Informe cargas electricas y cuerpos electrizados.docx

Universidad Nacional Mayor de San Marcos Decana de América LABORATORIO DE FISICA III

CARGAS ELECTRICAS Y CUERPOS ELECTRIZADOS. 1.-OBJETIVOS

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Analizar los fenómenos físicos que ocurren en el proceso de cargar eléctricamente eléctricamente de un cuerpo.

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Determinar el signo de la carga adquirida por un cuerpo en un proceso de electrificación.

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Comprobar experimentalmente experimentalmente la existencia de una de las propiedades de la materia llamada carga eléctrica.

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Conocer el funcionamiento y los principios físicos de un generador electrostático (máquina de Wimshurst y la máquina de Van de Graff).

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Cargar un cuerpo por fricción, contacto e inducción

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INTRODUCCIÓN Un cuerpo puede ser cargado sin importar su tamaño, tal preposición es totalmente cierta, para cargar un cuerpo u objeto no necesariamente debe ser de tamaño atómico, luego de esto se puede dar paso a las diferentes formas como de cómo hacerlo, este aspecto es el que se desea desarrollar en este informe basado en las experiencias realizadas en el laboratorio además de los conceptos estudiados los cuales serán expuesto en una parte posterior del informe., en esta experiencia se ha propuesto el estudio de los fenómenos eléctricos que se presentan con más frecuencia de lo que se cree y son parte fundamental de la actual vida que llevamos, al punto que se podría decir que gran parte de la tecnología que se ha desarrollado y la que está en proceso de creación están basadas en los fenómenos eléctricos y por ende estos modifican toda nuestra vida. La importancia de los distintos fenómenos por llamar de alguna forma a las propiedades pertenecientes al mundo eléctrico hace necesario el estudio del mismo. 2.-FUNDAMENTO TEÓRICO

Carga eléctrica. La carga eléctrica es un atributo de las partículas elementales que la poseen. Caracterizado por la fuerza electrostática que entre ellas se ejerce. Dicha fuerza es atractiva si las cargas respectivas son de signo contrario, y repulsiva si son del mismo signo Principio Pr incipio de conservación de la carga. En concordancia con los resultados experimentales, el principio de conservación de la carga establece que no hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva. En un proceso de electrización, el número total de protones y electrones no se altera y sólo hay una separación de las cargas eléctricas. Por tanto, no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, es decir, la carga total se conserva. Pueden aparecer cargas eléctricas donde antes no había, pero siempre lo harán de modo que la carga total del sistema permanezca constante. Además esta conservación es local, ocurre en cualquier región del espacio por pequeña que sea. Cuantificación de carga eléctrica. En física, un cuanto o cuantio (del latín Quantum, plural Quanta). Max Planck, 1900, dijo que la luz siempre viaja en pequeños paquetes llamados "queta". Denotaba en la física cuántica primitiva tanto el valor mínimo que puede tomar una determinada magnitud en un sistema físico, como la mínima variación posible de este parámetro al pasar de un estado discreto a otro. Se hablaba de que una determinada magnitud estaba cuantizada según el valor de cuánto. O sea que cuanto es una proporción hecha por la magnitud dada. Un ejemplo del modo en que algunas cantidades relevantes de un sistema físico están cuantizadas lo encontramos en el caso de la carga eléctrica de un cuerpo, que sólo puede tomar un valor que sea un múltiplo entero de la carga del electrón. En la moderna teoría cuántica aunque se sigue hablando de cuantización el término cuanto ha caído en desuso. El hecho de que las magnitudes estén cuantizadas se considera ahora un hecho secundario y menos definitorio de las características esenciales de la teoría.

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Electrización. Cuando a un cuerpo se le dota de propiedades eléctricas se dice que ha sido electrizado. La electrización por frotamiento permitió, a través de unas cuantas experiencias fundamentales y de una interpretación de las mismas cada vez más completa, sentar las bases de lo que se entiende por electrostática. Si una barra de ámbar (de caucho o de plástico) se frota con un paño de lana, se electriza. Lo mismo sucede si una varilla de vidrio se frota con un paño de seda. Aun cuando ambas varillas pueden atraer objetos ligeros, como hilos o trocitos de papel, la propiedad eléctrica adquirida por frotamiento no es equivalente en ambos casos. Así, puede observarse que dos barras de ámbar electrizadas se repelen entre sí, y lo mismo sucede en el caso de que ambas sean de vidrio. Sin embargo, la barra de ámbar es capaz de atraer a la de vidrio y viceversa.

