K IT PA RA E PERIMENTOS ELECTROSTATICOS EXPERIME EXPERIMENTO NTO 01: Prod u cción de carga eléctrica eléctrica por contacto. contacto. I.
II.
OB J ETIVOS. 1.1.
Producir car as eléc eléctr tric icas as sobr sobre e los los mate materi rial ales es (var (varil illl s) por el métod método o de fr fr tamiento.
1.2.
Hacer un est dio y mostrar mostrar los efectos efectos que producen producen los cuerpos cargados elé tricamente.
FUNDA ME MENTO TE TE RICO. Una manifestación de re repulsión entre d de acción acción y reacció reacció con difere feren ntes tes carg carg
abitual de la electricidad es la fuerza de a trac tracci ción ón o s cuerpos cuerpos estaciona estacionarios rios,, de acuerdo acuerdo con e l principio , eje ejerrcen cen la misma sma fue fuerza rza eléc léctri trica uno s obre otro, s q1 y q2 .
Así considerando considerando un experimento en donde intervienen una barra de plás plásti tico co que que es f rrado con un trozo de piel y prosig iendo el experimento se sus ende de una cuerda que puede girar libre mente. Si luego aproximamos a esta barra, una segunda barra de plástic o, frotada también con la piel , ob observamos que las dos barras se re elen. De acuerdo a este exp rim rimento ento si pros rosegu eguimos con con los los mism ismos p sos, pero con dos barras de vidrio los resultados que obtenemos son co gruentes al experimento ante rior; sin sin embargo embargo si si utilizam utilizamos os una una barra de plástico frotada con la piel y una varilla varilla de vidrio vidrio,, y lo hacemo hacemos s el mismo procedimiento, obse rvamos que las barras se atraen. Enton Entonce ces s obse observa rvad d este fenómen fenómeno o decimos decimos que al frotar frotar la varilla de plástico plástico o de vidrio vidrio con con una una seda seda,, est estas as sust sustan anci cias as se elec electr trizan o se cargan. Por consiguiiente el tipo de carga que adquiere la varill de vidrio frotada con la seda es positiva positiva,, lo cual significa significa que el pañ de seda adquiere una carga negativ negativa a de igual igual magnitu magnitud. d. De manera manera qu qu e la barra transfiere una canti ad “n” de de electro electrones nes a la seda y que d cargada positivamente, pero durante durante este este proceso proceso la la carga carga no se cre cre a sino se transfiere de un cue po a otro, es decir la carga se conserva.
III.
IV.
MA TE TERIA LE LES Y EQUIPOS. 3.1.
Una varilla de vidrio
3.2.
Dos Dos var varil illa las s de plástico
3.3.
Un trozo de s eda
3.4.
Una platafor a con soporte
METODOL OG OGIA O ROCEDIMIENTO. 4.1.
PRODUCCION DE CARGA POSITIVA Y NEGATIVA
4.1.1. Limp Limpia iarr la la superficies de la varilla de vidrio y el elect roscopio 4.1.2. Disponga el equipo tal como se muestra muestra en la figura. figura. plástico
4.1.3. Acerque l var varilla illa de vidr idrio sin fro frotar tar el ele electr ctrodo c entral del electrosco pio. 4.1.4. Ahora pr sionando fuerte y en una sola direcció , frote la varilla de vidrio con la tela de seda y nuevamente a cerque la varilla de idrio al electrodo electrodo central del del electroscopio. electroscopio. 4.1.5. Toque el electrodo central del electroscopio electroscopio con la varilla de vidrio previamente cortada cortada con seda para para transferir la la carga.
4.1.6. Para obtener más cargas sobre el electroscopio abrá que repetir va ias veces el proceso de frotación y tran sferencia. Registre sus observaciones. Para descargar el ele troscopio toque con un dedo el electrodo central.
4.1.7. Repite los pasos anteriores para los casos en que la varilla es de plástic (negro) y se frota con seda. 4.1.8. Repita el roceso para el caso en que la varilla es de acrílico y se frota c n seda. 4.2.
