INFORME DE LABORATORIO DE FISICA 3
VERSI DAD A ONAL M AYOR DE A ARCOS UNI NACI S NM
A NGENI ERÍ RÍ A ELECTRÓNI CA Y ELÉCTRI RI CA F CULTAD DE I
TEMA: LÉCTRICAS Y C CARGAS ELÉCTRICAS Y CUERPOS ELECTRIZADOS
PROFESOR: MIRAMIRA CURSO: LABORATORIO
DE FÍSICA III
INTEGRANTES:
BERNEDO JURADO, ALEXANDER AARON 14190003 MANRIUE !ERRERA, FLA"IO 141900#9 MANERO MARALLANO, LUIS ARTURO 141901#3 TORRES !UARI, JAIR JEAN PIERRE 14190134 UISPE REYES, NELSON 14190$4#
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"ILLAGARAY "ILLAGARAY , PIERO 14190$%&
$014 I.
MARCO TEORICO:
CARGAS ELECTRICAS:
La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos. La denominada interacción electromagnética entre carga y campo eléctrico es una de las cuatro interacciones fundamentales de la física. Desde el punto de vista del modelo estándar la carga eléctrica es una medida de la capacidad que posee una partícula para intercambiar fotones. Una de las principales características de la carga eléctrica es que, en cualquier proceso físico, la carga total de un sistema aislado siempre se conserva. s decir, la suma algebraica de las cargas positivas y negativas no varía en el tiempo. !i"!f La carga eléctrica es de naturaleza discreta, fenómeno demostrado e#perimentalmente por $obert %illi&an. 'or razones (istóricas, a los electrones se les asignó carga negativa) *+, también e#presada –e. Los protones tienen carga positiva) + o +e. - los quar&s se les asigna carga fraccionaria) +/0 o 1/0, aunque no se los (a podido observar libres en la naturaleza. MAQUINA DE WIMSHURTS:
La má!i"a #e Wim$%!r$t es un generador electrostático de alto volta2e desarrollado entre +334 y +330 por el inventor británico 5ames 6ims(urst 7+301 8 +940:. ;iene un aspecto distintivo con dos grandes discos a contra8 rotación 7giran en sentidos opuestos: montados en un plano vertical, dos barras cruzadas con cepillos metálicos, y dos esferas de metal separadas por una distancia donde saltan las
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c(ispas.
&ARTES: •
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Disco de acrílico con placas de esta=o el generador electrostático consta de dos discos de cristal acrílico, de igual tama=o, montados sobre un e2e (orizontal, paralelamente, y con escasa distancia entre sí. Listón de aislamiento, el cual se encuentra atornillado al e2e. >arra de electrodos, estas se encuentran conectados con las barras de electrodos, cuyos e#tremos tienen forma de doble esfera y entre las que efect?a la descarga de c(ispas.
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>otellas de Leyden.
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@nterruptor de aislamiento.
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Aonductor transversal con pinceles de metal, la cara e#trema de los discos está ocupada circularmente por (o2as de esta=o. Brente a cada disco, se (a fi2ado al e2e del conductor transversal, girable, con dos pinceles de metal, que frotan las (o2as de esta=o. stribo con escobillas. 'ara la toma de corriente se emplean dos escobillas fi2adas a un estibo, en el e#tremo de listón de aislamiento. La distancia entre escobillas y los discos es regulable, y debe ser de algunos milímetros.
'UNCIONAMIENTO:
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tiene un mínimo de carga de manera que la máquina arrancará siempre con la misma polaridad. Eay cuatro funciones iguales que se realizan, dos en cada disco.
II.
O()ETI*OS:
%ediante la inducción, producir cargas eléctricas a las varillas, mediante el frotamiento. +. Fbservar los comportamientos de dic(as varillas e identificar los signos de la carga mediante sus efectos. c. %ostrar y estudiar estos efectos que producen los cuerpos cuando se encuentran cargados eléctricamente. #. Aonocer el funcionamiento y los principios físicos de un generador lectrostático8máquina de 6ims(urst y el generador de Gan de Hraaff. a.
III.
MATERIALES:
Una varilla de vidrio, de acetato y una de vinito 7e: Un pa=o de seda 7a: Un pa=o de algodón 7b: lectroscopio 7c: 7instrumento usado para verificar si un cuerpo está cargado de una carga eléctrica y también para medir el potencial eléctrico:. i. %áquina de 6ims(urst 7d: 7máquina electrostática formada por dos discos de ebonita que giran en sentido inverso a gran rapidez sirviendo para acelerar las cargas eléctricas: -. 'éndulo de tecnoport e. ,. g. %.
c/
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#/
a/
e/
I*.
'UNDAMENTO TEORICO:
*.