Este tipo de experiencias llevaron a W. Gilbert (1544-1603) a distinguir, por primera vez, entre la electricidad que adquiere el vidrio y la que adquiere el ámbar. Posteriormente Franklin al tratar de explicar los fenómenos eléctricos consideró la electricidad como un fluido sutil, llamó a la electricidad «vítrea» de Gilbert electricidad positiva (+) y a la «resinosa» electricidad negativa (-). Las experiencias de electrización pusieron de manifiesto que: Cargas eléctricas de distinto signo se atraen y cargas eléctricas de igual signo se repelen.

Una experiencia sencilla sirvió de apoyo a Franklin para avanzar en la descripción de la carga eléctrica como propiedad de la materia. Cuando se frota la barra de vidrio con el paño de seda, se observa que tanto una como otra se electrizan ejerciendo por separado fuerzas de diferente signo sobre un tercer cuerpo cargado. Pero si una vez efectuada la electrización se envuelve la barra con el paño de seda, no se aprecia fuerza alguna sobre el cuerpo anterior. Ello indica que a pesar de estar electrizadas sus partes, el conjunto paño-barra se comporta como si no lo estuviera, manteniendo una neutralidad eléctrica.

Este fenómeno fue interpretado por Franklin introduciendo el principio de conservación de la carga, según el cual cuando un cuerpo es electrizado por otro, la cantidad de electricidad que recibe uno de los cuerpos es igual a la que cede el otro, pero en conjunto no hay producción neta de carga. En términos de cargas positivas y negativas ello significa que los cuerpos y de su composición. Existe, no

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obstante, la posibilidad de electrizar un cuerpo neutro mediante otro cargado sin ponerlo en contacto con él. Se trata, en este caso, de una electrización a distancia o por influencia. Si el cuerpo cargado lo está positivamente la parte del cuerpo neutro más próximo se cargará con electricidad negativa y la opuesta con electricidad positiva. La formación de estas dos regiones o polos de características eléctricas opuestas hace que a la electrización por influencia se la denomine también polarización eléctrica. A diferencia de la anterior este tipo de electrización es transitoria y dura mientras el cuerpo cargado se mantenga suficientemente próximo al neutro. La naturaleza eléctrica de la materia

La teoría atómica moderna explica el por qué de los fenómenos de electrización y hace de la carga eléctrica una propiedad fundamental de la materia en todas sus formas. Un átomo de cualquier sustancia está constituido, en esencia, por una región central o núcleo y una envoltura externa formada por electrones.

El núcleo está formado por dos tipos de partículas, los protones, dotados de carga eléctrica positiva, y los neutrones, sin carga eléctrica aunque con una masa semejante a la del protón. Tanto unos como otros se hallan unidos entre sí por efecto de unas fuerzas mucho más intensas que las de la repulsión electrostática -las fuerzas nucleares- formando un todo compacto. Su carga total es positiva debido a la presencia de los protones. Los electrones son partículas mucho más ligeras que los protones y tienen carga eléctrica negativa. La carga de un electrón es igual en magnitud, aunque de signo contrario, a la de un protón. Las fuerzas eléctricas atractivas que experimentan los electrones respecto del núcleo hacen que éstos se muevan en torno a él en una situación que podría ser comparada, en una primera aproximación, a la de los planetas girando en torno al Sol por efecto, en este caso de la atracción gravitatoria. El número de electrones en un átomo es igual al de protones de su núcleo correspondiente, de ahí que en conjunto y a pesar de estar formado por partículas con carga, el átomo completo resulte eléctricamente neutro. Aunque los electrones se encuentran ligados al núcleo por fuerzas de naturaleza eléctrica, en algunos tipos de átomos les resulta sencillo liberarse de ellas. Cuando un electrón logra escapar de dicha influencia, el átomo correspondiente pierde la neutralidad eléctrica y se convierte en un Ion positivo, al poseer un número de protones superior al de electrones. Lo contrario sucede cuando un electrón adicional es incorporado a un átomo neutro. Entonces el Ion formado es negativo.