DETERMINA CION DEL TIPO DE CARGA QUE TIIENE UN CUERPO
4.2.1. Se toma omo carga positiva aquella que aparece e n el vidrio cuando esta es frotada con seda.
4.2.2. Se frota igorosamente la varilla de plástico con l a tela de seda gruesa y se le acerca sin tocar la esfera del ele ctrodo del electroscopio. En caso de que las laminillas del ele troscopio se abries n más, la varilla de plástico tendrá carga el mismo signo que la del electroscopio. En caso contrario la varilla tendrá sig o opuesto.
4.2.3. Repita el paso anterior para el caso en que la varilla que se frota es de acrílico con lanilla. 4.3.
ATRACCION Y/O REPULSION ELECTRICA
4.3.1. Friccionar fuertemente la varilla de plástico de color negro A con la tela de seda y luego colocarlo en la plataforma giratoria con soporte, como se muestra en la figura. 4.3.2. Friccionar la varilla de plástico negro B con la tela de seda y luego acercarlo a la varilla de plástico colocada en la plataforma giratoria. Hacer girar la varilla A en varias vueltas. 4.3.3. Friccionar la varilla de vidrio C con la tela de seda y luego acercarlos a la varilla A haciendo girar varias vueltas. Evite tocar la varilla de vidrio con la de plástico mientras se gira. 4.3.4. Friccionar la varilla de acrílico con la tela de seda y luego acérquelo a la varilla A haciéndolo girar varias vueltas, evitando tocarla.
4.3.5. Repita el experimento para varias combinaciones de las varillas. V.
CALCULOS Y RESULTADOS. 5.1.
Al acercar la varilla de vidrio sin frotar al electroscopio. ¿Qué ocurre con las laminillas del electroscopio? ¿Qué implica esto? Respuesta: Las laminillas no tienen ningún movimiento, donde esto implica debido a que la varilla de vidrio no está cargado es decir que se mantiene en neutro.
5.2.
Al acercar la varilla de vidrio previamente frotada con seda al electroscopio sin tocarlo. ¿Qué ocurre con las laminillas del electroscopio? ¿Ha adquirido alguna propiedad la varilla de vidrio?
Respuesta: Las laminillas tienen un movimiento, en donde se separan formando un ángulo y la propiedad de la varilla de vidrio al frotarse con la seda pierde electrones de manera que se carga positivamente. 5.3.
¿Qué sucede con las laminillas del electroscopio cuando Ud. Toca la esfera central? Respuesta: Las laminillas del electroscopio vuelven a su estado inicial es decir formando un ángulo de separación cero, esto es debido a que al tocar el centro de la esfera del electroscopio con nuestro dedo se descarga con la dirección hacia la tierra a través de nuestro cuerpo de esa manera queda neutralizada.
5.4.
Si Ud. Remplazo la varilla de vidrio por una de plástico o una de acrílico previamente frotada. ¿Cuáles fueron sus observaciones? Respuesta: El ángulo de separación entre las laminillas disminuye, donde la varilla de plástico al ser frotado por la seda pierde sus protones y queda cargada negativamente o sea gana electrones.
Tipo de carga que tiene un cuerpo. 5.5.
Tomando como referencia la carga del vidrio cuando se frota con seda. ¿Qué tipo de carga adquiere la varilla de vidrio cuando se frota con seda? Respuesta: La varilla de vidrio inicialmente es neutra, sin embargo al ser frotada con la seda adquiere una carga positiva (gana protones).
5.6.
¿Qué tipo de carga tiene la varilla de acrílico? Respuesta: La varilla de acrílico al ser frotada con la seda adquiere una carga negativa (gana electrones). Materiales en contacto Acrílico frotado con lana Acrílico frotado con seda
Tipo de carga obtenido por el acrílico Positivo Negativo
Acrílico frotado con terno Acrílico frotado con franela
Positivo Positivo
At racci ón y/o repul si ón de carg as. 5.7.
Al acercar la varilla B a la varilla A, ¿existe atracción o repulsión? ¿Por qué gira la varilla A? Respuesta: Existe una repulsión porque ambas varillas al ser frotadas con la seda ganan electrones, es decir se cargan negativamente y por la ley de electrostática las cargas de igual signo se repelan; entonces decimos que la varilla A gira por la acción de la fuerza de acción.
5.8.
¿girara la varilla A cargada? ¿Por qué?
descargada al acercársele la varilla B
Respuesta: No, porque la carga de la varilla A estará en neutro y la varilla B estará cargada negativamente, donde en esta acción no sucede ningún efecto. 5.9.
