamente y decimos !ue están electrizados positivamente.

• S",*4 ,%( a!uellos !ue se comportan como una barra de plástico"o resina# frotada con una tela de lana. Los cuerpos de este grupo serepelen entre s+, pero atraen a los del primer grupo. %ecimos pues !ueestán electrizados negativamente.

6

77 7

7

7

77

66

6

666

6

/A89LLA %E/9%89:

PA;$EL:%E 3E%A

66 6

6

6

66

777

77 77

/A89LLA %EPLA390:

LA


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3.3.-O%&,"* 4" !( #(%,( "!5#$%((3eg4n la teor+a actual de los átomos, se sabe !ue la electrización de los

cuerpos se debe a lo siguiente(

• En un cuerpo neutro "no electrizado# el n4mero de protones es igual aln4mero de electrones.

• 0uando frotamos dos cuerpos entre s+ -ay una transferencia de electronesde un cuerpo -acia otro.

• El !ue pierde electrones presenta un defecto de electrones, es decir,!ueda cargado positivamente.

• El !ue gana electrones presenta un exceso de electrones, es decir, !uedacargado negativamente.

3.6.-P%&"4(4"/ 4" !( #(%,( "!5#$%((

• La carga está cuantizada(La carga !ue se presenta en un cuerpo, se debe al n4mero "entero# deelectrones !ue este cuerpo gana o pierde y sabiendo !ue la carga delelectrón es1.=51>?71@ 0 diremos !ue cual!uier carga será un n4mero "n#entero de veces la carga del electrón(

q = ± ne n: número entero

e: cargadle electrón

q: carga del cuerpo

• La carga se conserva(En un sistema aislado, la carga total debe permanecer constante. Este

principio se observa cuando dos cuerpos son frotados entre s+( loselectrones no son creados, sino transmitidos de un cuerpo -acia el otro.0uando una barra de vidrio es frotada con una tela de seda, el vidrio secarga positivamente mientras !ue la tela negativamente.

• La carga es invariante(%ecir !ue la carga eléctrica es invariante indica !ue( la carga de un

electrón, de un protón o de cual!uier otra part+cula permanece igual, sinimportar la velocidad de movimiento.


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3.7.-E!"2"*$/ #*4#$%"/ 1 (&/!(4%"/ 4" !( #%%&"*$" "!5#$%(:

• E!"2"*$/ #*4#$%"/(

3on a!uellos !ue dean pasar con cierta facilidad a la corriente eléctrica"movimiento de electrones# los conductores presentan electrones e5ternos"libres# !ue pueden desplazarse fácilmente por la materia y no estánsuetos a n4cleos espec+ficos.Eemplo de este tipo de materiales son( los metales, el agua conimpurezas "sales minerales#, etc.

• E!"2"*$/ (&/!(4%"/(3on a!uellos cuerpos cuyos electrones "-asta los de valencia# estánfirmemente ligados a sus n4cleos y no pueden conducir la electricidad.

3.8.-C(%,( "!5#$%( % 9%#&)* % #*$(#$:

%urante la fricción -ay un traslado de cargas eléctricas "electrones# de uncuerpo a otro.

La cantidad de electrones !ue pierde un cuerpo es la misma para el cuerpo!ue lo recibe.

Los electrones débilmente ligados al átomo son los !ue se transfieren de un

cuerpo a otro.

En el caso de los no conductores la carga eléctrica se ubica en el área donde-a sido frotada.

En el caso de los conductores, la carga eléctrica se distribuye por toda lasuperficie e5terna del conductor "debido a la repulsión 0oulombiana#

3..-L"1"/ "!"#$%/$;$(/(

• L"1 4" #(%,(/(Las cargas del mismo signo se repelen, y las cargas de signos diferentesse atraen.

