INFORME LAB2-ELECTROESTATICA

5/12/2018 INFORME LAB2-ELECTROESTATICA - slidepdf.com

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ELECTROESTATICA

DANIEL FOREROYESID GARCIA

WALTER MORAGIANCARLO NIGRINIS

ALVARO SANCHEZ

PRESENTADO A:ZULIA COAMAÑO

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICOBARRANQUILLA – COLOMBIA

2011



INTRODUCCIONEn el informe a presentar se exponen los principales fenómenos electrostáticos entre

dos o más partículas de diferentes cargas. Esta vez relacionando cada partícula a unmaterial o sustancia que fueron cargadas o inducidas por diferentes métodos. Se

sustentan los diferentes fenómenos y se analizan según el montaje realizado para cada

uno.

OBJETIVOS• Estudiar los principales fenómenos electroestáticos con diferentesmateriales.

• Construir un electroscopio, para comprobar los fenómenos de atracción y de

repulsión electrostática entre objetos.

• Analizar el comportamiento del papel al acercar objetos con diferentes tipos

de cargas.• Analizar el comportamiento del agua al estar expuesta a una vejiga cargada

electrostáticamente.

RESUMENEn el laboratorio se realizaron varias experiencias de electrostática con el fin de profundizar sobre los fenómenos que se evidenciaron. Después de la inducción

teórica proporcionada por la profesora, procedimos a realizar las diferentes

experiencias disponibles (Peine y trozos de papel, Péndulo electrostático, Vejiga y

caída de agua y electroscopio) luego, procedimos a instalar los montajes y realizar lasexperiencias, se analizaron los resultados y dieron como respuesta lo esperado.

MARCO TEÓRICO

Carga eléctrica y sus propiedades:Algunos experimentos sencillos demuestran la existencia de fuerzas y cargaseléctricas. Por ejemplo, después de pasar un peine por el cabello en un día seco,

descubrirá que el peine puede atraer pedacitos de papel y que la fuerza atractiva es lo

suficientemente fuerte para sostener los trocitos de papel, el mismo efecto se puedeobservar con el vidrio y el caucho si se frotan con seda o piel.

Otro experimento es frotar con tela sintética un globo inflado el cual se adhiere a una

pared durante horas. Cuando los materiales se comportan así se dice que estánelectrificados o se han cargado eléctricamente. Estos experimentos funcionan mejor

en días secos, ya que la humedad relativa en el aire puede ocasionar que la carga

acumulad se escape a tierra.



Figura 1.1

Benjamín Franklin (1706-1790) a través de experimentos se encontró que hay dostipos de cargas eléctricas y les asignó los nombres de positiva y negativa. Para

demostrar este hecho tome una barra de caucho y frótela con un paño y después la

suspende por medio de un hilo no metálico como en la figura 1.1, aproxime una barrade vidrio frotada previamente con seda a la barra de caucho, se observa que las dos se

atraen entre si figura 1.1a. Por otro lado si dos barras de caucho (o de vidrio cargadas)

se acercan figura 1.1b, las dos se repelen. Esta observación nos indica que el caucho yel vidrio están electrificados de forma diferente. Estas observaciones nos permiten

concluir que dos cargas similares se repelen entre sí y dos cargas opuestas se atraen

entre si. Esto se comprende a partir del hecho de que la materia neutra, sin carga,contiene cargas eléctricas positivas y negativas.

La carga eléctrica sobre una barra de vidrio se denomina positiva (+) cualquier

cuerpo que sea repelido por la barra de vidrio debe tener carga positiva, cualquier cuerpo que sea atraído tendrá carga negativa. La carga en una barra de caucho se

denomina negativa (-), y cualquier cuerpo que es atraído por una barra de caucho

debe tener carga positiva, cualquier cuerpo que sea repelido tendrá carga negativa.