CUESTIONARIO:
+/
0. 1C2m3 4!e#e !$te# #etermi"ar el $ig"3 #e la$ carga$ #e la$ e$,era$ #e tec"343r5
'or medio de la inducción magnética cargamos con carga positiva 7I: o negativa 7I8: a la espera de tecnoport. Lo acercamos lentamente a la máquina de Gan de Hraff cargada negativamente y observamos si este atrae o repele Carga #el Tec"343rt
-trae el tecnoport
'ositiva 7I:
$epele el tecnoport
egativa 7I8:
6. E" la$ e74erie"cia$ e,ect!a#a$. 1C2m3 43#r8a e74licar el 4ri"ci4i3 #e $!4er43$ici2"5
-l tener ?nicamente las cargas uno y dos no se puede aplicar el principio de superposición, pero si tomamos en cuenta la carga de la barra podemos (allar la fuerza total que interact?a sobre la barra, de la siguiente manera) B total " B+ B1
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9. 1Del e74erime"t3 realia#3; $e 4!e#e #e#!cir !e ti43 #e carga $e tra$la#a #e !" c!er43 a 3tr35
Lo (acen indirectamente. ;odas las JpartículasJ 7desde el punto de vista del observador:, se mueven a causa de las fuerzas internas que act?an entre ellas. sto a(ora lo (emos demostrado a través de los e#perimentos utilizando los métodos y condiciones necesarias para la observación y análisis del movimiento de los cuerpos a causa de estas fuerzas. 'odemos afirmar que las partículas que se mueven son electrones debido a que se desplazan de un cuerpo a otro por e#ceso 7repulsión: o defecto 7atracción:. <. E"!"cie l3$ ti43$ #e electriaci2"; e74li!e ca#a ca$3.
Bormas para cambiar la carga eléctrica de los cuerpos
Aomo se sabe, e#isten cuerpos que poseen la propiedad de presentar mayor o menor resistencia al paso de los electrones, conocidos como aislantes o conductores respectivamenteN dependiendo esta propiedad de las características del cuerpo o materia por donde circule dic(os electrones. l cuerpo (umano es un buen conductor de la electricidad, debido a que el 98% del mismo está fom!do
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"o !#$! fl$idos , los cuales poseen diferentes tipos de minerales y compuestos,
tales como) sales, ácidos, (ierro, calcio, etc. los cuales ya se (a demostrado son ele8 mentos conductores. ;al es así que dependiendo de otros factores 7psicológicos, somáticos:, e#isten personas que puede JpercibirJ o sentir magnitudes de potencial (asta el rango de los mG 7milivoltios:. >. E" la il!$traci2" > c3"$i#ere !e la +3la 0 tie"e !"a carga Q ? la +3la 6 e$tá #e$carga#a. C3"$i#ere a#emá$ !e la$ +3la$ tie"e ig!al ra#i3 r. 1Q!é $!ce#erá5
Debido a que la esfera + está cargada, y la esfera 1 está descargada, la esfera + induce un reordenamiento de carga en la esfera 1, de esta manera se genera una atracción eléctrica entre sí. @. Sig!ie"#3 c3" la il!$traci2" >; $!43"ga !e me#ia"te alg" #e$liamie"t3 #el %il3 la e$,era 0; !e c3"tie"e !"a carga Q; $e 43"e e" c3"tact3 c3" la e$,era 6; !e e$tá #e$carga#a 1Q!é e$ l3 !e $e 3+$erBará5. 1C!ál $erá la carga !e a#!iere #e la e$,era 65
8 8
. Re$4ect3 a la 4reg!"ta =; $!43"ga a%3ra !e la +3la 0 tie"e !" ra#i3 6r ? la +3la 6 !" ra#i3 r. Si la +3la 0; !e c3"tie"e !"a carga Q; $e 43"e e" c3"tact3 c3" la +3la 6 1C!ál $erá la carga !e a#!iere #e la e$,era 65
Debido a que las cargas inducidas de la bola + se encuentran en los polos, y la bola + por poseer radio 1r es más pesada, atraerá a la bola 1, al estar en contacto la bola + compartirá electrones a la otra bola (asta quedar en completo estado de equilibrio. . E" !" e74erime"t3 #e electr3$tática $e 3+$erBa !e la #i$ta"cia e"tre la$ e$,era$ i#é"tica$ 0 ? 6; i"icialme"te #e$carga#a$ e$ #e 06 cm; Il!$traci2" >/. L!eg3 #e tra"$mitirle$ la mi$ma carga q a am+a$ e$,era$ e$ta$ $e $e4ara" %a$ta 0> cm. 1C!ál e$ el Bal3r #e e$ta carga; $i la ma$a #e ca#a !"a #e ella$ e$ #e = g ? la l3"git!# #e l3$ %il3$ e" l3$ !e e$tá" $!$4e"#i#a$ la$ e$,era$ e$ #e 9F cm5
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0F. U" 3+-et3 carga#3 43$itiBame"te $e acerca a la e$,era #e !" electr3$c34i3 ? $e 3+$erBa !e la$ lami"illa$ $e cierra" ? c!a"#3 $e $ig!e acerca"#3; $i" t3car la e$,era; #e 4r3"t3 la$ %3-!ela$ $e a+re". 1Q!é ti43 #e carga tie"e el electr3$c34i35
l electroscopio tiene carga negativa ya que a un principio se encuentran separadas las laminillas, cuando se acerca la carga negativa de las laminillas se van a la esfera y quedan con carga neutra. -l acercarse más el ob2eto cargado positivamente, mayor cantidad de carga negativa se va a la esfera metálica y nuevamente las laminillas quedan cargadas y se separan pero esta vez con carga positiva. 00. 1Q!é ,!"ci2" c!m4le" la$ +3tella$ #e Le?#e" e" la má!i"a #e Wim$%!r$t5; e74li!e #etalla#ame"te.