Electricidad.- La palabra Electricidad deriva de "electrón" que quiere decir "ámbar". Es un agente natural que se manifiesta por atracciones y repulsiones de masa cargadas de electrones o masas

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deficitarias

de

electrones.

Electrostática.- Es la parte de la Física que estudia a las cargas eléctricas en reposo (masa de electrones ganada o cedida). Aproximadamente 6 siglos antes de Cristo vivió Thales, nacido en la ciudad de Mileto (antigua ciudad de Asia Menor con puerto en el mar Egeo. Fue sede de la escuela filosófica de Jonia, Grecia). Según la historia científica, parece que fue Thales quien descubrió que frotando una barra de AMBAR con un paño, atraía objetos muy livianos como pedazos de papel o plumas. Posteriormente, a este fenómeno se le llamo Electricidad, derivado de "electrón", que en griego quiere decir ámbar.

Electricidad Positiva O Vitrea.- Es la que aparece en una barra de vidrio al ser frotada por una tela de seda, debido a que los electrones de los átomos superficiales del vidrio han pasado a la tela de seda y la barra de vidrio ha quedado deficitaria en electrones, por consiguiente, cargada de protones o con electricidad positiva.

Electricidad Negativa O Resinosa .- Es la que aparece en una barra de resina (o plástico) cuando se frota con una tela o lana, debido a que los electrones debido a que los electrones de la lana han

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pasado a la resina; la lana se ha quedado deficitaria de electrones y la barra de resina ha quedado cargada de electrones o con electricidad negativa.

LEYES DE LA ELECTROSTÁTICA Primera ley de la electrostática

“Los cuerpos con cargas diferentes se atraen, cuerpos con cargas iguales se repelen"

Segunda Ley De La Electrostática (Ley De Coulomb): Coulomb afirmo que: “la fuerza de repulsión o atracción entre dos objetos muy pequeños separados en el vacío, o en el

espacio libre por una distancia comparativamente grande en relación con el tamaño de los objetos, es proporcional ala carga en cada uno e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa”.

O sea

3.-MATERIALES: Electroscopio.- dispositivo que sirve para detectar y medir la carga eléctrica de un objeto. Los electroscopios han caído en desuso debido al desarrollo de instrumentos electrónicos mucho más precisos, pero todavía se utilizan para hacer demostraciones. El electroscopio más sencillo esta compuesta por dos conductores ligeros suspendidos en un contenedor de vidrio u otro material aislante. Se pude utilizar un electroscopio para determinar si un objeto esta cargado eléctricamente. cuando un objeto cargado se acerca al bulbo, las hojas divergen.

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Péndulos de tecnopor.Barras de acetato y vinilita.Maquinas de Van de Graaff.- La máquina electrostática conocida como generador de Van der Graaff, fue inventada por Robert J. Van der Graaff en 1929, con el objeto de generar voltajes elevados para experimentación en Física Nuclear. Consiste en un terminal de alta tensión formado por una esfera metálica hueca montada en la parte superior de una columna de material aislante. Una correa de material dieléctrico se hace mover entre dos rodil los situados en la parte inferior y superior de la columna. Mediante una tensión elevada se emiten electrones en la parte inferior de la columna a través de un peine metálico a la correa, que los transporta a la parte superior de la columna, donde son retiradas por otro peine y llevadas a la parte exterior de la esfera. Este transporte de cargas hace que la esfera adquiera una diferencia de potencial muy elevada. Funcionamiento: Es una máquina que utiliza una cinta móvil para acumular grandes cantidades