¿Qué sucede si se toca la varilla A cargada con la varilla B también cargada? Explique el fenómeno. Respuesta: El fenómeno observado es que la dos varillas están cargadas con cargas iguales, por ello las varillas se repelen (se separan las varillas).
5.10. Responda a las preguntas anteriores si se usa las varillas A, C, D. Respuesta: Existen repulsión entre las varillas A y D, si gira. Existe atracción entre las varillas A y C, si gira. Existe atracción entre las varillas C y D, si gira. 5.11. ¿Qué sucede cuando toca con la mano la región cargada de la varilla? Explique. Respuesta:
La varilla se escarga ya que el hombre es un perfecto conductor y se descarg con la dirección hacia la tierra.
VI.
CONCL USIONES Y SUGERENCIAS. 6.1.
CONCL USIONES.
6.1.1. En las electrizaciones por frotamiento, la carga que e obtiene es directamente proporcional al número de electron s que se encuentra en su última capa de distribución eléctrica. 6.1.2. Se demostró experimentalmente que la teoría obser ada en la clase se cumple físicamente. 6.1.3. Se demo tró experimentalmente que las cargas de signo opuesto s atraen y las cargas de signos opuestos s repelan. 6.2.
SUGERENCI S.
6.2.1. Tomar n ta de todas las observaciones en la hoja de laboratori para una ayuda posterior al experimento. 6.2.2. Manipular con mucho cuidado los materiales del l boratorio para pod r evitarse daños físicos tanto personalles como materiales . 6.2.3. Al realiza el experimento trabajar con un equipo de 4 o 5 integrantes, para desarrollar el trabajo de manera re ponsable y ordenada.
EXPERIMENTO 02: Indu c ción Electrostática. I.
OBJETIVOS. 1.1. Verificar el fenómeno de inducción electrostática. 1.2. Estudiar el fenómeno de inducción electrostática m diante la conexión tierra.
II.
MARCO TEORI O Y CONCEPTUAL. La inducción el ctrostática consiste en donde existe u método simple y practico de cargar un conductor aprovec ando el movimiento de l s electrones libres en un mental. Cuando tenemos dos esferas metálicas sin cargar pero juntos, hac mos un experimento ac rcando a una de las esferas una barra cargada, donde observamos que los electrones libres de una esfera fluyen de una esfera a la tra. Si la barra está cargada positivamente, atrae a los electrones cargados negativamente y la esfera más pr xima a la barra adquiere el ectrones de la otra. La esfera más próxima adquiere una carga negativa mientras que la esfera más alejada adq uiere una carga positiva. Un resultado similar se obtiene con una barr cargada negativamente, l a cual hace que los electrones pasen de la esfera más próxima a la que está más alejada. Este proce o se ya inducción electrostática o carga por inducción. Decimos que cu ndo un conductor se pone en contacto co n la tierra se dice está con ctado a tierra, es por ello que la tierra con stituye un conductor que ara muchos propósitos puede considera rse como infinitamente gra de.
III.
MATERIALES Y EQUIPOS. 3.1. Una placa cuadrada de vidrio orgánico. 3.2. Un tubo p queño de neón. 3.3. Una placa de aluminio redonda con tornillo. 3.4. Una barra cilíndrica de plástico negro con tuerca. 3.5. Una tela de seda.
IV.
METODOLOGIA O PROCEDIMIENTO. 4.1. Entornillar el manubrio plástico a la placa circular de luminio
4.2. 4.3.
4.4.
4.5. 4.6.
4.7.
V.
Frotar fuertemente con la seda la placa de acrílico hasta que se cargue (evite el contacto físico de la parte frotada). Sostener con la mano el manubrio de la placa de aluminio y acercarla lo más cerca posible a la placa de vidrio (se recomienda hacer contacto para que la electrización en la placa circular por inducción sea más efectiva). Puede colocarse firmemente el disco de metal sobre la base frotada. Sostener con la otra mano, el tubo de neón y ponerlo en contacto con la placa de aluminio. Se notara que el tubo de neón relampaguea instantáneamente debido al flujo de carga eléctrica. Separar el tubo de neón y posteriormente la placa de aluminio, quedando está cargada negativamente. Una vez separada la placa de aluminio, conecte con el tubo de neón, ahora nuevamente el tubo de neón relampagueara, indicando que existe nuevamente flujo de carga. Repetir el experimento (cuantas veces sea necesaria) para poder verificar el proceso de inducción.
