Informe de Fisica II- kid para experimentos electrostaticos

UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”

FACULTAD DE CIENCIAS ESCUELA PROFECIONAL DE INGERNIERIA DE SISTEMAS E INFORMÁTICA PRÁCTICA DE LABORATORIO N° 01

KID PARA EXPERIMENTOS ELECTROSTATICOS ASIGNATURA : FÍSICA II

DOCENTE

:

CHANDUCAS TANTALEAN HEBER ELCANO

AÑO Y SEMESTRE:

2014-I

ALUMNO

PAUCAR MELGAREJO, Rofelio

:

HUARAZ 2014

UNIVERSIDAD NACIONAL “Santiago Antúnez de Mayolo” – Mayolo” –F.C F.C – – Ing. Ing. De Sistemas e Inf.

PRÁCTICA DE LABORATORIO N° 01 KIT PARA EXPERIMENTOS ELECTROSTATICOS

EXPERIMENTO 01: Producción de carga eléctrica por contacto. I.

II.

OBJETIVOS. 1.1.

Producir cargas eléctricas sobre los materiales (varillas) por el método de frotamiento.

1.2.

Hacer un estudio y mostrar los efectos que producen los cuerpos cargados eléctricamente.

FUNDAMENTO TEORICO. Una manifestación habitual de la electricidad es la fuerza de atracción o de repulsión entre dos cuerpos estacionarios, de acuerdo con el principio de acción y reacción, ejercen la misma fuerza eléctrica uno sobre otro, con diferentes cargas q1 y q2 . Así considerando un experimento en donde intervienen una barra de plástico que es forrado con un trozo de piel y prosiguiendo el experimento se suspende de una cuerda que puede girar libremente. Si luego aproximamos a esta barra, una segunda barra de plástico, frotada también con la piel, observamos que las dos barras se repelen. De acuerdo a este experimento si proseguimos con los mismos pasos, pero con dos barras de vidrio los resultados que obtenemos son congruentes al experimento anterior; sin embargo si utilizamos una barra de plástico frotada con la piel y una varilla de vidrio, y lo hacemos el mismo procedimiento, observamos que las barras se atraen. Entonces observado este fenómeno decimos que al frotar la varilla de plástico o de vidrio con una seda, estas sustancias se electrizan o se cargan. Por consiguiente el tipo de carga que adquiere la varilla de vidrio frotada con la seda es positiva, lo cual significa que el paño de seda adquiere una carga negativa de igual magnitud. De manera que la barra transfiere una cantidad “n” de electrones a la seda y que da cargada

KID PARA EXPERIMENTOS ELECTROSTÁTICOS

2


positivamente, pero durante este proceso la carga no se crea sino se transfiere de un cuerpo a otro, es decir la carga se conserva.

III.

IV.

MATERIALES Y EQUIPOS. 3.1.

Una varilla de vidrio

3.2.

Dos varillas de plástico

3.3.

Un trozo de seda

3.4.

Una plataforma con soporte

METODOLOGIA O PROCEDIMIENTO. 4.1.

PRODUCCION DE CARGA POSITIVA Y NEGATIVA 4.1.1. Limpiar las superficies de la varilla de vidrio y el electroscopio 4.1.2. Disponga el equipo tal como se muestra en la figura. El Electroscopio


3


4.1.3. Acerque la varilla de vidrio sin frotar el electrodo central del electroscopio.

4.1.4. Ahora presionando fuerte y en una sola dirección, frote la varilla de vidrio con la tela de seda y nuevamente acerque la varilla de vidrio al electrodo central del electroscopio.

4.1.5. Toque el electrodo central del electroscopio con la varilla de vidrio previamente cortada con seda para transferir la carga.

4.1.6. Para obtener más cargas sobre el electroscopio habrá que repetir varias veces el proceso de frotación y transferencia. Registre sus observaciones. Para descargar el electroscopio toque con un dedo el electrodo central.

4.1.7. Repite los pasos anteriores para los casos en que la varilla es de plástico (negro) y se frota con seda.

4.1.8. Repita el proceso para el caso en que la varilla es de acrílico y se frota con seda.

4.2.

DETERMINACION DEL TIPO DE CARGA QUE TIENE UN CUERPO 4.2.1. Se toma como carga positiva aquella que aparece en el vidrio cuando esta es frotada con seda.