de carga eléctrica en el interior de una esfera metálica hueca. Las diferencias de potencial así alcanzadas en un generador de este tipo pueden llegar a alcanzar los 5 mega voltios. El generador consiste en una cinta transportadora motorizada, que transporta carga a un terminal hueco. La carga es depositada en la cinta por frotamiento. Dentro del terminal, la carga es recolectada por una varilla metálica que se apega a la cinta. La carga, transportada por la cinta es transportada al terminal esférico nulo. Los generadores de Van De Graff comprenden los fenómenos electroestáticos. Su funcionamiento es el siguiente: En primer lugar, se electrifica la superficie de la polea de la esfera hueca debido a que la superficie de la polea y la cinta están hechos de materiales diferentes. La cinta y la superficie del rodillo adquieren cargas iguales y de signo contrario; la densidad de carga es mucho mayor en la superficie de la polea que en la cinta, ya que las cargas se extienden por una superficie mucho mayor, a su ves la cinta y polea adquieren cargas diferentes; Las moléculas de aire en el espacio entre ambos elementos se ionizan, creando un puente conductor por el que circulan las cargas desde la punta metálica hacia la cinta. Las cargas negativas son atraídas hacia la superficie de la polea, pero en medio del camino se encuentra la cinta, y se depositan en su superficie, cancelando parcialmente la carga positiva de la polea. Pero la cinta se mueve hacia arriba y se realiza de manera similar el mismo proceso.

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Maquina de wimshurst modelo U125310: a máquina de Wimshurst, fue inventada por James Wimshurst en Inglaterra, y fue descrita por primera vez en 1883. Estructuras similares, no sectoriales,(sin láminas metálicas adheridas) fueron descritas previamente por Holtz y Poggendorff en Alemania, alrededor de 1869 y por Musaeus en 1872. Se trata de una máquina electrostática, constituida por dos discos de ebonita, paralelos, muy próximos entre si y dispuestos sobre el mismo eje, de tal modo que pueden girar con rapidez en sentido inverso. Su rotación se efectúa con auxilio de un manubrio que actúa sobre dos pares de poleas unidas por una cuerda sin fin, una de ellas cruzada. La cara exterior de cada disco lleva pegados cerca de sus bordes varios sectores de papel de estaño, que durante la rotación frotan con dos pinceles flexibles de hilo metálico, sostenidos en los extremos de un arco metálico. Este arco y su igual de la cara opuesta son movibles y pueden formar un ángulo de 90º, comunican con el suelo y entre si por el eje y realizan el mismo papel que las almohadillas en la máquina de Ramsden. En los extremos del diámetro horizontal, rodean a los platillos dos peines metálicos curvos, unidos a conductores independientes, aislados por columnas aislantes. Con los conductores se articulan dos excitadores provistos de mangos de ebonita, para poder variar sin riesgo la distancia entre las esferas terminales, que son los polos de la máquina. En comunicación con los dos conductores hay dos condensadores de forma de probetas, sirven para aumentar la intensidad y el tamaño de la chispa. No es posible saber la polaridad que la máquina tomará una vez la arranquemos. Por eso algunas máquinas incorporan un trocito de piel que tiene un mínimo de carga de manera que la máquina arrancará siempre con la misma polaridad. Hay cuatro funciones iguales que se realizan, dos en cada disco. Se puede decir que tenemos cuatro electróforos, dos positivos y dos negativos. Al

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aproximarse la parte positiva y neutra de los discos produce el efecto de electróforo. La corriente estática se almacena en botellas de Leyden. 1,2.

4.-PROCEDIMIENTO.1).Ubique en la mesa de trabajo en la posición más adecuada la Máquina de Wimshurst y de Van De Graff. 2).experimente la interacción entre las barras cargadas y las esferas de tecnoport que esta suspendida en el péndulo eléctrico. MAQUINA DE WIMSHURST 3) .Identifique las partes de las máquinas electrostáticas 4) .Gire lentamente la manivela en sentido horaria, los conductores transversales deben señalar, por arriba, hacia la izquierda y por debajo, hacia la derecha, en un ángulo de 45º, en relación con la barra de aislamiento. 5) .Mantenga el interruptor de aislamiento abierto y anote lo observado. 6) .Ahora cierre el interruptor, anote lo observado. 7) .Conecte las botellas de Leyden, anote lo observado. Los pasos 5, 6 y 7 se efectúan girando las manivelas del equipo. 8) .Determine la polaridad del generador electrostático por medio de un electroscopio. Este último se carga con un electrodo y se toca luego con una barra de plástico previamente frotada con lana, anote el signo de la carga.