CA LCUL OS Y RESUL TA DOS. 5.1. Explique el proceso físico por el cual se carga la placa metálica circular de aluminio. Respuesta: Por inducción de transferencia de electrones, pues al frotar la placa metálica rectangular esta se carga negativamente y al acercar la placa circular esta se carga negativamente al recibir los electrones de la placa rectangular, esto se observa al acercar un tubo de vidrio se produce una chispa. 5.2.
Indique el tipo de carga que se induce en la placa metálica en ambas caras y donde se ubica dicha carga. ¿Qué sucedería si toca Ud. La placa con su mano? Explique. Respuesta: La carga inducida a la placa es negativa y dicha carga se encuentra en la superficie metálica de la placa, pero cuando tocamos con la mono a la placa este se descarga a tierra atraves de nuestro cuerpo.
5.3.
Explique por qué relampaguea el tubo de neón al ponerlo en contacto con la superficie de la placa metálica. Respuesta: Porque la placa está cargada negativamente y al ponerlo en contacto con la superficie hay transferencia de electrones
(descarga eléctrica) generando un relampagueo en el tubo de neón. 5.4.
VI.
¿Cómo debe ser la distribución de carga en un conductor aislado puntiagudo? Respuesta: A medida que un cuerpo aislado es más puntiagudo, las cargas se acumulan en mayor proporción en su punta.
CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS. 6.1. CONCLUSIONES. 6.1.1. Comprobamos experimentalmente que se puede generar electricidad por inducción, es decir sin que a los objetos se toquen. 6.1.2. Se puede generar fluido eléctrico por inducción, esto se demuestra con el electróforo de volta. 6.1.3. la tierra es con cuerpo muy grande cargado, pues cuando tienes un déficit de electrones se da electrones y si tenemos electrones en exceso nos quita electrones produciendo fluido eléctrico. 6.2.
SUGERENCIAS. 6.2.1. Realizar anotaciones puntuales de cada una de las observaciones realizadas en el experimento. 6.2.2. seguir los pasos indicados en la guía para poder realizar el experimento. 6.2.3. Trabajar con nuestro equipo con sumo cuidado y paciencia con el electróforo, realizando varias repeticiones para llegar a lo verídico.
EXPERIMENTO 03: Línea de campo eléctri co. I.
OBJETIVOS. 1.1. Mostrar e perimentalmente las líneas de campo eléc rico. 1.2. Describir ualitativamente las líneas de campo eléctri co.
II.
MARCO TEORI O Y CONCEPTUAL. Las líneas del ampo eléctrico están relacionadas con el campo eléctrico, donde l vector campo eléctrico E es tangente a la línea de campo eléctrico en cada uno de sus puntos, de igual anera el número de líneas por unidad de área que pasan por una superficie perpendicular a llas líneas de campo es proporcional a la magnitud del campo eléctri co en esa región. Reglas que sigu n para trazar las líneas del campo eléctric : Las líneas del campo eléctrico comienzan en las cargas positivas y terminan en las cargas negativas. Las líneas se dibujan simétricamente saliendo o entra do en la carga. El número de líneas que salen de una carga positiva o entran en una carga ne ativa, es proporcional a la carga. No pueden cu rsarse nunca dos líneas de campo eléctric . Las líneas de ca po para dos partículas cargadas de igual magnitud pero de signo op esto (dipolo eléctrico). Líneas de campo en la vecindad de dos cargas positivas igu ales.
III.
MATERIALES Y EQUIPOS. 3.1. Dos varill s de vidrio y un trozo de seda. 3.2. Dos plum ros electrostáticos. 3.3. Una máquina de Windsurf.
3.4. 3.5.
IV.
Un aceler dos de Van de Graf. Cables de conexión.
METODOLOGIA O PROCEDIMIENTO. 4.1. Cargar la varilla de vidrio frotándolo con el paño e seda y luego tocar la barra metálica del plumero electrostático. Realizar este procedimiento hasta que los hilos se ha brán. 4.2. Descarga el plumero tocando el metal con las mano . 4.3. Cargar dos varillas, una de vidrio y una de plástic , y luego cargar a los plumeros con distintas cargas, cercarlos posterior ente hasta obtener la configuración mostra da. 4.4. Repetir ell proceso anterior cargando a los plumeros con cargas d l mismo signo hasta obtener la con figuración mostrada.