< <

- -

F F

F F

< -F F

REPELENCIA

ATRACCION


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• L"1 4" C!2=:Las fuerzas de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales sondirectamente proporcional al producto de las cargas, e inversamente

proporcional al cuadrado de la distancia !ue las separa.

atemáticamente(

F = k qq! " r#

$nidades en el 39(> ( constante eléctrica, en el aire o vac+o( B @51>?@


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$bicamos su centro de gravedad y permitimos !ue gire libremente. b# Friccionamos la varilla de plástico con la tela de seda y luego la acercamos ala

varilla de plástico colocada en la plataforma giratoria. Gacemos girar la varilla Aen varias vueltas.

c# Friccionamos fuertemente con la tela de seda a la varilla de vidrio "0#, luego laacercamos a la varilla A -aciéndola girar varias vueltas, esta debe ser guiada por la varilla de vidrio.

d# 8epetimos el procedimiento anterior combinando las varillas A, H y 0.

V.- CUESTIONARIO:

$%%& '(or qu) al acercarse la varilla * cargada a la varilla +, tambi)n cargada, )sta

es atra-da. '(or qu) gira la varilla +.

La varilla H no es atra+da a la varilla A, ya !ue ambas varillas son de plástico yal ser friccionados con la tela de seda se cargan negativamente, y sabemos !uecargas del mismo signo se repelen. Esta misma fuerza de repulsión entre lasvarillas -ace !ue la varilla A, situada en la plataforma, gire tratando de alearsede la varilla H.

$%!%& '/irar-a la varilla + descargada al acercársele la varilla * cargada. '(or qu).

La varilla A al no estar cargada se comporta como un material aislante por lo !ueal acercársele la varilla H cargada no e5iste una fuerza eléctrica entre ambas !ue

permita -acer girar a la varilla A.

$%0%& '1u) sucede si se toca la varilla + cargada con la varilla *, tambi)n cargada.

2xplique el fenómeno.0omo ambas varillas tienen el mismo signo, al momento de acerarse la fuerza derepulsión -ar+a !ue se separen.

$%3%& 4esponda las preguntas anteriores si usamos las varillas + 5 6%

a# IPor !ué al acercarse la varilla 0 cargada a la varilla A, también cargada, ésta esatra+daJ IPor !ué gira la varilla AJLa varilla 0 de vidrio es atra+da a la varilla A de plástico, debido a !ue al ser friccionadas con la tela de seda obtienen cargas opuestas , es decir la varilla 0 devidrio pierde electrones y se carga positivamente, en cambio la varilla A de

plástico gana electrones y es carga negativamente. Esta diferencia de cargas produce una fuerza de atracción entre las dos varillas, lo cual -ará !ue la varillaA de la plataforma gire guiada por la varilla 0.

b# I)irar+a la varilla A descargada al acercársele la varilla 0 cargadaJ IPor !uéJ


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3i la varilla A no está cargada act4a como un material aislante, y cuando se leacer!ue la varilla 0 cargada no e5istirá fuerza eléctrica entre estas dos varillas,

por lo tanto la varilla A no girará.c# IKué sucede si se toca la varilla A cargada con la varilla 0, también cargadaJ

E5pli!ue el fenómeno.

0omo las varillas tienen signos contrarios, la fuerza de atracción -ar+a !ue se unten.

.%& '2s posible cargar a un alambre conductor. 7i es posible describa el m)todo.3+ es posible cargar un alambre conductor, y se realiza de la siguiente manera(MFrotamos una varilla de vidrio o plástico cual!uiera con un pa2o de seda de estamanera estamos cargando la varilla, para esto el alambre conductor debe estar enla plataforma giratoriaN luego acercamos la varilla al alambre conductor sintocarla y el alambre !uedará cargado por inducciónO.

$%8%& '1u) sucede cuando toca con la mano la región de la varilla cargada. 2xplique.

0uando tocamos una varilla cargada, con la mano, ésta se descargainstantáneamente, ya !ue nuestro cuerpo -ace las veces de MtierraO, es decir secomporta como un gran conductor !ue contiene infinitos electrones, por lo cualtransfiere espontáneamente las cargas para neutralizar la varilla.

$%9%& 2scriba las conclusiones de este experimento.• 0ual!uier sustancia se puede electrizar "cargar# al ser frotada con otra,

pero la distribución de carga depende de la naturaleza de la sustancia"elemento conductor o elemento no conductor.

