INFORME 1
Cargas Eléctricas y Cuerpos Electrificados Procedimiento
1. Acer Acerqu quee cual cualqu quie iera ra de las las barr barras as,, sin sin frot frotar arla la,, a la esfe esfera ra de tecn tecnop opor ortt que que está está suspendida en el péndulo eléctrico como se muestra en la figura. Anote lo observado. Acercamos cualquiera de las barras (acetato, vinilito o vidrio) al péndulo eléctrico y NO notamos interacción alguna.
2.
Frote la barra de acetato con el paño de seda, luego acérquela a la esfera de tecnoport. Repita la operación frotando la barra de vinilito. Anote lo observado. Al frotar la barra de ACETATO y acercarla a la esfera se observa un fenómeno de atracción entre ambas, luego, al frotar la barra de VINILITO y aproximarla a la esfera, cabe resaltar que por simple observación deducimos que la intensidad de la atracción en este caso es mucho más fuerte que en el caso de la barra de acetato.
3. Ponga frente a frente dos esferas de tecnoport suspendidas en los péndulos eléctricos. A continuación frote la barra de vinilito con el paño de lana, luego toque la esfera 1 y a la esfera 2. Anote sus observaciones. Cuando se acerca la barra de vinilito ya frotada se produce un fenómeno de atracción muy intenso.
4. Frote Frote nuevame nuevamente nte la barra de acetato acetato con el paño de seda y la de vinilito vinilito con el paño de lana y toque a la esfera 1 con la barra de acetato y a la esfera 2 con la barra de vinilito. Anote sus observaciones. La reacción de la barra de acetato frotada con el paño de seda es menos intensa que la barra de vinilito frotada con el paño de lana.
5.
Asigne el nombre que usted desee a las cargas eléctricas obtenidas en los pasos 3 y 4. Debido a que las esferas son de color negro y de color blanco, procederemos a designar a la bolita de tecnoport de color negro como Qnegro y a la bolita de color blanco como Q blanco.
6. Acerque sin tocar la barra de acetato a la esfera 1, simultáneamente acerque sin tocar la barra de vinilito a la esfera 2. Anote lo observado. Se nota una atracción muy pequeña en ambos casos pero aun así la barra de vinilito tiene más influencia que la barra de acetato sobre las esferas.
7.
Usando un electroscopio, acerque la barra de acetato previamente frotada con el paño de seda a la esfera metálica del electroscopio. Anote sus observaciones. Acercando la barra de acetato previamente frotada se nota que el filamento del electroscopio se abre un poco.
8. Manteniendo cerca de la esfera metálica la barra de acetato, coloque un dedo de su mano sobre la esfera. Anote sus observaciones. Manteniendo cerca de la esfera a la barra de acetato y colocando el dedo sobre la esfera metálica, no ocurre absolutamente nada.
9. Manteniendo cerca de la esfera metálica la barra de acetato, retire el dedo que había colocado sobre ella. Anote sus observaciones. Manteniendo cerca de la esfera a la barra de acetato y retirando el dedo de la esfera metálica, no ocurre absolutamente nada; la aguja no oscila.
10.
Retire la barra de acetato de la vecindad a la esfera metálica. Anote sus observaciones. Al retirar la barra de acetato la aguja vuelve a su esta original.
11.
Repita los pasos 10, 11, 12 y 13 con la barra de vinilito previamente frotada con el paño de lana. Al acercar la barra de acetato previamente frotada a la esfera metálica del electroscopio la aguja avanza un poco más que la de acetato. B) Al colocar el dedo encima de la esfera metálica del electroscopio y manteniendo la barra de acetato cerca de esta, no ocurre absolutamente nada. C) Manteniendo la barra de acetato cerca de la esfera metálica y retirando el dedo de la esfera metálica no ocurre absolutamente nada. D) Al retirar la barra de acetato después de haber retirado el dedo de encima de la esfera metálica, la aguja vuelve a su estado original. A)
Cuestionario
1. Indique las formas de electrización que se observan en las experiencias de este laboratorio explicando en qué consiste cada una de ellas. FROTAMIENTO
ELECTRIZACION POR… CONTACTO
INDUCCION
-
Los cuerpos inicialmente se encuentran neutros (carga neta nula).
-
Uno de los cuerpos debe estar cargado eléctricamente (positiva o negativamente).