Las carga eléctricas de atracción son responsables del comportamiento de productos

comerciales: Por ejemplo, el plástico en lentes de contacto (etafilocom), el cual está

hecho de moléculas que atraen eléctricamente las moléculas de las proteínas en laslágrimas humanas, las que son absorbidas y sostenidas por el plástico de tal forma

que los lentes están formados de lágrimas humanas, de esta forma el ojo no percibe al

lente como un objeto extraño. Muchos cosméticos utilizan esta ventaja de las fuerzaseléctricas al incorporar materiales que son atraídos eléctricamente a la piel o el

cabello permitiendo que permanezcan en su lugar una vez aplicados.



La carga eléctrica siempre se conserva, cuando un cuerpo se frota con otro, no se

recrea carga en el proceso, la electrificación se debe a una transferencia de cargas de

un cuerpo a otro. Un cuerpo gana carga eléctrica negativa mientras que otro ganacarga eléctrica positiva. A partir de la comprensión de la estructura atómica se sabe

que los electrones tienen carga eléctrica negativa y nos permite comprender que al

frotar vidrio en seda los electrones son transferidos del vidrio a la seda, de igualmanera, al frotar caucho con piel los electrones se transfieren de la piel al caucho, con

lo cual la piel se queda con carga positiva (falta de electrones) y el caucho con carga

negativa (exceso de electrones).

Robert Millikan (1868-1953) descubrió que la carga eléctrica es múltiplo de la unidad

fundamental carga eléctrica (electrón) e*, la carga (q) está cuantizada y existe como

paquetes discretos y se puede escribir q = Ne donde N es un numero entero.

Experimentos a nivel atómico muestran que el electrón tiene carga negativa –e y el protón tiene una carga igual en magnitud pero de signo contrario +e, el neutrón no

posee carga. Un átomo neutro debe contener el mismo número de protones que deelectrones.

Propiedades de la carga eléctrica:La carga eléctrica se conservaLa carga eléctrica está cuantizada

Existen dos tipos de carga en la naturaleza positiva y negativa. Conductores,aisladores y semiconductores eléctricos. Los conductores son materiales en los cuales

las cargas eléctricas se mueven con facilidad. Los aisladores son materiales en los quelas cargas eléctricas se mueven con dificultad.

Los semiconductores son materiales cuyas propiedades se encuentran entre la de los

aisladores y conductores.

Conductores Aislantes Semiconductores

CobreAluminio

Plata

Oro

Vidrio

Caucho

Madera

Silicio

Germanio

Cuando los aislantes se cargan por frotamiento, solo el área que se frota queda

cargada y la carga no puede moverse a otras regiones del material. En contraste conlos conductores cuando se cargan en alguna región la carga se distribuye rápidamente

en toda la superficie del material, esto sugiere que el material no puede cargarse, sinembargo, si usted sostiene la barra cargada por medio de un mango de madera

mientras se frota, la barra permanecerá cargada debido a que la madera aísla al

conductor de la persona que la sostiene, si no se toma con el mango de madera lascargas fluirían con facilidad hacia tierra. Los semiconductores como el silicio y el



germanio son elementos utilizados para la fabricación de dispositivos electrónicos

(transistores y diodos) las propiedades de los semiconductores son controladas

añadiendo impurezas de otros átomos.

La carga por inducción, consiste en que sí acercamos un objeto con carga a una

superficie conductora, aún sin contacto físico los electrones se mueven en lasuperficie conductora.

Para explicarlo mejor podemos poner como ejemplo dos esferas metálicas aisladas A

y B, las cuales no tienen carga y se encuentran en contacto, de modo que forman enefecto un solo conductor sin carga. Posteriormente se acerca una barra con carga

negativa a la esfera A. La barra repele los electrones del metal y el exceso de carga

negativa se desplaza a la esfera contigua, con lo cual la primera esfera queda con

exceso de carga positiva. La carga en ambas esferas ha sido redistribuida por lo quese dice que ha sido inducida en ellas. Como la barra con carga no toca las esferas,

conserva su carga inicial.