• La carga no se crea ni se destruye, sólo se transmite de un cuerpo -acia

otro, por lo tanto la cantidad de electrones !ue pierde un cuerpo es lamisma para el cuerpo !ue lo recibe.

B.- L@NEAS DE FUERA DEL CAMPO ELÉCTRICO

I.- OBJETIVO:

1.1 ostrar la configuración de las l+neas del campo eléctrico de un obeto cargado, dosobetos con igual carga y dos obetos con distintas cargas.

II.- MATERIALES Y EQUIPOS(


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.1 %os plumeros electrostáticos

. $na varilla de vidrio y un trozo de seda

.& 0ables de cone5ión

.' $na má!uina de ims-urst

III.- FUNDAMENTO TEÓRICO(

3..-C(2 "!5#$%:%esarrollada por cient+fico inglés ic-ael Faraday "aQ@171R=Q#.

%efinimos campo eléctrico como la región del espacio donde se manifiestanlas acciones de atracción o repulsión de la fuerza eléctrica producida por uncuerpo cargado.

3.+.-L*"(/ 4" 9"%'(:Mgraficando el campo eléctricoO

Para -acernos una idea del campo eléctrico !ue produce una carga, se trazauna serie de l+neas para indicar la dirección del campo eléctrico en cual!uier

punto del espacio !ue rodea a dic-a carga. Estas l+neas son llamadas l-neasde fuerza o también l-neas de campo y tiene las siguientes caracter+sticas(

• Las l+neas de fuerza o l+neas de campo siempre comienzan en las cargas positivas y se dirigen radicalmente -acia fuera.

• Las l+neas del campo siempre terminan en las cargas negativas. Estasl+neas ingresan radicalmente -acia la carga negativa.

<

-


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• En cual!uier punto del campo, el vector campo eléctrico "E# tiene unadirección tangente a la l+nea de fuerza.

• Las l+neas de fuerza nunca se cruzan, por!ue en un punto "el de cruce#del campo no puede -aber dos campos eléctricos, sino solamente uno.

• ientras más cercanas están las l+neas de campo, más intenso será elcampo eléctrico.

< -

Etangente

E1

E2

< A .

. B


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EA S EH

• L+neas de fuerza paralelas e igualmente espaciadas indican !ue el campoeléctrico es -omogéneo. La intensidad del campo eléctrico es igual para

cual!uier punto.

E1 B E B E&

IV.- PROCEDIMIENTO(

a# escripción del equipo( consiste en una barra aislante , dentro de la cual seinserta la barra metálica , en cuyo e5tremo se fian mediante tuecas y tornillos ,dos láminas metálicas redondas montadas, las cuales presionan a muc-os -ilosde seda deándolos colgados, como se muestra en la figura"&a#

b# 0argamos la varilla de vidrio y luego tocamos la barra metálica del plumeroelectrostático. 8ealizamos este procedimiento varias veces, -asta !ue los -ilos seabran como se muestra en la siguiente figura &b

c# %escargamos el plumero tocándolo con la mano.d# 0argamos dos varillas, una de vidrio y otra de plástico, y luego cargamos a los

plumeros electrostáticos con distinta carga, -asta !ue sus -ilos se levanten en punta, como se observa en la figura &cLuego los acercamos, pero evitando ponerlos en contacto.

e# 8epetimos el paso anterior cargando los dos plumeros electrostáticos con igualcarga, como se muestra en la figura 'a

f# $sando la má!uina de ims-urst se puede obtener un meor resultado. En setacaso, con un alambre se conecta un electrodo de esta má!uina al soporte

. 1. 2

. 3


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metálico del plumeroN luego se le carga -aciendo rotar el manubrio de lamá!uina de ims-urst.

g# Para demostrar las l+neas de fuerza de los obetos con distinta carga, se coloca alos plumeros en una mesa ubicada a distancia de 1> a 1 cm., y se les conectamediante un alambre con los electrodos de la má!uina de ims-urst.

:bservamos el fenómeno en la figura 'b-# Para demostrar las l+neas de fuerza de dos obetos !ue tienen la misma carga, se procede como en le paso anterior, salvo !ue los dos plumeros se conectan a unsolo electrodo de la má!uina de ims-urst.