4


Cuerpo cargado positivamente

4.2.2. Se frota vigorosamente la varilla de plástico con la tela de seda gruesa y se le acerca sin tocar la esfera del electrodo del electroscopio. En caso de que las laminillas del electroscopio se abriesen más, la varilla de plástico tendrá carga del mismo signo que la del electroscopio. En caso contrario la varilla tendrá signo opuesto.

4.2.3. Repita el paso anterior para el caso en que la varilla que se frota es de acrílico con lanilla.

4.3.

ATRACCION Y/O REPULSION ELECTRICA 4.3.1. Friccionar fuertemente la varilla de plástico de color negro A con la tela de seda y luego colocarlo en la plataforma giratoria con soporte, como se muestra en la l a figura.

4.3.2. Friccionar la varilla de plástico negro B con la tela de seda y luego acercarlo a la varilla de plástico colocada en la plataforma giratoria. Hacer girar la varilla A en varias vueltas.

4.3.3. Friccionar la varilla de vidrio C con la tela de seda y luego acercarlos a la varilla A haciendo girar varias vueltas. Evite tocar la varilla de vidrio con la de plástico mientras se gira.

4.3.4. Friccionar la varilla de acrílico con la tela de seda y luego acérquelo a la varilla A haciéndolo girar varias vueltas, evitando tocarla.


5


4.3.5. Repita el experimento para varias combinaciones de las varillas.

V.

CALCULOS Y RESULTADOS. 5.1. Al acercar la varilla de vidrio sin frotar al electroscopio. ¿Qué ocurre con las laminillas del electroscopio? ¿Qué implica esto? Las laminillas no tienen ningún movimiento, donde esto implica debido a que la varilla de vidrio no está cargado es decir que se mantiene en neutro.

5.2. Al acercar la varilla de vidrio previamente previamente frotada con seda al electroscopio sin tocarlo. ¿Qué ocurre con las laminillas del electroscopio? ¿Ha adquirido alguna propiedad la varilla de vidrio? Las laminillas tienen un movimiento, en donde se separan formando un ángulo y la propiedad de la varilla de vidrio al frotarse con la seda pierde electrones de manera que se carga positivamente.

5.3.

¿Qué sucede con las laminillas del electroscopio cuando Ud. Toca la esfera central? Las laminillas del electroscopio vuelven a su estado inicial es decir formando un ángulo de separación cero, esto es debido a que al tocar el centro de la esfera del electroscopio con nuestro dedo se descarga con la dirección hacia la tierra a través de nuestro cuerpo de esa manera queda neutralizada.

5.4.

Si Ud. Remplazo la varilla de vidrio por una de plástico o una de acrílico previamente frotada. ¿Cuáles fueron sus observaciones? El ángulo de separación entre las laminillas disminuye, donde la varilla de plástico al ser frotado por la seda pierde sus protones y queda cargada negativamente negativamente o sea gana electrones.


6


Tipo de carga que tiene un cuerpo. 5.5.

Tomando como referencia la carga del vidrio cuando se frota con seda. ¿Qué tipo de carga adquiere la varilla de vidrio cuando se frota con seda? La varilla de vidrio inicialmente es neutra, sin embargo al ser frotada con la seda adquiere una carga positiva (gana protones).

5.6.

¿Qué tipo de carga tiene la varilla de acrílico? La varilla de acrílico al ser frotada con la seda adquiere una carga negativa (gana electrones).

Materiales en contacto Acrílico frotado con lana Acrílico frotado con seda Acrílico frotado con terno Acrílico frotado con franela

Tipo de carga obtenido por el el acrílico Positivo Negativo Positivo Positivo

Atracción y/o repulsión de cargas. 5.7. Al acercar la l a varilla B a la varilla A, ¿existe atracción o repulsión? ¿Por qué gira la varilla A? Existe una repulsión porque ambas varillas al ser frotadas con la seda ganan electrones, es decir se cargan negativamente y por la ley de electrostática las cargas de igual signo se repelan; entonces decimos que la varilla A gira por la acción de la fuerza de acción.

5.8.

¿girara la varilla A cargada? ¿Por qué?

descargada al acercársele la varilla B

No, porque la carga de la varilla A estará en neutro y la varilla B estará cargada negativamente, donde en esta acción no sucede ningún efecto.

5.9.

¿Qué sucede si se toca la varilla A cargada con la varilla B también cargada? Explique el fenómeno. El fenómeno observado es que la dos varillas están cargadas con cargas iguales, por ello las varillas se repelen (se separan las varillas).