La inducción es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo. Cuando

permitimos que las cargas salgan de un conductor por contacto, decimos que lo

estamos poniendo a tierra. Durante las tormentas eléctricas se llevan a cabo procesosde carga por inducción. La parte inferior de las nubes, de carga negativa, induce una

carga positiva en la superficie terrestre.

Benjamín Franklin fue el primero en demostrar este hecho a través de su famoso

experimento de la cometa, que le permitió comprobar que los rayos son un efectoeléctrico. Franklin descubrió también que la carga fluye con facilidad hacia o desdeobjetos puntiagudos y así se construyó el primer pararrayos.

Carga por frotamiento, El estado natural de los objetos es ser neutrales en cuanto acarga eléctrica. En otras palabras, tienen la misma cantidad de electrones que de

protones, de modo que su carga global es cero.

No obstante, algunos materiales atraen electrones más que otros; es decir, son máselectroafines que otros. Por tanto, al ser frotados dos materiales, el material más

electroafín adquirirá una carga negativa porque atrae electrones hacia sí. Por el

contrario, el material menos electroafín adquirirá una carga positiva porque pierdeelectrones.

Aquí hay una lista de materiales con electroafinidad ascendente (o sea que el azufretiende a ser negativo, mientras que el vidrio tiende a ser positivo, si ambos se frotan

uno con otro): vidrio, lana, cuero, plástico, seda, cera de parafina, ebonita, cobre y

azufre.



Un ejemplo de esto sería: Sí frotamos una barra de plástico sobre cuero o lana,

algunos electrones pasan del cuero o lana hacia la barra de plástico, debido a que el

plástico es más electroafín que el cuero o la lana. De este modo, la barra tiene excesode electrones y el cuero o lana tienen deficiencia de electrones. Por tanto, la barra

adquiere carga negativa por exceso de electrones y el cuero o lana adquieren carga

positiva por deficiencia de electrones.

Definiciones de conceptos:Aterrizado es cuando un objeto se conecta a tierra mediante un conductor

La carga de un objeto por inducción ocurre cuando los objetos no tienen contactofísico.

En la carga de un objeto por conducción es necesario que exista contacto físico entre

los objetos.

Para entender la inducción considere un esfera conductora neutra aislada de la tierracomo se muestra en la figura 1.2a. Cuando una barra de caucho cargada

negativamente se acerca a la esfera, la región de la esfera mas cercana a la barra

obtiene un exceso de carga positiva, mientras que la región de la esfera mas alejada

de la barra obtiene una carga igual pero negativa como se muestra en la figura 1.2b.Si se realiza el mismo experimento con un alambre conductor conectado de la esfera

a tierra figura1.2c, una parte de los electrones en el conductor son intensamente

repelidos por le presencia de la carga negativa de la carga en la barra que salen de laesfera a través del alambre de aterrizaje y van a la tierra. Si el alambre de tierra se

quita después figura 1.2d, la esfera de conducción contiene un exceso de carga positiva inducida. Cuando se quita la barra de caucho de la vecindad de la esfera fig.1.2e, la carga positiva inducida permanece sin aterrizaje. Se puede observar que la

carga que permanece sobre la esfera se distribuye uniformemente sobre su superficie

debido a las fuerzas repulsivas entre las cargas similares. Advierta que la barra decaucho no pierde nada de su carga negativa.

A B C D E

Figura 1.2



Un proceso similar a la inducción en conductores ocurre en aislantes. En la mayor

parte de los átomos y moléculas neutros el centro de carga coincide con el centro de

carga negativa, sin embargo en presencia de un objeto cargado estos centros puedendesplazarse ligeramente, lo que produce más carga en un lado de la molécula que de

otro lado (polarización).