V.- CUESTIONARIO:

$%%&2xplique lo que sucede cuando toca con la varilla cargada al plumero

electrostático%

0uando la varilla toca a el plumero electrostático, ésta carga al plumero con elmismo signo de la varilla, entonces los -ilos del plumero se repelen por tener elmismo signo y se separan formando ángulos con la varilla metálica !ue lossostiene.

%!%& '(or qu) toman las formas que ;d%


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$%3%&etalle lo que observó cuando en el experimento se usó la máquina de >imsurst,

sustentando correctamente su análisis%

Primero se colocaron alambres conductores a los plumeros electrostáticos y

éstos se conectaron a los electrodos opuestos de la má!uina de ims-urstN estooriginó !ue se erizaran los -ilos de los plumeros y se atra+an los -ilos de signodiferente. Luego se colocaron los alambres conductores a un mismo electrodo dela má!uina de ims-urst, entonces se observó como se erizaban y se repel+anambos plumeros pues ten+an cargas del mismo signo.

.$%& '1ue suceder-a si se tocan los ilos de los plumeros. 2xplique por qu)3i los plumeros tienen cargas de signo diferente, los -ilos se atraer+an y lasl+neas de fuerza se dirigir+an del plumero con carga positiva al plumero concarga negativaN si por el contrario ambos plumeros tienen el mismo signo,entonces los -ilos de los dos plumeros se repeler+an.

$%8%& 2scriba sus conclusiones.• El campo eléctrico nos permite e5plicar las fuerzas eléctricas a distancia

entre dos cargas.• Los plumeros electrostáticos son eemplo de cómo se muestra el campo

eléctrico en una carga.

BIBLIOGRAF@A

7 HEA89T AL/A8E


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I. OBJETIVOS

- /erificar el fenómeno de inducción electrostática.

II. MATERIALES Y EQUIPOS A UTILIAR

- $na aplaca cuadrada de vidrio orgánico.

- $n tubo pe!ue2o de neón

- $na placa de aluminio redonda con tornillo

- $na barra cil+ndrica de plástico

- $na tela de seda

III. PROCEDIMIENTO:

1. Entornillamos el manubrio plástico a la placa circular de aluminio.

. Frotamos fuertemente con la seda la placa de vidrio orgánico -asta !ue se

cargue positivamente "6#.

&. Acercamos lo mas cerca posible el manubrio, a la placa de vidrio "sobre el

cual se encontraba el disco de metal#.

ango Aislante

Placa %isco de metal

de vidrio "6# Parte superior cargada "6#


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=. 0onectamos el tubo de neón con la placa metálica.

IV. CUESTIONARIO

% 2xplique el proceso f-sico por el cual se carga la placa metálica circular de

aluminio%

- La placa de metal se carga gracias al proceso Electrización por 9nducción, es

decir !ue al acercar el cuerpo cargado eléctricamente a otro en estado neutro

induce la separación de cargas del segundo.

!% ?ndique el tipo de carga que se induce en la placa metálica en ambas caras 5

en donde se debe ubicar dica carga, '1u) suceder-a si toca ;d%, la placa

con su mano. 2xplique.

- En el ensayo luego de colocar la placa metálica de carga neutra sobre la base

de la placa de vidrio "con carga positiva# las cargas negartivas del disco de

matal son atra+das por las cargas positivas de la placa de vidrio, colocándose

en la base de la placa de metal "zona de contacto# por lo tanto las cargas

positivas se colocan en la parte superior de la placa.

Al tocar la placa con el dedo en la parte superior !ue está, cargado positivamente nuestro cuerpo sede electrones a la placa de metal !uedando

ésta en estado neutro.

0% 2xplique porqu) relampaguea el tubo de neón al ponerlo en contacto con la

superficie de la placa metálica%

- El relampagueó se da por!ue e5iste un desplazamiento de iones.


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3% 2xplique porqu) relampaguea el tubo de neón al efectuar el procedimiento

3%8

- En el procedimiento la placa de metal aun sigue cargada, y al se da por las

mismas razones, e5iste desplazamiento de iones.