7


5.10. Responda a las preguntas preguntas anteriores anteriores si se usa las varillas A, C, D. Existen repulsión entre las varillas A y D, si gira. Existe atracción entre las varillas A y C, si gira. Existe atracción entre las varillas C y D, si gira.

5.11. ¿Qué sucede cuando toca con la mano la región cargada de la varilla? Explique. La varilla se descarga ya que el hombre es un perfecto conductor y se descarga con la dirección hacia la tierra.

VI.

CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS. 6.1.

CONCLUSIONES. 6.1.1. En las electrizaciones por frotamiento, la carga que se obtiene es directamente proporcional al número de electrones que se encuentra en su última capa de distribución eléctrica.

6.1.2. Se demostró experimentalmente que la teoría observada en la clase se cumple físicamente.

6.1.3. Se demostró experimentalmente que las cargas de signo opuesto se atraen y las cargas de signos opuestos se repelan.

6.2.

SUGERENCIAS. 6.2.1. Tomar nota de todas las observaciones en la hoja de laboratorio para una ayuda posterior al experimento.

6.2.2. Manipular con mucho cuidado los materiales del laboratorio para poder evitarse daños físicos tanto personales como materiales.

6.2.3. Al realizar el experimento experimento trabajar con un equipo de 4 o 5 integrantes, para desarrollar el trabajo de manera r esponsable y ordenada.


8


EXPERIMENTO 02: Inducción Electrostática. I.

OBJETIVOS. 1.1. Verificar el fenóm f enómeno eno de inducción i nducción electrostática. 1.2. Estudiar el fenómeno de inducción electrostática mediante la conexión a tierra.

II.

MARCO TEORICO Y CONCEPTUAL. La inducción electrostática consiste en donde existe un método simple y practico de cargar un conductor aprovechando el movimiento de los electrones libres en un mental. Cuando tenemos dos esferas metálicas sin cargar pero juntos, hacemos un experimento acercando a una de las esferas una barra cargada, donde observamos observamos que los electrones electrones libres de una una esfera fluyen de una esfera a la otra. Si la barra está cargada positivamente, atrae a los electrones cargados negativamente y la esfera más próxima a la barra adquiere electrones de la otra. La esfera más próxima adquiere una carga negativa mientras que la esfera más alejada adquiere una carga positiva. Un resultado similar se obtiene con una barra cargada negativamente, la cual hace que los electrones pasen de la esfera más próxima a la que está más alejada. Este proceso se ya inducción electrostática o carga por inducción. Decimos que cuando un conductor se pone en contacto con la tierra se dice está conectado a tierra, es por ello que la tierra constituye un conductor que para muchos propósitos puede considerarse como infinitamente grande.

III.

MATERIALES Y EQUIPOS. 3.1. Una placa cuadrada de vidrio orgánico. 3.2. Un tubo pequeño de neón. 3.3. Una placa de aluminio redonda con tornillo. 3.4. Una barra cilíndrica de plástico negro con tuerca. 3.5. Una tela de seda.


9


IV.

METODOLOGIA O PROCEDIMIENTO. 4.1. Entornillar el manubrio plástico a la placa circular de aluminio 4.2. Frotar fuertemente con la seda la placa de acrílico hasta que 4.3.

4.4.

4.5. 4.6.

4.7.

V.

se cargue (evite el contacto físico de la parte frotada). Sostener con la mano el manubrio de la placa de aluminio y acercarla lo más cerca posible a la placa de vidrio (se recomienda hacer contacto para que la electrización en la placa circular por inducción sea más efectiva). Puede colocarse firmemente el disco de metal sobre la base frotada. Sostener con la otra mano, el tubo de neón y ponerlo en contacto con la placa de aluminio. Se notara que el tubo de neón relampaguea instantáneamente debido al flujo de carga eléctrica. Separar el tubo de neón y posteriormente la placa de aluminio, quedando está cargada negativamente. negativamente. Una vez separada la placa de aluminio, conecte con el tubo de neón, ahora nuevamente el tubo de neón relampagueara, indicando que existe nuevamente flujo de carga. Repetir el experimento (cuantas veces sea necesaria) para poder verificar el proceso pr oceso de inducción.

CALCULOS Y RESULTADOS. 5.1. Explique el proceso proceso físico por por el cual cual se carga la placa placa metálica circular de aluminio. Por inducción de transferencia de electrones, pues al frotar la placa metálica rectangular esta se carga negativamente y al acercar la placa circular esta se carga negativamente al recibir los electrones de la placa rectangular, esto se observa al acercar un tubo de vidrio se produce una chispa.