La botella de Leyden es un dispositivo que permite almacenar cargas eléctricas comportándose como un condensador o capacitor . La varilla metálica y las (o2as de esta=o conforman la armadura interna. La armadura e#terna está constituida por la capa que cubre la botella. La misma botella act?a como un material dieléctrico 7aislante: entre las dos capas del condensador. l nombre de condensador proviene de las ideas del siglo O@O sobre la naturaleza de la carga eléctrica que asimilaban ésta a un fluido que podía almacenarse tras su condensación en un dispositivo adecuado como la botella de Leyden. ste es el principio por el cual, si un rayo cae por diferencia de potencial en un avión, este no sufrirá en su interior ning?n tipo de descarga ni alteración eléctrica. 06. D!ra"te el !$3 #el ge"era#3r electr3$tátic3 $e 4erci+e !" 3l3r caracter8$tic3; i"Be$tig!e a !e $e #e+e. E74li!e #etalla#ame"te.
;ras aquellos e#perimentos percibió un olor característico, ?nico y punzante, alrededor del generadorN van %arum se refirió al mismo como Pel olor de la
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materia eléctricaQ. ste olor era producto de la formación de ozono, siendo el primero en describirlo científicamente.R s el olor a Fzono 7F0: variedad alotrópica del F#igeno 7F1:, que se genera a partir de él, por efecto de las c(ispas. ;ambién se percibe cuando (ay una tormenta eléctrica. 09. E74li!e el 43#er #e la$ 4!"ta$; ? $!$ a4licaci3"e$.
n lectrostática, el poder de las puntas está íntimamente relacionado con el concepto de la rigidez dieléctrica. Ssta es el mayor valor de campo eléctrico que puede aplicarse a un aislante sin que se vuelva conductor. ste fenómeno fue descubierto (ace 144 a=os por >en2amin Bran&lin, al observar que un conductor con una porción puntiaguda en su superficie, descarga su carga eléctrica a través del aguzamiento y por lo tanto no se mantiene electrizado. -ctualmente se sabe que esto se produce debido que en un conductor electrizado tiende a acumular la carga en la región puntiaguda. La concentración de carga en una región casi plana es muc(o menor que la acumulación de carga eléctrica en un saliente acentuado. Debido a esta distribución, el campo eléctrico de las puntas es muc(o más intenso que el de las regiones planas. l valor de la rigidez dieléctrica del aire en la porción más aguzada será sobrepasado antes que en las otras regiones, y será por ello que el aire se volverá conductor y por allí escapará la carga del conductor. 0<. Me"ci3"e a4licaci3"e$ #el e!i43 #e *a" Der Gra,,.
Las diferentes aplicaciones de esta máquina incluyen la producción de rayos O, esterilización de alimentos y e#perimentos de física de partículas y física nuclear . 8 Hracias al generador podemos (acer e#perimentos de ruptura dieléctrica en alta tensión sin peligro para el que los realiza.
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8
8 #isten otras variantes del generador de Gan de Hraaff, como son el Givitron o el 'elletron capaces de conseguir tensiones de 04 %egavoltios.
*I.
CONCLUSIONES:
8Los electrones se conservan, por lo tanto no se crean ni se destruyen solo se trasladan. 8o e#isten cuerpos completamente conductores ni absolutamente aisladores, los cuerpos son solamente buenos y malos conductores .n general toda sustancia presenta una resistencia al paso de la electricidad. 8l fenómeno de cargar por frotamiento contra otro, consiste en la transferencia de alginas de las cargas de un cuerpo al otro. 8-l frotar un cuerpo mal conductor 7vidrio ebonita: la electricidad solo de localiza en los puntos frotados. Los otros puntos del cuerpo no manifiestan carga eléctrica, por la resistencia del fluido eléctrica. 8l electroscopio sirve para comparar la electrización de un cuerpo. 8#isten tres formas de electrizar un cuerpo por frotamiento, contacto, inducción. 8La varilla de vidrioN frotado con un pedazo de seda. Luego por frotamiento La varilla adquiere carga positiva y la seda carga negativa, en la zona frotada.
*II. (I(LIOGRA'IA:
8 8
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