Universidad del Bío-Bío Facultad de Ciencias Departamento de Física
Laboratorio N°1:
Introducción al estudio de las propiedades eléctricas de la materia. Carga eléctrica y fuerza eléctrica.
Integrantes: Brayan Lavandero(ICE) Javier Barra(ICM)
Profesor: Alex San Martín
Ayudante: Yaritza Abello
Fecha: 03-04-2013 Sección Laboratorio: 22
Objetivos: -Verificar los distintos tipos de cargas eléctricas pre sentes en la naturaleza -Determinar las propiedades de las fuerzas entre c uerpos electrizados -Determinar distintas formas de electrización
Planificación: El estudio de la electricidad es parte del electromagnetismo que explica fenómenos relacionados con campos eléctricos y magnéticos. La comprensión e interpretación de estos fenómenos presentan ciertas dificultades. Con las actividades prácticas se hará familiarizar al experimentador con conceptos de partículas de cargas eléctricas, las fuerzas que hay en ellas y el hecho de que el magnetismo tiene relación con la electricidad, propiedades obvias y sencillas pero que a través de una evidencia experimental facilita su comprensión. La naturaleza eléctrica de la materia se caracteriza por tener dos tipos de cargas positivas y negativas (convención de Benjamín Franklin), se pueden encontrar materiales conductores, aisladores y dieléctricos.
Procedimiento Montar el siguiente sistema Electro meter-jaula de Faraday utilizando las puntas de prueba de distintos materiales electrícelas por frotamiento y contacto y determine el tipo de carga utilizando el sistema de la figura. 1.- ¿Qué tipos de carga eléctrica se detectan? 2.-Verificar el tipo de fuerza entre dos cuerpos cargados 2.1 Igual signo 2.2 Distinto signo 3. Utilizando esferas conductoras aisladas y el sistema Electro meter-Jaula de Faraday electrice una esfera por inducción. 4. Describir el proceso para lograr la carga inducida. Si quisiera identificar el tipo de carga ¿Cómo lo haría? 5. ¿Qué ley domina estos fenómenos? ¿Cómo es posible que exista interacción entre ambas esferas si estas no están en contacto físico? 6. Compruebe que la jaula de Faraday funciona como lo indica la figura. (Con carga negativa) 7. Revisar cómo está constituido el generador de Van der Graf y póngalo en funciona ¿Qué tipo de carga puede almacenar la esfera del generador de Van der Graf? Describa el funcionamiento del equipo. 8. Genere un rayo utilizando el gener ador y explicar el fenómeno 9. Montar el sistema de Fuente de poder Bobina de Ruhmkorff y genere un rayo. Realice conclusiones 10. Calcular el máximo potencial que logra el Generador de Van de Graff(campo eléctrico 6 necesario para romper la rigidez dieléctrica del aire es Emax=3x10 y el radio de la esfera R=12,5x10 2 m.
Etapa Experimental: 1. ¿Cuantos tipos de carga eléctrica se detectan? Se encuentran dos tipos de carga: Positiva (+) y Negativa (-).
2.-Verificar el tipo de fuerza entre dos cuerpos cargados 2.1 Igual signo: Fuerza repelente 2.2 Distinto signo: Fuerza de atracción. 4. Describir el proceso para lograr la carga inducida. Si quisiera identificar el tipo de carga ¿C ómo lo haría? Se conecta el voltímetro a una fuente de voltaje, luego se hace conexión a tierra y con una varilla y el cable a tierra dentro de la jaula, se verifica que las esferas estén siendo inducidas eléctricamente. Para inducir el cuerpo cargado se conecta brevemente el objeto a la tierra y luego se debe retirar cuando este cargado. Para identificar el tipo de carga con la varilla se verifica con el voltímetro (si va en sentido anti horario u horario indica el tipo de carga)
5. ¿Qué ley domina estos fenómenos? ¿Cómo es posible que exista interacción entre ambas esferas si estas no están en contacto físico? Se le denomina ley de coulomb ala interacción de dos cargas en el espacio sin necesidad del contacto físico, y esta interacción se produce por medio de un campo eléctrico o región en el espacio que, es producido debido a la presencia de una o dos cargas.
7. Revisar cómo está constituido el generador de Van der Graf y póngalo en funciona ¿Qué tipo de carga puede almacenar la esfera del generador de Van der Graf? Describa el funcionamiento del equipo. El generador contiene una cinta transportadora aislante, que transporta carga a un terminal hueco. La carga es depositada en la esfera por inducción en la cita, ya que la varilla metálica esta próxima a la cinta pero no en contacto La carga, transportada en la cinta, pasa al terminal esférico por medio de otra peina o banda metálica que se encarga de producir energía. Esto explica el fenómeno de la electroestática que se produce en nuestro cuerpo. Está compuesto por un rodillo superior de teflón, rodillo inferior de vidrio, esfera de acero inoxidable, caño de PVC, correa de látex y el motor.
8. Genere un rayo utilizando el generador y explicar el fenómeno La acumulación de cargas positivas en la cima de la nube y de negativas en la base de ella. A medida que las cargas negativas se van acumulando en la base de la nube, se inducen cargas positivas sobre el suelo por debajo de la nube. Las cargas positivas siguen a la nube en su desplazamiento horizontal como una sombra y además tienden a trepar los obstáculos que
encuentran a su paso, tendiendo a unirse a la base de la nube. Concurrentemente con el avance de la nube, se va modificando el campo eléctrico observable en la tierra, que se invierte a valores positivos muy altos y es ahí donde se produce la interacción y se hace el rayo.
10. Calcular el máximo potencial que logra el Generador de Van de Graf (campo eléctrico 6 necesario para romper la rigidez dieléctrica del aire es E ma=3x10 V/m y el radio de la esfera -2 R=12,5x10 m. Como E=F/qo 6
-2
3x10 V/m * 12,5x10 m=375000 V de potencial eléctrico.
Conclusión Con el sistema Electromotor Jaula de Faraday se utilizaron distintos métodos para demostrar las propiedades eléctricas de la materia. En la jaula el campo eléctrico es neutro. Con las esferas aisladas se demostró lo que es la inducción de un cuerpo en la que de un cuerpo neutro se traspasan la carga a otro cuerpo que queda cargado eléctricamente. Si el cuerpo cargado es negativo, el efecto de repulsión sobre los átomos se convertirá en la zona positiva. La ley de Coulomb: Como ya se ha dicho cargas del mismo signo se repelen y cargas de signo contrario se atraen. Coulomb en 1777 enunció la ley de la Electrostática (electricidad estática) que lleva su nombre (Ley de Coulomb): La intensidad de la fuerza (F) con la cual dos cargas eléctricas puntuales se atraen o se repelen, es directamente proporcional al producto de sus cargas (Q1 y Q2) e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia(r) que las separan.