5.2.

Indique el tipo de carga que se se induce en la placa metálica en ambas caras y donde se ubica dicha carga. ¿Qué sucedería si toca Ud. La placa con su mano? Explique. La carga inducida a la placa es negativa y dicha carga se encuentra en la superficie metálica de la placa, pero cuando tocamos con la mono a la placa este se descarga a tierra atraves de nuestro cuerpo.

5.3.

Explique por qué relampaguea el tubo de neón al ponerlo en contacto con la superficie de la placa metálica. Porque la placa está cargada negativamente y al ponerlo en contacto con la superficie hay transferencia de electrones (descarga eléctrica) generando un relampagueo en el tubo de neón.


10


5.4.

¿Cómo debe ser la distribución de carga en un conductor aislado puntiagudo? A medida que un cuerpo aislado es más puntiagudo, las cargas se acumulan en mayor proporción en su punta.

VI.

CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS. 6.1. CONCLUSIONES. 6.1.1. Comprobamos experimentalmente que se puede generar electricidad por inducción, es decir sin que a los objetos se toquen. 6.1.2. Se puede generar fluido eléctrico por inducción, esto se demuestra con el electróforo de volta. 6.1.3. la tierra es con cuerpo muy grande cargado, pues cuando tienes un déficit de electrones se da electrones y si tenemos electrones en exceso nos quita electrones produciendo fluido eléctrico.

6.2.

SUGERENCIAS. 6.2.1. Realizar anotaciones puntuales de cada una de las observaciones realizadas en el experimento. experimento. 6.2.2. seguir los pasos indicados en la guía para poder realizar el experimento. 6.2.3. Trabajar con nuestro equipo con sumo cuidado y paciencia con el electróforo, realizando varias repeticiones para llegar a lo verídico.


11


EXPERIMENTO 03: Líneas de campo eléctrico. I.

OBJETIVOS. 1.1. Mostrar experimentalmente las líneas de campo eléctrico. 1.2. Describir cualitativamente las líneas de campo eléctrico.

II.

MARCO TEORICO Y CONCEPTUAL. Las líneas del campo eléctrico están relacionadas con el campo eléctrico, donde el vector campo eléctrico E es tangente a la línea de campo eléctrico en cada uno de sus puntos, de igual manera el número de líneas por unidad de área que pasan por una superficie perpendicular a las líneas de campo es proporcional a la magnitud del campo eléctrico en esa región. Reglas que siguen para trazar las líneas del campo eléctrico:  Las líneas del campo eléctrico comienzan en las cargas positivas y terminan en las l as cargas negativas.  Las líneas se dibujan simétricamente saliendo o entrando en la carga.  El número de líneas que salen de una carga positiva o entran en una carga negativa, es proporcional a la carga.  No pueden cursarse cursarse nunca dos líneas de campo campo eléctrico. Las líneas de campo para dos partículas cargadas de igual magnitud pero de signo opuesto (dipolo eléctrico). eléctri co). Líneas de campo en la vecindad de dos cargas positivas iguales.

Líneas de campo eléctrico: a) para una carga puntual positiva y b) para una carga puntual negativa


12


III.

MATERIALES Y EQUIPOS. 3.1. Dos varillas de vidrio y un trozo de seda. 3.2. Dos plumeros electrostáticos. 3.3. Una máquina de Windsurf. 3.4. Un acelerados de Van de Graf. 3.5. Cables de conexión.

IV.

METODOLOGIA O PROCEDIMIENTO. 4.1. Cargar la varilla de vidrio frotándolo con el paño de seda y

4.2. 4.3.

4.4.

4.5.

luego tocar la barra metálica del plumero electrostático. Realizar este procedimiento hasta que los hilos se habrán. Descargar el plumero tocando el metal con las l as manos. Cargar dos varillas, una de vidrio y una de plástico, y luego cargar a los plumeros con distintas cargas, acercarlos posteriormente hasta obtener la configuración mostrada. Repetir el proceso anterior cargando a los plumeros con cargas del mismo signo hasta obtener la configuración mostrada.

Usando la máquina de Winshurt se puede obtener un mejor resultado. En este caso, con un alambre se conecta un electrodo de esta máquina al soporte metálico del plumero; luego se procede a cargar el plumero haciendo girar el


13


4.6.