4.5.
4.6.
Usando l máquina de Winshurt se puede obtener un mejor resultado. En este caso, con un alambre se co necta un electrodo de esta máquina al soporte metálico del plumero; luego se procede a cargar el plumero haciend girar el manubrio de la máquina. Notara que los hilos se rechazan entre si y e separan. Coloque os plumeros a una distancia de 10cm conecte mediante alambres a los electrodos de la má quina de Winshurt. Proceda a cargar los plumeros haciendo girar la
máquina e Winshurt. Notara que los hilos electri zados se separan y se atraen los que están entre sí.
4.7. 4.8.
Repita el aso anterior conectando los plumeros con alambres a un solo lectrodo de la máquina de Winshurt. Usando el acelerador de Van de Graaff intente o tener las configura iones anteriores. PRECAU IONES: Al hacer contacto la varilla cargada con el pl mero, la varilla debe moverse hacia delante y hacia a trás para permiti trasferir la carga por completo. Cuand use la máquina de Winshurt evite hace contacto directo con las manos a los electrodos cuando esta está cargada. Para hacer a conexión primero junt los dos electro os produciéndose de esta forma la descar ga. Cuand use el acelerador de Van de Graaff, c nsulte al profes r antes de poner en marcha el dispo itivo ¡los voltaje en el acelerador son muy elevados!
V.
CALCULOS Y RESULTADOS. 5.1. Explique l que sucede cuando la varilla de vidrio es puesta en contacto con la barra metálica del plumero. Respuest a:
Los hilos el plumero se levantan, porque la varilla d e vidrio al estar car ada genera campos eléctricos salientes por estar cargada positivamente. 5.2.
¿Por qué toman la forma que usted ve las plum as al ser tocada la varilla metálica del plumero con la varilla cargada? Explique. Respuest a: Porque u a varilla cargada genera campos eléctrico s y va de un cuerpo positivo a un negativo.
5.3.
¿Qué relación cree Ud. Que guarda el ángulo de a ertura de los hilos de seda de la pluma con la cantidad de elect ricidad? Respuest a: La relació está dada que a mayor electricidad se p oduce un mayor á gulo de apertura. Es decir la electri cidad es directame te proporcional al ángulo de apertura.
5.4.
Detalle lo que observo cuando en el experimento utilizo la máquina e Winshurt, sustentando correctamente el nálisis. Respuest a: Al mover la anivela y al acercar las esferas excit doras de descarga se producen rayos eléctricos, es decir d escargas. Así al toc r las esferas excitadoras con las manos, e pasa la descarga y es muy peligroso por lo que tenemos que tener cuidado en su manejo ya que produce cargas de potencial muy alto.
5.5.
Describa us observaciones experimentales al hac r uso del acelerado de Van de Graaff. Respuest a: Al acercar una esfera metálica produce chispas el éctricas. Al acercar él tuvo de neón esta se prende debido al interca bio de electrones.
VI.
Al presionar la esfera de Van de Graaff con las manos pero con el cuerpo totalmente aislado los cabellos del alumno se levantan distribuyéndose radialmente en el espacio.
CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS. 6.1. CONCLUSIONES. 6.1.1. La dirección de un campo es radial en el espacio y perpendicular al espacio. 6.1.2. Se demuestra que el campo es saliente en un cuerpo positivo entrante en un cuerpo negativo. 6.1.3. Un campo eléctrico estático puede ser representado geométricamente con líneas tales que en cada punto el campo vectorial sea tangente a dichas líneas, a estas líneas se las conoce como "líneas de campo". Matemáticamente las líneas de campo son las curvas integrales del campo vectorial. Las líneas de campo se utilizan para crear una representación gráfica del campo, y pueden ser tantas como sea necesario visualizar. 6.1.4. Las líneas de campo son líneas perpendiculares a la superficie del cuerpo, de manera que su tangente geométrica en un punto coincide con la dirección del campo en ese punto. Esto es una consecuencia directa de la ley de Gauss, es decir encontramos que la mayor variación direccional en el campo se dirige perpendicularmente a la carga. 6.2.