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9) .Ahora acerque una lámpara de fluorescente y anote lo observado, identifique la polaridad de la lámpara. 10) .Descarga de punta (figura-04); colocar la rueda de punta sobre el rodamiento de agujas en el soporte, conectar la fuente de carga y transmitir la carga, anote lo observado. 11) .Péndulo doble; (figura-05) colocar un péndulo de bolitas de saúco en soporte con gancho, conectar a la fuente de carga y transmitir una carga a través de ésta, anote lo observado. 12) .clavija de conexión en pantalla de seda; (figura-06) colocar la clavija de conexión en pantalla de seda sobre el soporte, conectar a las fuentes de carga y acrecentar lentamente la carga aplicada, anote lo observado. 13) .Juego de campanas; (figura-07) colocar sobre el juego de campanas, conectar la fuente de carga y aumentar lentamente la carga suministrada, anote lo observado. 14) .Tablero de destellos; (figura-08) colocar el tablero de destellos en el soporte conectar las fuentes de carga y aumentar lentamente el volumen de la carga suministrada anote lo observado. 15) .Danza eléctrica; (figura-09) colocar el tablero de base sobre el soporte, colocar sobre él bolitas de saúco de 5 a 8 unidades, y poner encima de la cubierta con electrodos esféricos invertida., conectar la fuente de carga y aumentar lentamente la cantidad de carga suministrada, anote lo observado. 16) .Aparato fumívoro (figura-10) colocar el tablero de base sobre el soporte invertir sobre éste la cubierta con electrodos de punta y conectar la fuente de carga. Hacer penetrar en la cubierta el humo de un cigarro o de una vela de humo, anote lo observado. 17) .Carril de rodamiento con bolas;( figura -11) Colocar sobre el soporte la placa de base, y el carril de rodamiento de bolas. Al hacerlo, asegúrese de que la distancia del carril de rodamiento con bolas no caigan hacia un lado. Coloca la bola, limpia y seca, sobre a placa de base de tal manera que entre en contacto con el canto del electrodo esférico superior. Conectar la fuente de alimentación y suministrar lentamente la carga, anote lo observado. MAQUINA DE VAN DER GRAFF 18) .Conecte la máquina de Van Der Graff, a a fuente de 250V de C.A. Tenga cuidado, si tiene dudas consulte al profesor. 19) .Una vez encendido, la faja vertical comenzará a girar, identifique el signo de las carga de la esfera, con la ayuda de un electroscopio, anote lo observado. 20) .Utilice los dispositivos efectuados en los procesos del 9 al 1 7, anote lo observado. 21) .Acerque el electroscopio lentamente a la esfera y anote el máximo valor del ángulo que se desvía las hojuelas

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5.-CUESTIONARI0 1. ¿Cómo puede usted determinar el signo de las cargas de las esferas de tecnopor? Como el ser humano está en contacto con la tierra obtiene carga negativa por lo que al ponerse en contacto un dedo con el péndulo del tecnopor, el dedo atraerá o repelerá al tecnopor si la carga del tecnopor es positiva o negativa respectivamente. Esto significa que como el dedo de la mano está cargado negativamente entonces el péndulo si está cargado positivamente será atraído por el dedo puesto que necesita balancear su carga negativa y si tuviese carga negativa el dedo lo repelerá puesto que tienen la misma carga. 2. En las experiencias efectuadas, ¿Cómo podría aplicar el principio de superposición?

Podemos explicarla en la máquina de Van de graff, pues se nota que es un objeto de dimensión apreciable, podríamos tomar un diferencial de carga de para la esfera de la máquina de Vandergraff y la interacción con un cuerpo de dimensión despreciable de carga Q, entonces cada diferencial de carga interactúa con la carga Q y la suma de todas las fuerzas obtenidas sería la fuerzaejercida entre la carga Q y la carga q. Aquí podríamos apreciar el principio de superposición. 3. ¿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 es negativa, pero también las cargas positivas pueden ser trasladadas todo dependería con que tipo carga se cargaría un objeto

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4. Enuncie los tipos de electrización, explique cada caso. ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO 1. Suspende de un hilo un globo inflado y frótalo con un trozo de tela. Aproxima la tela al globo. 2. Frota ahora una varilla de plástico con un trozo de tela y acerca la varilla al globo. 3. Por último, frota una varilla de vidrio con un trozo de seda y luego acerca aquella al globo.