4.7. 4.8.

manubrio de la máquina. Notara que los hilos se rechazan entre si y se separan. Coloque dos plumeros a una distancia de 10cm y conecte mediante alambres a los electrodos de la máquina de Winshurt. Proceda a cargar los plumeros haciendo girar la máquina de Winshurt. Notara que los hilos electrizados se separan y se atraen los que están entre sí.

Repita el paso anterior conectando los plumeros con alambres a un solo electrodo de la máquina de Winshurt. Usando el acelerador de Van de Graaff intente obtener las configuraciones anteriores.

PRECAUCIONES: 

Al hacer contacto la varilla cargada con el plumero, la varilla debe moverse hacia delante y hacia atrás para permitir trasferir la carga por completo.  Cuando use la máquina máquina de Winshurt evite evite hacer contacto directo con las manos a los electrodos cuando esta está cargada. Para hacer a conexión primero junte los dos electrodos produciéndose de esta forma la descarga. acelerador de Van de Graaff, consulte al  Cuando use el acelerador profesor antes de poner en marcha el dispositivo ¡los voltajes en el acelerador son muy el evados!


14


V.

CALCULOS Y RESULTADOS. 5.1. Explique lo que sucede cuando la varilla de vidrio es puesta en contacto con la barra metálica del plumero. Los hilos del plumero se levantan, porque la varilla de vidrio al estar cargada genera campos eléctricos salientes por estar cargada positivamente.

5.2.

¿Por qué toman la forma que usted ve las plumas al ser tocada la varilla metálica del plumero con la varilla cargada? Explique. Porque una varilla cargada genera campos eléctricos y va de un cuerpo positivo a un negativo.

5.3.

¿Qué relación cree Ud. Que guarda el ángulo de abertura de los hilos de seda de lla a pluma con la cantidad de electricidad? La relación está dada que a mayor electricidad se produce un mayor ángulo de apertura. Es decir la electricidad es directamente proporcional al ángulo de apertura.

5.4.

Detalle lo que observo cuando en el experimento utilizo la máquina de Winshurt, sustentando correctamente el análisis. Al mover la anivela y al acercar las esferas excitadoras de descarga se producen rayos eléctricos, es decir descargas. Así al tocar las l as esferas excitadoras con las manos, te pasa la la descarga y es muy peligroso por lo que tenemos que tener cuidado en su manejo ya que produce cargas de potencial muy alto.


15


5.5.

Describa sus observaciones experimentales al hacer uso del acelerador de Van de Graaff. 

Al acercar una esfera esfera metálica produce produce chispas chispas eléctricas. eléctricas.  Al acercar él tuvo de neón esta se prende debido al intercambio de electrones.  Al presionar la esfera de Van de Graaff con las manos manos pero con el cuerpo totalmente aislado los cabellos del alumno se levantan distribuyéndose radialmente en el espacio.

VI.

CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS. 6.1. CONCLUSIONES. 6.1.1. La dirección de un campo es radial en el espacio y perpendicular al espacio. 6.1.2. Se demuestra que el campo es saliente en un cuerpo positivo entrante en un cuerpo cuerpo negativo. negativo. 6.1.3. Un campo eléctrico estático puede ser representado geométricamente con líneas tales que en cada punto el campo vectorial sea tangente a dichas líneas, a estas líneas se las conoce como "líneas de campo". Matemáticamente las líneas de campo son las curvas integrales del campo vectorial. Las líneas de campo se utilizan para crear una representación gráfica del campo, y pueden ser tantas como sea necesario visualizar. 6.1.4. Las líneas de campo son líneas perpendiculares a la superficie del cuerpo, de manera que su tangente geométrica en un punto coincide con la dirección del campo en ese punto. Esto es una consecuencia directa de la ley de Gauss, es decir encontramos que la mayor variación direccional en el campo se dirige perpendicularmente perpendicularmente a la carga.

6.2.

SUGERENCIAS. 6.2.1. Tener mucha precaución al momento de utilizar la máquina de Winshurt y el generador de Van de Graaff, porque el voltaje producido es muy alto y puede producir daños físicos. 6.2.2. Realizar estos tipos de experimentos con la supervisión del docente del curso ya que estos experimentos pueden ser fatales si no se utiliza de manera adecuada los aparatos antes mencionados.


16


EXPERIMENTO 04: El generador de Van de Graaff. I.

OBJETIVOS. 1.1. Utilizador de Van de Graaff para producir cargas eléctricas. 1.2. Conocer las partes y el funcionamiento de este generador de cargas eléctricas.