-
Uno de los cuerpos está cargado.
-
Hay transmisión de carga como resultado del frotamiento.
-
Se produce transmisión de cargas por contacto de los cuerpos.
-
Para cargar a un cuerpo solo es necesario tenerlo cerca de otro que posea carga. Una vez cerca de la carga puntual, el cuerpo queda polarizado, (por un lado cargas positivas y por otro lado cargas negativas). -
-
-
Una vez trasmitida la carga; la suma algebraica de las cargas positivas y negativas se alteran en ambos cuerpos. Al final del proceso los cuerpos se cargan eléctricamente pero con signos diferentes.
-
-
Dada la transferencia de cargas, produce diferencia de potencial entre la superficie de los cuerpos. Después del contacto, la carga acumulada por cada cuerpo es la misma, es decir quedan cargadas eléctricamente iguales.
Finalmente el cuerpo inducido queda cargado en forma definitiva si mantenemos fijo la posición del cuerpo inducido. -
2. ¿En que caso de la electrización por frotamiento se observa mayor efectividad? Al frotar la barra de vinilito con lana se observa una mayor interacción eléctrica que en los otros casos.
3. Considerando que el tecnoport es una material aislante, ¿Cómo se distribuirá la carga eléctrica en las esferitas de este material? (En todo su volumen o solamente en su superficie) Si la barra está cargada positivamente, al acercarlas al tecnoport sucede una migración de electrones negativos al extremo que esta mas cerca de la barra y los electrones positivos hacia el otro extremo; igualmente de forma viceversa. Los electrones se distribuyen solo en la superficie.
4. En la ilustración considere que la bola 1 tiene una carga Q y la bola 2 esta descargada. Considere además que las bolas tienen igual radio r. ¿Qué sucederá? De acuerdo a la ley de Coulomb: F1-2= KQq X
; donde q1 = 0
F1-2 = 0
No habrá ninguna fuerza interactuando entre ellos ya que q 1= 0, y según la ley de Coulomb la interacción de las dos esferas es igual a cero.
5. En la misma ilustración, suponga que mediante algún deslizamiento del hilo, la esfera 1, que contiene una carga Q se pone en contacto con la esfera 2, que esta descargada. ¿Qué es lo que se observará? ¿Cual será la carga que adquiere la esfera 2? Después de contacto se observará que las esferas regresarán a su posición original. La carga de la esfera blanca será de l mismo tipo que la esfera negra.
6. Respecto a la pregunta 5 suponga ahora que la bola 1 tenga un radio de 2r y la bola 2 un radio r. Si la bola 1, que contiene una carga Q, se pone en contacto con la bola 2; ¿Cuál será la carga que adquiere la esfera 2?
Suponiendo un caso en el que Q sea carga positiva y q 1 sea carga negativa; la esfera de radio 2r atraerá hacia si misma a la esfera más pequeña de radio r, ya que dentro de esta esfera se puede almacenar mayor cantidad de carga por ser más grande, la figura representativa de esta interacción sería esta:
7. En un experimento de electrostática se observa que la distancia entre las esferas idénticas 1 y 2, inicialmente descargadas es de 12 cm (como en la ilustración). Luego de transmitirle la misma carga Q a ambas estas se separan hasta 16 cm. ¿Cuál es el valor de esta carga, si la masa de cada una de ellas es de 5 g y la longitud de los hilos en los que están suspendidas las esferas es de 30 cm? Según la disposición del problema, las cuerdas se desvían un ángulo θ con respecto a la vertical. Entonces por equilibrio estático: En el eje x:
En el eje y:
Tsen(θ )
T cos(θ )
=
F e ...(1)
=
mg ...(2)
Hacemos (1)/(2) tan(θ ) tan(θ )
=
=
mg kQ 2
=
6,68 * 10 Q
Fe
x 2 mg −
2
9 * 10 9 Q 2 =
(16 * 10 2 ) 2 * 5 * 10 −
−
3
* 9,8
9,64 * 10 8 C −
8. Un objeto cargado positivamente se acerca a la esfera de un electroscopio y se observa que las laminillas se cierran; y cuando se sigue acercando, si tocar la
esfera, de pronto las hojuelas se abren. ¿Qué tipo de carga tiene el electroscopio? Al acercar el objeto las laminillas se cierran. Al acercar dicho objeto a la esfera metálica del electroscopio sin llegar a tocarla, estas laminillas se abren; por lo tanto se deduce que la carga del electroscopio sería positiva, ya que sólo mediante un rechazo en las cargas las laminillas se pueden abrir.