USANDO EL VERSORIO En los primeros experimentos con la electricidad, los científicos la producían frotando ciertos materiales. Fue W. Gilbert quién inventó en 1600, el primer instrumento eléctrico, el versorio. Objetos como el papel adquirían carga eléctrica al ser frotados y hacían que el indicador del versorio se desplazara hacia ellos. Gilbert denominó a estas sustancias atractivas “eléctricas”, y a aquellas sustancias que no atraían e l indicador del versorio, “no eléctricas”.

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ELECTRIZACIÓN POR CONTACTO Tiene lugar cuando se pone en contacto un cuerpo no cargado y aislado con otro cargado por frotamiento. Para su estudio vamos a utilizar un péndulo eléctrico. El péndulo eléctrico consiste en una bolita de médula de sauco que cuelga de un soporte por medio de un fino hilo de seda. 1. Vamos a construir un péndulo eléctrico:

espuma de poliestireno expandido (plástico aislante) y únela a un hilo de seda de aproximadamente 15 cm de largo.

con gancho, unida a su vez, a un soporte aislante. 2. Se frota con un paño una barra de ebonita (se puede utilizar un bolígrafo de plástico) y se aproxima al péndulo.

del péndulo es repelida. 3. Se frota un tubo de vidrio con un paño de seda y se aproxima al péndulo. o es atraído, pero tras el contacto con el tubo de vidrio, la bolita del péndulo es repelida. 4. Se cuelgan del soporte aislante dos bolitas de poliestireno (procura que las dos queden a la misma altura y a una distancia de 1 cm aproximadamente). 5. Una vez frotada la barra de ebonita con un paño, se procura que toque ambas bolitas simultáneamente. Se retira la barra.

6. Descarga las bolitas tocándolas con la mano y repite la experiencia con un tubo de vidrio. 7. Descarga las bolitas tocándolas con las manos y acerca simultáneamente la barra de ebonita a una de las bolitas y el tubo de vidrio a la otra. Observa lo que sucede.

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ELECTRIZACIÓN POR INDUCCIÓN Para electrizar un cuerpo, no es imprescindible que exista contacto entre el cuerpo cargado y el que se quiere electrizar. Para su estudio vamos a utilizar el electroscopio. 1. Vamos a construir un electroscopio. Para ello, necesitamos, un frasco de vidrio, un tapón de corcho, un alambre de cobre y una lámina de estaño o de aluminio.

cobre en forma de “L”

y se introduce el extremo largo en un tapón de corcho de manera que sobresalga del mismo.

papel de estaño o de aluminio de 1 cm de ancho y 8 cm de longitud. ga del extremo inferior del hilo de cobre la tira estrecha de papel de estaño doblada por la mitad, y se introduce el tapón de corcho con el alambre en un frasco de vidrio, de manera que el conjunto quede aislado. 2. Se comprueba que el electroscopio está descargado, es decir, que las tiras de papel de estaño o aluminio se encuentran en su posición natural. Si estuviesen separadas, bastaría con tocar con un dedo el extremo exterior del hilo de cobre para que se volvieran a juntar. 3. Se frota una barra de ebonita con un trozo de lana o franela. Tras cargar por frotamiento la barra de ebonita, se aproxima al extremo exterior del hilo de cobre, sin ponerla en contacto con él. Comprobaremos que las tiras de papel de estaño o aluminio se separan, pero en vez de continuar separadas, retornan a su posición normal nada más alejar la barra de ebonita.

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5. ¿Por qué el cuerpo humano es un buen conductor de la electricidad? Explique detalladamente. Porqué casi el 70% del organismo consta de agua ionizada, un buen conductor de electricidad. De acuerdo con la electrofisiología, ciencia que estudia las reacciones que produce la corriente eléctrica, cada uno de los tejidos de nuestro cuerpo reacciona cuando una descarga circula por el organismo y los efectos biológicos dependen de su intensidad. Se ha descubierto que las partes más sensibles son la retina y el globo ocular, pues ante cualquier estímulo eléctrico producen una sensación luminosa. Le sigue la lengua, la cual manifiesta un sabor alcalino. El aislamiento de la persona del suelo por usar suelas de material no conductor (goma, plástico) o estar situada sobre pavimento no conductor es la condición necesaria para que ésta pueda acumular cargas electrostáticas considerables. 6. En la ilustración 6 considere que la bola 1 tiene una carga Q y la bola 2 está descargada. Considere además que las bolas tienes igual radio “R”. ¿Qué sucederá?