SUGERENCIAS. 6.2.1. Tener mucha precaución al momento de utilizar la máquina de Winshurt y el generador de Van de Graaff, porque el voltaje producido es muy alto y puede producir daños físicos. 6.2.2. Realizar estos tipos de experimentos con la supervisión del docente del curso ya que estos experimentos pueden ser fatales si no se utiliza de manera adecuada los aparatos antes mencionados.
EXPERIMENTO 04: El generador de Van de Graaff. I.
OBJETIVOS. 1.1. Utilizador de Van de Graaff para producir cargas eléctricas.
1.2.
Conocer las partes y el funcionamiento de este generador de cargas eléctricas.
II.
MARCO TEORICO Y CONCEPTUAL. Cuando un conductor cargado se coloca en contacto con el interior de un conductor hueco, toda la carga del primer conductor se trasfiere al primer conductor hueco. En 1929 Robert J. Van de Graaff aplico este principio para diseñar y construir un generador electrostático, el cual se utiliza en las investigaciones de física nuclear. Así lo mismo en la práctica, es posible incrementar su potencial del electrodo de alto voltaje hasta que se presenta una descarga eléctrica atravesó del aire. Los generadores de Van de Graaff pueden producir diferencias de potencial tan altas como 20 millones de voltios. Los protones acelerados a través de diferencias de potencial de este orden reciben energías suficientes como para iniciar reacciones nucleares entre ellos y diversos núcleos que sirven de blanco.
III.
MATERIALES Y EQUIPOS. 3.1. Un generador de Van de Graaff. 3.2. Una esfera de descarga. 3.3. Un plumero electrostático. 3.4. Un electroscopio. 3.5. Cables de conexión.
IV.
METODOLOGIA O PROCEDIMIENTO. a) Antes de la operación, hay que limpiar, con tela suave y limpia, las dos esferas, las ruedas, la corea y el tubo de poliglas. b) Se abre la mitad superior del casco y se ajusta el tornillo para que correa quede adecuada y las rudas superior e inferior paralelas.
c) Se ajuste el colector superior para que se acerque l máximo a la corre , sin tocarla. d) Se conecta el colector con la bola de la descarga el ctrica. Se conecta el interruptor de colector con el colector ebajo, al mismo tiempo, coloque la tabla de alambre de ti rra en el suelo. e) Se conec a el interruptor de fuente eléctrica del m otor para arrancarlo. Si la humedad del ambiente es alta, se e ciende la lámpara ecadora, cuando el aire húmedo es ex elido del aparato, se apaga el motor y se cierra la mitad su perior del casco. Ah ra el generador está listo para la demostr ción. f) Se conec a el circuito de tierra del motor para ar ancarlo y proteger contra la fuga de la carga. g) En aquellos lugares que no existen corriente elé trica y la humedad relativa es menor al 80%, se puede re urrir a la operación manual, es decir hacer girar la maniv la en el sentido del reloj. h) Cuando c mienza a funcionar el generador, no debe tocar con las manos las bolas ni las partes metálica expuesta. i) Proceda a realizar las siguientes experiencias. 4.1.
Electriza ión por contacto. Acerque la bola de descarga al casco del acel rador de Van de Graaff. Al tocar la esfera de descarga la aceleración hab rá sacado un poc de carga. Acerque ahora la esfera de descarga hacia el electro copio. Toque la cabeza del electroscopio con la sfera de descar a. Registre sus observaciones.
4.2.
Campo el éctrico de un conductor cargado. Tome or la base aislante el número electrostátic . Acerque los hilos del plumero al casco.
V.
Tome n solo hilo del plumero y desplácelo alre dedor del casco iguiendo circuitos paralelos al ecuador o m eridiano. Con el generador de Van de Graaff apagado y pr viamente descar ado, disponga de una placa de mad era seca forrada en la parte superior con cualquier plástico grueso y haga parar un compañero suyo sobre ella, haciendo que coloca e sus manos sobre el casco. Encienda el motor del generador, luego de cierto t iempo los cabellos del alumno se levantaran. Acerque la lámpara de neón al cuerpo del al umno sin tocarlo.. Deje pasar un cierto tiempo hasta que el ca ello baje indicando que ya se ha descargado, entonc s recién hacerlo bajar de la tabla.
