Carga eléctrica elemental

UNIVERSIDAD CATÓLICA SAN PABLO

Determinación experimental de la carga eléctrica elemental

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INGENIERIA INDUSTRIAL LABORATORIO DE FISICA II PRÁCTICA 2: DETERMINACION EXPERIMENTAL DE LA CARGA ELECTRICA ELEMENTAL Diseño: Dr. Jorge Ayala y Dra. Jessica Mosqueira Lic. Edy Edy Cuevas 03-2009-I I.

OBJETIVOS •

Determinar experimentalmente experimentalmente la carga eléctrica elemental elemental usando el proceso de electrolisis. electrolisis.

I I.

FUNDAMENTOS TE TEORICOS

La electrólisis

es un método de separación de los elementos que forman un compuesto aplicando electricidad

El proceso de electrolisis consiste en lo siguiente. Se disuelve una sustancia en un determinado disolvente, con el fin de que los iones que constituyen constituy en dicha sustancia estén presentes en la disolución. Se coloca dos placas de cobre cobre (electrod (electrodos) os) dentro dentro de la solución solución y se aplica una corrien corriente te eléctrica eléctrica.. El electrodo conectado al polo negativo se conoce conoce como cátodo y el conectado al polo positivo como ánodo. Cada electrodo atrae a los iones de carga opuesta. Así, los iones positivos, o cationes, son atraídos al cátodo, mientras que los iones negativos, o aniones, aniones , se despla desplaza zan n hacia hacia el ánod ánodo. o. La ener energía gía necesar necesaria ia para para separ separar ar a los iones iones e incre increme menta ntarr su concentración en los electrodos, proviene de una fuente de potencia eléctrica que mantiene la diferencia de potencial en los electrodos. la masa total depositada depositada sobre el cátodo está compuesta por iones de Cu que trasladan una carga equivalente equivalente a 2.e 2.e (el cobre posee valencia +2) cada uno:

e

=

M ⋅  1      2  ∆m   N

I t

atomica

A

   

(1)

Donde: e es la carga eléctrica elemental; I es la intensidad de corriente eléctrica; t es tiempo que dura el proceso, Matomica es la masa atómica de Cu = 63,54 g/mol; Δm = m f -mi ,es la masa deposita en el cátodo; N A = 6,023x10 23 átomos/mol, es el numero de Avogadro;

III. CUESTIONARIO PREVIO. 1.- Que carga tiene el el cato y el ánodo? 2.- Explique el fenómeno de electrolisis 3.- Si un objeto tiene una carga total de 3nC, determine el numero de cargas eléctricas que tiene dicho objeto.

IV. •

• •

MATERIALES Y ESQUEMA Una Fuente de tensión DC regulable de 020V Una Cubeta de vidrio Solución de Sulfato de cobre 1

• • • •

Un Amperímetro Dos Electrodos de cobre Dos Cables con cocodrilos Trozo de papel lijar Nro =0

Dr. Jorge Ayala, Dra. Jessica Mosqueira y Lic. Edy Cuevas



_________________________________________________________________________________________________ Un Vernier 3 Cables para conexión al la fuente y amperímetro Una Balanza de precisión Un Cronometro •

•

•

•

Figura 1. Equipo experimental para carga eléctrica elemental .

V.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL NOTA : No encienda el equipo hasta que el profesor revise las conexiones eléctricas.

1. Limpie con lija las superficies de las láminas de cobre, enjuague con agua, y evite tocar la superficie de las láminas con los dedos. Seque las laminas 2. Mida la masa de cada una de las láminas con la balanza de precisión. Registre los valores en la tabla correspondiente. 3. Arme el equipo como se muestra en figura 1. Las placas de bronce, ánodo cátodo, deben estar separas aproximadamente 2cm. Conecte un cable con cocodrilo al cátodo y el otro extremo al reóstato. El otro extremo del reóstato se conecta a la salida negativa de la Fuente. La salida positiva de la fuente se conecta al positivo del amperímetro, la otra salida del amperímetro se conecta al ánodo. 4. Colocar la escala del amperímetro para lecturas de 10A. La resistencia en el reóstato debe de ser menor a 100Ω. Seleccionar una salida de la fuente de 5V DC. 5. Verter la solución de Sulfato de cobre a la cubeta de vidrio, con mucho cuidado. Procure que el sulfato de Cobre cubra la mayor cantidad de área de las placas de cobre. 6. Después de que el profesor a revisad las conexiones, conecte la fuente y regular el voltaje hasta conseguir que el multimetro registre una corriente de 2




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1A. Registre el tiempo y espere 25 a 30 minutos. Controle la Intensidad de corriente, tal que se mantenga en 1 A.

7. Después de transcurrido los 25 minutos, apagar la fuente. Seque los electrodos, procure no tocar con los dedos las superficies del las placas de cobre. Para secara puede usar una secadora eléctrica. Identifique las placas de cobre que corresponden al nado y al cátodo. 8. Una vez que están secas las placas de cobre proceda a medir la masa de cada una de las láminas y registre ambos valores en la tabla correspondiente. 9. Usando el vernier mida el área de las láminas correspondiente al área sumergida en el sulfato de cobre y registre los daos en las tablas correspondientes. 10.Una vez culminado el experimento vierta el sulfato de cobre en la botella y deje bien limpio y seco todos los equipos. NOTA IMPORTANTE: NO TOCAR CON LOS DEDOS LA SOLUCION DE SULFATO DE COBRE, SI POR ACCIDETE

CAE ESTA SUSTANCIA A LOS

DEDOS, INMEDITAMENTE APLICRA BASTANTE AGUA .

3




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EXPERIMENTO N˚: ALUMNO:

DIA:

FECHA:

NOTA:

HORA:

GRUPO:

INFORME: DETERMINACION DE LA CARGA ELECTRICA ELEMENTAL VI.- ANALISIS DE DATOS Tabla 1 ELECTRODOS

CATODO

ANODO

Masa inicial : mi (g) Tiempo : t (s) Masa final : mf (g) Δm = mf -mi Área de superficie sumergida en sustancia: A (cm2) 1. Determine la diferencia de masas Δm para el ánodo y el cátodo, registre los valores en la tabla 1. 2. Indique si la corriente se mantuvo constante durante el experimento.

3. Usando la ecuación (1), determinar experimentalmente el valor de la carga eléctrica elemental e.

4. Determinar m

ρ

4

=

V

m =

A d

el espesor de ambas láminas de cobre. La densidad

del cobre es

. Donde m es la masa de las lamina de cobre, A el área y d el espesor.




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4.- Compare el valor de la carga eléctrica elemental obtenida experimentalmente con el valor bibliográfico.

VI. CONCLUSIONES.

VII. CUESTIONARIO FINAL

1. ¿Como se define un Ion? 2. En el experimento explique que ocurre en el en el ánodo y el cátodo. 3. Explique como se conduce la corriente eléctrica en la solución electrolítica.

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Carga eléctrica elemental

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