Primeramente las dos esferas se van a juntar y al estar juntos la esfera cargada traspasa electrones, entonces quedan con las mismas cargas por lo tanto se atraen luego de un minimo tiempo las esferas se llegan a repeler.

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7. Siguiendo con la ilustración 6, 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 observara?¿Cuál será la carga que adquiere de la esfera 2? Solución: Presentamos la ilustración 6

Se observa que como son dos esferas idénticas y como una esta cargada y la otra se mantiene neutra, lo que sucedería al juntarlas seria que la esfera que esta con carga Q (ya sea positivamente o negativamente ) transfiere sus electrones a la otra de esta manera como sus dimensiones son iguales , los cuerpos quedarían cargados cada uno con Q/2 para luego separarse debido a la repulsión de sus cargas. 8. Respecto a la pregunta 6, suponga ahora que la bola 1 tiene un radio 2r y la bola 2 un radio r . si la bola1, que contiene una carga Q , se pone en contacto con la bola 2¿Cuál será la carga que adquiere la esfera 2? Solución: La repartición de carga en este caso para las dos esferas es de manera proporcional a sus superficies.Entonces para hallar la cantidad de carga que debe tener cada esfera se aplica una relación de magnitudes que relacionan carga y dimensiones de la esfera(en este caso su radio). q. r1 + q.r2 = qt (r1 + r2) q . r = qt (3r) q = qt 3 Entonces para la distribución de carga , a la esfera de radio 2r le corresponde una carga de 2q/3 y a la de radio r solo q/3 .

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9. En un experimento de electrostática se observa que la distancia entre las esferas idénticas 1 y 2, inicialmente descargadas es de 12cm,(ilustración 6 ).Luego de transmitirles la misma carga q a ambas esferas estas se separan hasta 16cm ¿Cuál es el valor de esta carga, si la masa de cada una de ellas es de 5g y la longitud de los hilos en los que están suspendidas las esferas es de 30cm? Solución: Se presenta el diagrama de cuerpo libre : 12 cm g = 9.8 m/s2 T

Tenemos la fuerza eléctrica: F

=

1

. q . d2

4πε0

T. cos α =

1 4πε0

Pero del grafico

T.

sen α

=

q

q2

.

……………………….. (1)

( 16 . 10-2m)2

m esfera . g

T . ( 896)1/2 = (5.10-3Kg) . (9,8 m/s2) 30 T = 49.10-3N

……………………….. (2)

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Ahora reemplazamos en (2) en (1): (49.10-3 N ) .

2 30

=

1

.

4πε0

q2 ( 16 . 10-2m)2

Resolviendo la ecuación tenemos que : q = 9,639 . 10-8 C

10. 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, sin tocar la esfera, de pronto las hojuelas se abren. ¿Qué tipo de carga tiene el electroscopio? Respuesta:

El tipo de carga que tiene el electroscopio es negativa debido a que en el inicio las dos laminillas están separadas, y cuando se acerca una carga negativa, las laminillas se van a la esfera y quedan con carga neutra. Mientras el objeto de carga positivo se acerque más, mayor será la cantidad de carga negativa se irá a la esfera metálica y en consecuencia las laminillas quedan nuevamente cargas y separadas con carga positiva (carga opuesta a la inicial).

11. ¿Qué función cumplen las botellas de Leyden en la máquina de Wimshurst?, explique detalladamente. Respuesta:

La función de tal instrumento es la de almacenar cantidades inmensas de energías hasta magnitudes tan elevadas como kilovoltios, comportándose como un condensador o capacitor.