CALCULOS Y RESULTADOS. 5.1. Explique llo que sucede cuando la esfera de de carga es puesta en contacto con el electrodo central del electr scopio. Respuest a: Al ser puesta la esfera de prueba con el electros copio las laminillas del electroscopio se separan con un án gulo muy grande, e to nos indica que la esfera de prueba est cargada positivam nte reduciendo la carga del generador d e Van de Graff, es por ello cuando tocamos el electrodo c entral del electroscopio con esta esfera de prueba las lam inillas se separan. 5.2.
Al acerca el plumero electrostático al generador d e Van de Graaff. ¿ ué sucede con los hilos de seda? Explique. Respuest a: Los hilos son atraídos radialmente al centro de la esfera de Van de G aaff, esto ocurre debido a que el campo el éctrico va de un cue po positivo a otro cuerpo cargado negativa mente.
5.3.
¿Qué tipo de simetría tiene el campo eléctrico producido por el casco del generador? Explique. Respuesta: Tiene una simetría esférica el campo eléctrico con una dirección radial y su módulo es constante en todos los puntos de una superficie esférica.
5.4.
¿Por qué los cabellos del alumno se levantan? Respuesta: Porque el cuerpo del alumno está cargado positivamente, donde el campo eléctrico tiene una dirección o sale hacia el espacio con una dirección radial. Además se levantan por el alto potencial eléctrico acumulado en el cuerpo de alumno y este potencial genera un campo eléctrico describiendo las líneas del campo eléctrico que salen de manera perpendicular del cuerpo del alumno y los cabellos por el bajo peso que presentan tienden a seguir estas trayectorias o líneas del campo.
5.5.
Cuando usted acercar el tubo de neón al alumno ¿Qué observo? Explique su respuesta. Respuesta: El tubo de neón se prende porque existe una transferencia de electrones.
5.6.
El radio del casco esférico se de 20cm, determine. ¿Cuánta carga puede producir sin provocar la ruptura eléctrica en el aire? Respuesta: Para que no se produzca una ruptura eléctrica en el aire, decimos que la diferencial de la carga total es: = dA
= ∫ dA ; q = A ; pero la superficie es eserica por ende q = (2π ) = 5.7.
2 25
El electrodo conductor esférico de un generador de Van de Graaff está cargado hasta un potencial de 0,18.106V. halle el radio mínimo que debe tener el cascaron esférico para que no ocurra la ruptura dieléctrica del aire. Como se sabe nos dan como dato que: radio = 1m potencial = 3.106 v
;
Que la carga depende directamente proporcional al radio de casco esférico. Por lo tanto: por regla de tres simple.
1 →≫ 3 ∗ 106 →≫ 0.18 ∗ 106 = 0.0 = VI.
CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS. 6.1. CONCLUSIONES. 6.1.1. El campo eléctrico es proporcional a la carga del cuerpo. Además según las observaciones realizadas es que cuando el cabello del alumno sea lo más largo posible observamos que los cabellos tienden a separase mucho más que en los cabellos cortos. 6.1.2. Una carga estática no es tan peligrosa, se decir cuando no existe flujo de electrones la electricidad no es muy peligrosa por ello se utiliza aislantes. 6.1.3. Al acercar una esfera de prueba esta produce chispas eléctricas, por lo cual una vez más se demostró que la carga se encuentra en la superficie del cuerpo metálico. 6.2.
SUGERENCIAS. 6.2.1. No tocar el generador de Van de Graaff si estamos con el cuerpo aislado de la tierra, porque nos podríamos electrocutar al haber un flujo de electrones.
EXPERIMENTO 05: L a jaula de Faraday.
I.
OBJETIVOS. 1.1. Mostrar el blindaje electrostático. 1.2. Determinar en donde reside la carga eléctric conductor..
en un
II.
MARCO TEORI O Y CONCEPTUAL. En la jaula de F raday vamos a observar que cuando se c oloca una carga neta en un conductor, la carga se distribuye sobre la superficie de manera que el campo eléctrico en el interior es cero. Para poder obte er los resultados mencionados en el párra o anterior introduzcamos u a pequeña bola metálica cargada positiv mente, la cual es colgada e un hilo de seda dentro de un conductor hueco sin carga atravesó de un pequeño orificio, el conductor h eco está aislado de la tierra. La bola cargada induce una carga neg tiva en la pared interna del conductor, dejando una carga igual pero p ositiva en la superficie exterior. La presencia de las cargas positivas e la pared exterior se indic por la deflexión del electrómetro. La def lexión del electrómetro no cambia la bola toca la superficie in ferior del conductor hueco.. Cuando a la bol se extrae la lectura del electrómetro no c mbia y la bola se encuentra descargada. A este tipo de experi ento se denomina blindaje electrostático.