LEY DE COULOMBCharles Coulomb (1736-1806) experimentó con magnitudes de las fuerzas eléctricas

existentes entre objetos electrizados mediante la balanza de torsión que él inventó, y

con la cual confirmó que la fuerza eléctrica entre dos pequeñas esferas cargadas es proporcional al cuadrado inverso de la distancia que las separa (r). El principio de la

balanza es el mismo que el del aparato de Cavendish para medir la gravitación,

usando esferas eléctricamente cargadas. La fuerza entre las esferas A y B provoca que

las esfera se atraigan o se repelen entre si y el movimiento resultante causa que setuerza la fibra que las suspende. El momento de torsión de restitución de la fibra

torcida es proporcional al ángulo a través del cual gira la fibra, la lectura de esteángulo proporciona una medición cuantitativa de la fuerza de atracción o repulsión.

Una vez que las esferas se cargan por frotamiento, la fuerza eléctrica entre ellas es

muy grande comparada con la tracción gravitacional.

Estos experimentos demuestran que la fuerza eléctrica ente dos partículas cargadasestacionarias es:

Inversamente proporcional a lo largo de la separación r entre las partículas y estadirigida a lo largo de la línea que las une proporcional al producto de las cargas

sobre las dos partículas atractiva si las cargas son de signo opuesto yrepulsivas si las cargas tienen el mismo signo.

La ley de Coulomb se expresa con la siguiente ecuación a partir de la observación del

experimento:



La unidad de carga mas pequeña en la naturaleza es el electrón la cual es igual en

magnitud a la del protón . Un Coulomb de carga (1C) es

aproximadamente de 6.24x1018 electrones. Cantidad pequeña si usted lo compara conlos electrones libres en 1 cm3 de cobre, el cual es de 10231 Coulomb es una cantidad

de carga importante.

Cundo usted carga una barra de vidrio por fricción se obtiene una carga de 10 -6

Coulomb. Cundo trabaje con la ley de Coulomb recuerde que la fuerza es unacantidad vectorial y que debe tratarse como tal.

EXPERIENCIAS:

1-PEINE Y TROZOS DE PAPEL

Materiales:• Peine de plástico

• Trozos de papel

Procedimiento:Se tomó el peine de plástico y se frotó éste contra el cabello de uno de los

compañeros; al hacer esto el peine quedó cargado negativamente, se aproximó el peine cargado electrostáticamente a pequeños trozos de papel y se observó cómo

estos eran atraídos hacia el peine.

Observaciones:En la experiencia realizada se observó que el peine usado adquiere una carga

electrostática, esto se debe a que al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros ambos

se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa. La distribución de estacarga adquirida no será uniforme en todo el cuerpo en cuestión, en este caso ésta solo

se encontrará en la superficie del cuerpo que estuvo en contacto al frotarla con el

cabello de la persona, en dicha zona se encontrará un campo eléctrico con carganegativa, el cual es el que induce una carga contraria a la suya en los trozos de papel

y a causa de esto se ven atraídos hacia el peine, las interacciones observadas son

momentáneas y se pierde la carga en ambos objetos; por esto, el fenómeno se observa por un corto lapso de tiempo, luego de esto se debe volver a realizar el mismo

procedimiento para que las interacciones se den nuevamente.



2-PÉNDULO ELECTROSTÁTICO

Materiales- Una vejiga- Hilo

- Un pedazo de papel aluminio

- Soporte metálico

Procedimiento:Se tomó el hilo y se amarró en un soporte metálico, del otro lado del hilo se amarra

una bolita de papel aluminio que quede suspendido en el aire (ver montaje). Se le

acerca una vejiga que ha sido cargada por el frotamiento en el cabello seco o el brazo

de uno de los compañeros.

Observación:En este experimento se pudo observar que al acercar la vejiga cargada a la bolita de

papel aluminio, ésta se acercaba a la vejiga por corto tiempo.

Explicación y Funcionamiento

Primero debemos denotar que al frotar dos cuerpos neutros uno con el otro amboscuerpos se cargas electrostáticamente.