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12. Durante el uso del generador electrostático se percibe un olor característico, investigue a que se debe. Explique detalladamente. Respuesta:

En el experimento de el generador electrostático de van der Graff se detecto un olor extraño y fuerte (que es similar al acre) en los alrededores de esta máquina. El olor característico se le atribuye al ozono (O 3) , este se genera debido al efecto de las chispas producidas por la maquina ,cuando se producen las chispas el oxígeno de aire (O2) los enlaces entre estas dos moléculas cercanas a las chispas se destruyen, y si encuentran a una molécula de O , entonces tras la reacción química de O y O2 se obtendría O3 , de esta manera se explica el porqué de este olor. 13. Explique el poder de las puntas, y sus aplicaciones. Respuesta:

El poder de las puntas se refiere que cuando a un cuerpo que posee una punta o varias, y se encuentra cargado eléctricamente (no importa con que signo); entonces esta se distribuye por todo la superficie, y como sabemos que la densidad de carga es carga sobre volumen. Entonces tendremos que en las partes con menor volumen se tendrá mayor densidad de carga. Como en las puntas se concentra mucha carga, entonces se crea un intenso campo.

En la figura que la punta se carga positivamente y que al entrar en contacto con el aire los iones positivos son repelidos y los negativos son atraídos. En el caso del experimento en laboratorio hecho con la máquina de Wimshurst como se muestra en la figura:

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En el experimento las dos varillas están cargadas de signos contrarios al establecerlos cerca crean un campo eléctrico por donde trata de fluir la corriente y por eso se establecen chispas en el intermedio de la separación de las dos puntas.

Para el caso de las aplicaciones este concepto es muy importante para la construcción de un pararrayos. 14. Mencione aplicaciones del equipo de Van Der Graff. Respuesta:

1. El Generador de Van de Graff es una máquina electrostática empleada en física nuclear para producir tensiones muy elevadas. Explicación: La correa transporta las cargas hasta el interior de ésta, donde son retiradas por otros peines y llevadas a la superficie de la esfera. A medida que la correa va recogiendo cargas y las transporta hasta la esfera, se crea una diferencia de potencial de hasta 5 millones de voltios, debido a tal funcionamiento el generador Van de Graaff se usa para acelerar un haz de electrones, protones o iones destinado a bombardear núcleos atómicos. 2. La generación de rayos X mediante grandes cantidades de energía. 3. Esterilización de materiales y alimentos por el método de acelerar electrones. 4. En espectáculos para demostrar algunos efectos del alto voltaje. 5. Pruebas experimentales de materiales aisladores industriales para aplicaciones en transmisión de energía a altos voltajes.

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6.-CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS. 

Se comprueba experimentalmente que los cuerpos con cargas eléctricas de igual especie se repelen mientras que los tiene cargas de distinto signo se atraen.



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.



Las cargas eléctricas no son engendradas ni creadas, sino que el proceso de adquirir cargas eléctricas consiste en ceder algo de un cuerpo a otro, de modo que una de ellas posee un exceso y la otra un déficit de ese algo (electrones).



Los cuerpos experimentan fuerzas de repulsión o de atracción dependiendo de la naturaleza del origen de su carga al ser electrizados.



Algunos materiales son más difíciles de cargar (Vidrio) debido a su naturaleza fría. (Los elementos que se calientan más rápidamente son los que se cargan más rápidamente).

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Finalmente, se realizaron con éxito los objetivos propuestos, terminada la experiencia se reconoce y comprende claramente los tres métodos para cargar un objeto, fricción, inducción y contacto. Esta experiencia abre la mente al estudiante para identificar y entender estos procesos que hacen parte de nuestro diario vivir, nos parece interesante haber estudiado estos fenómenos invisibles pero fundamentales que rigen severamente las leyes físicas de nuestro universo. Obviamente, esto solo es un incentivo para atreverse a profundizar en los campos de la física eléctrica

BIBLIOGRAFIA.-

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FÍSICA GENERAL- Sears Zemansky Young Freedman Volumen II. FISICA 3- Hugo Medina Guzman. FISICA (TOMO||) –Raymond S: Serway, James Madison University, McGraw-Hill.

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Manual de Laboratorio de Física III, Facultad de Ciencias Físicas , UNMSM, 2012

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Informe cargas electricas y cuerpos electrizados.docx

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