Física Experimental III
ALUMNO: Antonio de Jesús Martínez Beltrán OLE!A: 2008601842 "E#: 3IM15 $%OFE"O% &A': Jesús Artemio Velazco límaco
4- Agosto - 2009
(: I N ! % O ) U # # I * N :( on esta !ráctica iniciaremos n"estro c"rso en#ocado al electroma$netismo% &"ien est"dia ' "ni(ca los #en)menos el*ctricos ' ma$n*ticos% es !or ello &"e en n"estra !rimera !ráctica +a,laremos acerca del e#ecto de $anar o !erder car$as el*ctricas% electrones% tam,i*n llamada electrizaci)n de los c"er!os.os electrones !"eden !asar de "n c"er!o a otro c"ando se !onen s"stancias en contacto m"' estrec+o/ es !or ello &"e todas las s"stancias !"eden electrizarse al ser #rotadas con otras s"stancias% esto s"cede !or&"* los átomos de "na de ellas ceden electrones% los &"e !asan a los átomos de la otra s"stancia% !or lo tanto las s"stancias &"e se #rotan !ierden o $anan electrones/ esta es "na de las #ormas de electrizaci)n tam,i*n llamada !or #rotamiento- Al #rotar dos c"er!os el*ctricamente ne"tros% am,os se car$an% "no con car$a !ositia ' el otro con car$a ne$atia- i se #rota "na ,arra de idrio con "n !ao de seda% +a' "n tras!aso de electrones del idrio a la seda% esto se llama lectrizaci)n !or contacto- .a electrizaci)n !or ind"cci)n es "n !roceso de car$a de "n o,eto sin contacto directo- "ando se acerca "n c"er!o electrizado a "n c"er!o ne"tro% se esta,lece "na interacci)n el*ctrica entre las car$as del !rimero ' las del c"er!o ne"troe considera &"e "na s"stancia está electrizada ne$atiamente si $ana electrones ' !ositiamente si !ierde electrones- Al +acer esto se o,tienen dos ti!os de car$as similares o del mismo si$no se re!elen ' car$as di#erentes o de si$nos di#erentes se atraen% recordando &"e no +a' destr"cci)n ni creaci)n neta de car$a el*ctrica% en todo !roceso electroma$n*tico la car$a total de "n sistema aislado se consera-
(: ) E " A % % O L L O :( .A !ráctica estará diidida e!erimentos como lo contin"aci)n
en di#erentes eremos a
Electrización por frotamiento: Al #rotar dos c"er!os el*ctricamente ne"tros 7número de electrones número de !rotones9% am,os se car$an% "no con car$a !ositia ' el otro con car$a ne$atiaa9 "s!endimos "na ,arra de idrio 7sin #rotarla9 en el !*nd"lo electrostático "tilizando el $anc+o so!orte !ara ,arras% tal ' como se m"estra en la ($"raa-19 .e a!roimamos la ,arra de acrílico ' no !aso a,sol"tamente nada 2
!"es !odemos decir &"e los dos o,etos tenían car$a el*ctricamente ne"tra% !"es contienen cantidades i$"ales de electrones !ositios ' ne$atiosa-29 :rotamos la ,arra de idrio con el !ao de seda ' la ,arra de acrílico con el !ao de #ranela 7o lana9% !"simos la ,arra de idrio n"eamente en los $anc+os del !*nd"lo sin tocar la !arte electrizada% acercamos las re$iones #rotadas de am,as ,arras ' las dos se atraeron !"es al ;otar cada "na de las ,arras se car$aron ' cada "na tenia car$as di#erentes es !or ello &"e se atraeron ' se "nta,an,9 <"simos en contacto la re$i)n #rotada de la ,arra de idrio con la es#*rica del electrosco!io% a!roimando esta como lo m"estra la ($"raA&"í oc"rri) al$o &"e se eía m"' !adre% !"es las laminitas &"e esta,an dentro se se!ara,an al acercar la ,arra car$ada ' oc"rría lo &"e se llama electrizaci)n !or contacto,-19 =escar$amos el electrosco!io tocando s" es#era con la mano ' re!etimos el inciso 7,9 con la ,arra de !oliesterina #rotada !reiamente ' tam,i*n se se!araron las laminitasElectrización por contacto: e !"ede car$ar "n c"er!o ne"tro con s)lo tocarlo con otro !reiamente car$adoa9 >omamos "na ,arra de acrílico% car$ada !reiamente !or #rotamiento% la !"simos en contacto con la