$% '6omo debe de ser la distribución de carga en un conductor aislado

puntiagudo.

- En un conductor aislado puntiagudo las cargas se concentran en mayor

cantidad, a tal punto !ue pueden escapar a través de ella.

8% 2xplique le principio de pararra5os

- El pararrayos es un artilugio compuesta de varillas metálicas acbadas en

punta y unidas con la tierra profunda , éstas atraen los rayos !ue tienen

cargas negativas los cuales son repelidos a tierra.

V. CONCLUSIONES

- ediante los e5perimentos realizados se -a podido verificar de !ue manera

están cargados los cuerpos, es decir, !ue cargas presentan cuando se les

somete a diferentes procesos.

- ambién se pudo verificar !ue los cuerpos conductores seden o reciben

cargas del cuerpo en contacto, mientras !ue los cuerpos inductores producen

la separación de las cargas positivas y negativas pero la carga neta del cuerpo

sigue siendo la misma.

B. PRODUCCION DE CARGA ELECTRICA POR CONTACTO

I. OBJETIVOS

- Producir carga eléctrica sobre una varilla de vidrio orgánico por

frotamiento.


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- Estudiar y mostrar los efectos !ue producen los cuerpos cargados

eléctricamente.


- $na varilla de vidrio orgánico.

- %os varillas de plástico

- $n trozo de seda

- $na plataforma giratoria con soporte

III. PROCEDIMIENTO:

1. Friccionamos la varilla de plástico A con la tela y luego colocamos en la

plataforma giratoria.

A H

. Friccionamos la varilla de plástico y luego acercamos a la varilla colocada en

la plataforma , ésta -izo girar a la varilla A varias vueltas.

&. Friccionamos la varilla de vidrio 0 luego acercamos a la varilla A,

-aciéndola girar varias vueltas, evitando tocar a la varilla de vidrio con la

varilalade plástico.

IV. CUESTIONARIO

% '(orqu) al acercarse la varilla * cargada a la varilla +, tambi)n cargada,

)sta es atra-do., '(orqu) gira la varilla +.

- Las varillas se atraen por!ue poseen cargas diferentes, es decir e5iste una

fuerza electrostática de atracción entre cargas de distinto signo. La varilla A

gira por!ue, es atra+do por la varilla H.

!% '/irar-a la varilla + descargada al acercarle la varilla * descargada.

'(orqu)..


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7


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I. OBJETIVOS

- ostrar la configuración de las l+neas de fuerza del campo eléctrico de

un obeto cargado, dos obetos con igual carga, y dos obetos con

distinta carga.


- %os plumeros electrostáticos.

- $na varilla de vidrio

- $n trozo de seda

- cables de cone5ión

- $na má!uina de ims-urst

III. PROCEDIMIENTO:

1. 3e tienen los plumeros electrostáticos(

. 0argamos la varilla de vidrio y luego tocamos la barra metálica del plumero

electrostático.

&. %escargamos el plumero tocándolo con la mano.

'. 0argamos dos varillas "vidrio y plástico#, luego cargamos los plumeros con

distinta carga, -asta !ue sus -ilos se levanten en punta.


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- ediante los e5perimentos realizados se -a podido verificar como es la

configuración de las cargas cuando se generan campos eléctricos en los -ilos

de seda de los plumeros.

- 3e -a podido observar !ue cuando -ay dos configuraciones iguales y las

acercamos estos se rec-azan, y cuando las configuraciones son diferentes se

atraen.

VI. SUGERENCIAS

• Las prácticas se deben de realizar con sumo cuidado pues as+ no se cometendemasiados errores.

• %eben de implementarse más el laboratorio pues algunos e!uipos se encuentranda2ados, esto -ace !ue no se tenga precisión en la practica.

VII. BIBLIOGRAFIA:

):L%EHE8). V. YF+sica )eneral y E5perimentalY /ol 9 e5ico1@Q.

9PLE8 P. YF+sica vol. 1Y

%:$)LA3 0. )LA

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