La distribución de esta carga adquirida no es uniforme, esta es la razón por la que la

bolita de papel de aluminio no reacciona con otras partes de la vejiga. La atracción de

la bola de papel aluminio a la vejiga se debe a la inducción que un cuerpo cargado por frotamiento le provoca a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre

la carga de la vejiga y la carga neutra de la bolita de papel aluminio, como resultado

de esta interacción, la distribución inicial se altera: el cuerpo electrizado provoca eldesplazamiento de los electrones libres del cuerpo neutro. En este proceso de

redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero

en algunas zonas se carga positivamente y en otras negativamente.Se dice que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado,

denominado inductor, induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por

lo tanto lo atrae.

3-VEJIGA Y CAÍDA DE AGUA

Materiales- Una vejiga- Caída de agua



Procedimiento:

Se tomó una vejiga que ha sido cargada por frotación en el brazo de uno de loscompañeros y se acerca a un caída de agua de una pluma, controlando que el flujo de

agua sea lo más pequeño posible para evidenciar mejor el fenómeno.

Observación:En este experimento se pudo observar que al acercar la vejiga cargada al delgado

chorro de agua un desvió de la corriente hacia la vejiga.

Explicación

La atracción del agua a la vejiga se debe a la inducción como en el experimento

pasado, se puede establece una interacción eléctrica entre la carga de la vejiga y la

carga que posee el agua, como resultado de esta interacción, la distribución inicial sealtera: el cuerpo electrizado provoca el desplazamiento de los electrones libres del

cuerpo neutro. En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no havariado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas se carga positivamente y en otras

negativamente.

Se dice que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado,

denominado inductor, induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.

4-ELECTROSCOPIO

Materiales- Un vaso de vidrio

- Un clip

- Dos tiras de papel aluminio de 4 cm por 1 cm

- Un pedazo de bolsa plástica

- Una vejiga

Montaje



Procedimiento:Abra el clip e introdúzcalo por el centro de un pedazo de bolsa. Cuelgue las dos tiras

de papel de aluminio del clip. Coloque la bolsa sobre la parte superior del vaso, demanera que el papel de aluminio y el clip queden colgando dentro (ver montaje).

Acerque al clip una vejiga cargada que hayas frotado contra tu pelo o brazo.

Observación:En este experimento logramos notar que al acercar el globo cargado al clip, éste provocaba que las láminas de aluminio que se encontraban en el otro extremo del clip

se separaran.

Explicación

Primero debemos tener en cuenta que el electroscopio es un dispositivo que sirve para

detectar si un objeto está cargado o no.

Un objeto puede estar cargado positiva o negativamente, ahora si acercamos un

objeto cargado positivamente, las cargas negativas del clip experimentan una fuerza

atractiva hacia el objeto. Ahora, recordemos que un electroscopio está formado

esencialmente por un par de hojas metálicas unidas en un extremo. Si acercamos un

objeto cargado al electroscopio, la carga negativa será atraída hacia el extremo más

cercano a la lapicera mientras que la carga positiva se acumulará en el otro extremo,es decir que se distribuirá entre las dos hojas del electroscopio y como las cargas de

un mismo signo se rechazan las hojas del electroscopio se separan.

Si luego de hacer esto alejamos el objeto cargado, las cargas positivas y negativas del

electroscopio vuelven a equilibrarse, la repulsión entre las hojas desaparece y se juntan nuevamente.

CONCLUSION



En el desarrollo de las experiencias de electrostática se pudo observar como

dependiendo del material (plástico, caucho o vidrio) al momento de ser cargado, se

cargaba de manera diferente (carga positiva o carga negativa), provocando así que enunos casos como el electroscopio, hubiese repulsión entre las tiras de papel o en otros

casos como el peine y los trozos de papel halla atracción.

BIBLIOGRAFIA• http://es.wikipedia.org/wiki/Electroscopio

• http://emilioescobar.org/u1/U1_6.htm

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