es#era maciza% estando esta s"s!endida !or medio del +ilo aislante de !lásticanse$"ida la !"simos en contacto con la es#*rica del electrosco!io?e!etimos este "ltimo !aso !ero a+ora "tilizando la es#era +"eca<"dimos o,serar &"e la es#erita &"edo car$ada con car$as ne$atias &"e se $eneraron en la ,arra !or #rotamiento !"es al #rotarla la ,arra de acrílico le cedi) electrones a el !ao- !osteriormente al acercar es#erita maciza esta al electrosco!io se io como se se!ara,an las laminitas% "na ez +aciendo esta se descar$o la ,olita ' al acercarla a la es#era +"eca 'a no !aso nada !"es tanto la es#erita como la es#era +"eca tenia car$as ne"tras,9 ?e!etimos el e!erimento con la ,arra de idrio ' imos el #en)meno !ero al !areces la car$a #"e menos ' al acercar la ,arra a la es#erita esta 3
'a no se le ad+ería o atraía con la misma intensidad ' lo mismo !aso con el electrosco!io% !"es las laminitas 'a no se leantaron !or com!leton concl"si)n !odemos decir &"e de!endiendo el $rado o intensidad en &"e se electrizan los materiales de!ende del material ' s"s características% en esencial si son cond"ctores% no cond"ctores o semicond"ctores- <"es los !rimeros son menos #ácil &"e se electricen !"es al ser cond"ctores se electrizan !or com!leto en todo s ol"men e incl"so !"eden transmitirle esa car$a al so!orte en el &"e se enc"entran% mientras &"e en los no cond"ctores o aislantes se !"ede electrizar c"al&"ier área de esta !"es !or s"s !ro!iedades los electrones ad+eridos o #altantes serán en esa !e&"ea !orci)nElectrización por inducción: .a ind"cci)n es "n !roceso de car$a de "n o,eto sin contacto directoa9 >omamos "na ,arra de acrílico !reiamente car$ada !or #rotamiento ' la a!roimamos a "nos 3cm de la es#era metálica con ,ase aislante% como m"estra la ($"ra% eitando el contacto."e$o tomamos el electrosco!io ' lo !"simos en contacto con la re$i)n B de la es#era metálica sin retirar la ,arra de las !roimidades de la misma ($"ra con ello !"dimos er &"e al #rotar la ,arra de acrílico con el !ao le &"itamos los electrones !ositios car$ando !or com!leto la ,arra de acrílico de electrones ne$atios% l"e$o al momento de !oner el electrosco!io a la es#era +"eca +acemos &"e se trans(era la car$a ne$atia al electrosco!io deando así el electrosco!io car$ado% es decir% tanto la ,arra como la es#era +"ea ' el electrosco!io +an sido car$ados a tra*s de la electrizaci)n !or ind"cci)n- ."e$o retiramos el electrosco!io de la es#era +"ea ' a+ora solo acercamos la ,arra al electrosco!io ' se o,sera,a como a"n se$"ía car$ada la ,arra.o anterior nos dice &"e la car$a de la ,arra es ne$atia al i$"al &"e la los electrones &"e a!arecen en la secci)n , ' así des!"*s de retirar el electrosco!io de la es#era esta +a &"edado car$ada con car$as ne$atias ' !ositia% es decir &"edo car$ado !or ind"cci)nExistencia de dos tipos de carga eléctrica.
los materiales eran di#erentes,9 :rotamos "na ,arra de idrio ' la ac*rcanos a la !arte #rotada !reiamente de la ,arra de acrílico s"s!endida del !*nd"lo electrostático ' estas se re!elieron o se rec+aza,an !or &"e las car$as eran i$"alesCUESTION!IO 1. ¿Cómo interpreta el principio de la conservación de la carga eléctrica, cuando interacción dos cuerpos al ser frotados? l !rinci!io de conseraci)n de la car$a esta,lece &"e no +a' destr"cci)n ni creaci)n neta de car$a el*ctrica% ' a(rma &"e en todo !roceso electroma$n*tico la car$a total de "n sistema aislado se conseran "n !roceso de electrizaci)n% el número total de !rotones ' electrones no se altera ' s)lo +a' "na se!araci)n de las car$as el*ctricas-
#. $escriba funciona.