III.
MATERIALES Y EQUIPOS. 3.1. Dos plum ros electrostáticos. 3.2. Una jaula de Faraday. 3.3. Una base con soporte para colocar la jaula de Farad y. 3.4. Una máquina de Winshurt o un generador de Van de Graaff. 3.5. Un electroscopio. 3.6. Cables de conexión.
IV.
METODOLOGIA O PROCEDIMIENTO.
4.1. 4.2. 4.3. 4.4.
4.5. 4.6.
4.7. 4.8.
V.
Con un alambre de conexión de cobre conecte la jaula de Faraday con un electrodo de la máquina de Winshurt . Haga girar la manivela para producir carga eléct ica en la jaula. Observe l que sucede a los plumeros exterior e in terior a la aula. Ano e sus observaciones. Remplace la máquina de Winshurt por el acelerador e Van de Graaff y on un alambre conductor conecte la c beza del acelerado con la jaula de Faraday. Haga fun ionar el acelerador y observe lo que suce e con los plumeros. Desconec e el acelerador de la jaula, el plumer exterior retírelo de su lugar.
Acerque l jaula hacia el acelerador a una distancia equeña. Encienda el acelerador y observe la descarga corona que aparece.
CALCULOS Y RESULTADOS. 5.1. Explique lo que sucede a los plumeros cuando la jaula de Faraday stá conectado con la máquina de Wi shurt en funcionam iento. Respuest a: El plumer no se esparce radialmente, esto acurre debido a que toda la carga está en la superficie de la jaula de Faraday, entonces decimos que el campo eléctrico en el i nterior es cero. 5.2.
Explique lo que sucede a los plumeros cuando la jaula de Faraday esta con esta con el generador de Van de G raaff. Respuest a: En la co exión entre ambos sucede que sabien o que la carga est en la superficie de la jaula, es decir el ca po en el interior es cero por lo que el plumero no se carga.
VI.
5.3.
Según sus observaciones. ¿existe campo eléctrico en el interior de la jaula? ¿existe campo eléctrico en el exterior de la jaula de Faraday? Justifique sus respuestas. Respuesta: Al ser un cuerpo metálico, no existe campo eléctrico en su interior, ya que toda la carga se encuentra en la área de su superficie, sin embargo en el exterior existe el campo eléctrico.
5.4.
¿En dónde reside la carga en la jaula de Faraday? Respuesta: La carga reside en la superficie superior de la jaula en donde la carga en el interior es cero, por ende no hay campo eléctrico para cuerpos metálicos en su interior.
5.5.
Si remplaza el plumero exterior por un electrómetro. ¿Qué observaciones obtiene? Respuesta: El electrómetro no sufre ninguna variación indicando que toda la carga esta polarizada en la superficie exterior de la jaula
CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS. 6.1. CONCLUSIONES. 6.1.1. En cuerpos conductores toda la carga se encuentra distribuido en el área de su superficie. 6.1.2. Al no haber cargas en su interior en cuerpos metálicos, no existe campo eléctrico en su interior. 6.1.3. Los cuerpos metálicos huecos nos sirven como protectores de rayos y relámpagos. 6.2.
SUGERENCIAS. 6.2.1. Leer detenidamente las guías de laboratorio para no tener percances y daños físicos, porque el voltaje que se trabaja en el experimento es muy alto. 6.2.2. Hacer consultas sobre algunos obstáculos que tenemos durante el experimento. 6.2.3. Tener mucho cuidado con los materiales del laboratorio al momento de trabajar.
BIBLIOGRAFIA.
GOLDEMBERG, J. Física General y Experimental. Vol. II. Edit. Interamericana. México 1972. MEINERS, H. W, EPPENSTEIN. Experimentos de Física. Edit. Limosa. México 1980 SERWAY, R. Física. Vol. II Edit. Reverte. España 1992, TIPLER, p. Física Vol. II. Edit. Reverte. España 2000.