9. Del experimento realizado, ¿Se puede deducir que tipo de carga se traslada de un cuerpo a otro? En nuestra experiencia el tipo de carga que se traslada de un cuerpo a otro es de tipo negativo; pero en general los dos tipos de carga (positivo y negativo) son susceptibles de ser trasladados de un cuerpo a otro.
10. Considerando que toda carga eléctrica genera un campo electrostático en el espacio que le rodea y en una esfera de tecnoport se distribuye uniformemente una carga eléctrica Q. (a) ¿Cuál será la magnitud de la intensidad del campo a una distancia r del centro de esta esfera? (b) ¿Será este un campo uniforme o no uniforme? Se tiene la siguiente esfera:
Para calcular el campo eléctrico en un punto arbitrario, a una distancia r del centro de la esfera, observamos que por simetría el campo eléctrico debe ser 'radial', es decir, su dirección debe coincidir con la de la recta que pasa por el origen y el punto de observación; además, debe depender sólo de r y no de su dirección . Como el punto de observación es fijo, llamemos eje z al que coincide con la dirección antes mencionada, por lo tanto:
Introduciendo coordenadas esféricas tenemos:
donde, 0 < r ' < R para los puntos de la distribución de carga. Podemos escribir también de esta manera:
Con todo esto tenemos:
Observamos de inmediato que hay dos integrales triviales
además
Esta última integral es un poco difícil, y requiere de un 'truco' para resolverla. Notamos que
luego tenemos
Una conclusión importante es que, para una distribución de carga con carga total finita Q , el campo eléctrico a grandes distancias de la distribución de carga es como el campo de una carga puntual de magnitud Q , más algunas correcciones; si llamamos d al tamaño de la distribución (la zona donde existe carga), entonces
La magnitud seria: E
kQ =
r 2
b) El campo eléctrico solo depende la distancia, entonces a una distancia r el campo será el mismo en ese eje radial.
Conclusiones y Observaciones 1. Al realizar el experimento se demostró que los cuerpos habían sido electrizados por frotamiento, se acepta que en ellos han aparecido una cantidad de electricidad o cierta carga eléctrica que es la causa de las atracciones o repulsiones. 2.
Se comprueba experimentalmente que los cuerpos con cargas eléctricas de igual especie se repelen mientras que los tiene cargas de distinto signo se atraen. Por ejemplo en la práctica se observó, cuando al acercar la barra de vinilito previamente frotada con el paño de seda, esta se atraía con las esferitas de tecnoport, aquí se manifestó la atracción de los cuerpos.
3. En todo cuerpo conductor, las cargas se distribuyen superficialmente buscando las zonas de mayor convexidad. En este caso la distribución de las cargas es uniforme. 4. La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia, es por eso que se concluye, en que estas no son engendradas, ni creadas, sino que mediante procesos físicos adquieren una carga eléctrica, que consiste en ceder algo de un cuerpo, de tal modo que uno de ellos tenga un exceso de carga y el otro tenga un déficit de carga. 5. La existencia de dos clases de fuerzas eléctricas tales como son: la fuerza de atracción y la fuerza de repulsión; se explica por la existencia de dos tipos de cargas eléctricas como son: la carga positiva y la carga negativa. 6. Los cuerpos experimentan fuerzas de repulsión o de atracción dependiendo de la naturaleza del origen de su carga al ser electrizados. 7. Los fenómenos de electrización son por frotamiento, por contacto y por inducción, los cuales alteran el equilibrio de cargas eléctricas que se encuentran en los cuerpos. 8.
Muchos de los cuerpos debido a sus dimensiones son difíciles de cargar eléctricamente porque el cuerpo humano al rozarlos por algún motivo cuando ya están cargados este lo neutraliza rápidamente.
BIBLIOGRAFIA
FISICA III- Lic. Humberto Leiva N.: Editorial Moshera Segunda Edición. 1.
FISICA.- Tomo II. Resnick Halliday: Editorial Continental S.A. de C.V. Segunda Edición. 2.
FÍSICA (Educación Secundaria) J. Gomez F.: Editorial Gomez S.A. Primera Edición. 3.