las car$as !asan de la ,arra al
al electroscopio % epli!ue como
@n electrosco!io% es "n instr"mento &"e sire !ara reelar la !resencia de car$as el*ctricas- l electrosco!io se !"ede car$ar tocando el ,ot)n s"!erior con "n c"er!o car$ado- Al acercar "n o,eto electrizado a la es#era% la arilla se electri(ca ' las laminillas car$adas con i$"al si$no &"e el o,eto se re!elen% siendo s" dier$encia "na medida de la cantidad de car$a &"e +an reci,ido- .a #"erza de re!"lsi)n electrostática se e&"ili,ra con el !eso de las +oas- i se alea el o,eto de la es#era ' las láminas% al !erder la !olarizaci)n% "elen a s" !osici)n normal4. &i la esfera met'lica (ueca !ue usa en los eperimentos estuviese construida con material aislante, ¿se podr)a cargar usando el método de electrización por inducción? o !or&"e la es#era tendría &"e ser #orzosamente tocada o #rotada !ara 5
&"e se car$"e- <"es si des!"*s de car$ar la es#era co$emos "na lámina metálica% aislada con "n man$o de idrio% ' tocamos el interior de la es#era metálica% o,seraremos &"e la lámina no se car$a% !"esto &"e no atrae al !*nd"lo- i tocamos !or el eterior de la es#era o,seraremos &"e la lámina se car$a% !"esto &"e 'a atrae al !*nd"lo de saúco- on esto se !r"e,a &"e las car$as se distri,"'en en la s"!er(cie de la es#era*. $e los diferentes cuerpos utilizados en los eperimentos, ¿cu'les son malos conductores % cu'les son buenos conductores % por!ué? n este caso los meores cond"ctores son los aisladores ' los metales no los son !or ser ,"enos cond"ctores- n los materiales cond"ctores las car$as !"eden moerse li,remente a tra*s del material% mientras en los aisladores no-
4-CBarra de Vidrio
2-C >",o de
5-CBarra de Madera
3-C Barra de Acrílico
6-CBarra de Metal
+. $e lo observado en su eperimento de !ue eisten dos tipos de carga, ¿a !ué le% cualitativa nos conduce? Epli!ue. .a #"erza de atracci)n% o rec+azo% entre dos car$as !"nti#ormes% se!aradas !or "na distancia r está dada !or la ec"aci)n% =onde re!resenta a la #"erza% - % a "na constante% ' !1 ' !2 a las car$as . Con los materiales e instrumentos usados en la pr'ctica, ¿cómo se podr)a comprobar si un cuerpo es conductor o aislador por medio de un eperimento? e !odría com!ro,ar al electrizar los materiales !or #rotamiento ' al acercarlos al electrosco!io% !"es entre mas cond"ctores sean menos se electrizaran ' entre mas aislantes sean se electrizaran localmente con "na ma'or intensidad/. 0na barra de vidrio est' cargada positivamente a si atrae a un ob3eto ¿se puede aseverar !ue el ob3eto est' cargado negativamente? si !"es car$as el*ctricas di#erentes se atraen b si repele al ob3eto, ¿se puede aseverar !ue el ob3eto est' cargado positivamente? si !"es car$as el*ctricas i$"ales se re!elen% D esto se !"ede conocer !or el !rinci!io de conseraci)n de la car$a6
4. &e a"rma !ue una barra aislada tiene carga eléctrica, ¿cómo podr)a veri"carlo % determinar el signo de esa carga utilizando los instrumentos % materiales con !ue se cuenta? "ando "n electrosco!io se car$a con "n si$no conocido% !"ede determinarse el ti!o de car$a el*ctrica de "n o,eto a!roimándolo a la es#era- i las laminillas se se!aran si$ni(ca &"e el o,eto está car$ado con el mismo ti!o de car$a &"e el electrosco!io- =e lo contrario% si se "ntan% el o,eto ' el electrosco!io tienen si$nos o!"estosolo si conocemos el si$no con el &"e está car$ado el electrosco!io !odemos conocer la car$a de los o,etos &"e se acercan11. &i acerca una barra de poliesterina cargada a una esfera met'lica sin (acer contacto, describa por medio de un dibu3o, la distribución de cargas !ue se tienen a(ora en la barra % en la esfera met'lica.
12. Epli!ue la diferencia, si eiste, entre inducción de carga % carga por inducción. @n o,eto con car$a !"ede atraer a "n o,eto metálico sin car$a 7car$a neta cero9- o es &"e el o,eto metálico no ten$a car$a- >iene m"c+a car$a- .o &"e !asa es &"e tiene i$"al cantidad de car$a ne$atia &"e !ositia- n "n cond"ctor la car$a ne$atia se !"ede moer #ácilmente aleándose de la car$a ne$atia del otro o,eto- so dea "n eceso de car$a !ositia en el etremo cercano al otro o,eto- A este e#ecto se le llama Eind"cci)n de car$aF.a car$a !or ind"cci)n es otro #en)meno% !"es la ind"cci)n es "n !roceso de car$a de "n o,eto sin contacto directo- "ando !ermitimos &"e las car$as sal$an de "n cond"ctor !or contacto% decimos &"e lo estamos !oniendo a tierra- ="rante las tormentas el*ctricas se llean a ca,o !rocesos de car$a !or ind"cci)n- .a !arte in#erior de las n",es% de car$a ne$atia% ind"ce "na car$a !ositia en la s"!er(cie terrestre-
(: # O N # L U " I O N E " :( on esta !ractica a!rendimos a car$ar el*ctricamente los c"er!os% además de los !rocedimientos &"e eisten !ara ello como lo son/ la electrizaci)n !or #rotamiento% contacto e ind"cci)n% esto me !rooco en lo !artic"lar $ran inter*s !"es conocí !arte de las ca"sas &"e ori$inan estos #en)menos-
G
>am,i*n a!rendí &"e nin$"na car$a se crea ni se elimina% sim!lemente cam,ian de c"er!os !roocando &"e estos se atrai$an o se re!elan% si son car$as di#erentes o i$"ales se$"n sea el caso-
(: I L I O + % A F , A :( LI%O AU!O%: erHa'% ?a'mond A!I!ULO )EL LI%O: :ísica !ara ciencias e in$enierías 7eta dici)n9 !EMA #ON"UL!A)O: #ampos el*ctricos $A+INA" #ON"UL!A)A": 2 C 8 E)I!O%IAL E)I#I*N:
Thomson, 2005
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