II.

MARCO TEORICO Y CONCEPTUAL. Cuando un conductor cargado se coloca en contacto con el interior de un conductor hueco, toda la carga del primer conductor se trasfiere al primer conductor hueco. En 1929 Robert J. Van de Graaff aplico este principio para diseñar y construir un generador electrostático, el cual se utiliza en las investigaciones de física nuclear. Así lo mismo en la práctica, es posible incrementar su potencial del electrodo de alto voltaje hasta que se presenta una descarga eléctrica atravesó del aire. Los generadores de Van de Graaff pueden producir diferencias de potencial tan altas como 20 millones de voltios. Los protones acelerados a través de diferencias de potencial de este orden reciben energías suficientes como para iniciar reacciones nucleares entre ellos y diversos núcleos que sirven de blanco.

III.

MATERIALES Y EQUIPOS. 3.1. Un generador de Van de Graaff. 3.2. Una esfera de descarga. 3.3. Un plumero electrostático. 3.4. Un electroscopio. 3.5. Cables de conexión.

IV.

METODOLOGIA O PROCEDIMIENTO. a) Antes de la operación, hay que limpiar, con tela suave y limpia, las dos esferas, las ruedas, la corea y el tubo de poliglas.


17


b) Se abre la mitad mitad superior del del casco y se ajusta ajusta el tornillo para que correa quede adecuada y las rudas superior e inferior paralelas. c) Se ajuste el colector colector superior para que que se acerque acerque al máximo a la correa, sin tocarla. d) Se conecta el el colector con la bola bola de la descarga descarga eléctrica. Se conecta el interruptor de colector con el colector debajo, al mismo tiempo, coloque la tabla de alambre de tierra en el suelo. e) Se conecta el interruptor de fuente eléctrica eléctrica del motor para arrancarlo. Si la humedad del ambiente es alta, se enciende la lámpara secadora, cuando el aire húmedo es expelido del aparato, se apaga el motor y se cierra la mitad superior del casco. Ahora el generador está listo li sto para la demostración. f) Se conecta el circuito circuito de tierra del del motor para arrancarlo arrancarlo y proteger contra la fuga de la carga. g) En aquellos lugares que no existen corriente eléctrica y la humedad relativa es menor al 80%, se puede recurrir a la operación manual, es decir hacer girar la manivela en el sentido del reloj. h) Cuando comienza comienza a funcionar funcionar el generador, no no debe tocar con con las manos las bolas ni las l as partes metálica expuesta. i) Proceda a realizar las siguientes experiencias.

4.1.

Electrización por contacto.  Acerque

la bola de descarga al casco del acelerador de Van de Graaff.  Al tocar la esfera de descarga la aceleración habrá sacado un poco de carga. ahora la esfera de descarga hacia el  Acerque electroscopio.  Toque la l a cabeza del electroscopio con la esfera de descarga. observaciones.  Registre sus observaciones.

4.2.

Campo eléctrico de un conductor cargado. 

Tome por la base aislante el el número electrostático.  Acerque los hilos del plumero plumero al casco.  Tome un solo hilo del plumero y desplácelo alrededor del casco siguiendo circuitos paralelos al ecuador o meridiano.  Con el generador de Van de Graaff apagado y previamente descargado, disponga de una placa de madera seca KID PARA EXPERIMENTOS ELECTROSTÁTICOS

18


forrada en la parte superior con cualquier plástico grueso y haga parar un compañero suyo sobre ella, haciendo que colocase sus manos sobre el casco. cierto tiempo los  Encienda el motor del generador, luego de cierto cabellos del alumno se levantaran.  Acerque la lámpara de neón al cuerpo del alumno sin tocarlo.  Deje pasar un cierto tiempo ti empo hasta que el cabello baje indicando que ya se ha descargado, entonces recién hacerlo bajar de la tabla.

V.

CALCULOS Y RESULTADOS. 5.1. Explique lo que sucede cuando la esfera de descarga es puesta en contacto con el electrodo central del electroscopio. Al ser puesta la esfera de prueba con el electroscopio las laminillas del electroscopio se separan con un ángulo muy grande, esto nos indica que la esfera de prueba está cargada positivamente reduciendo la carga del generador de Van de Graff, es por ello cuando tocamos el electrodo central del electroscopio con esta esfera de prueba las laminillas se separan.

5.2. Al acercar el plumero electrostático al generador de Van de Graaff. ¿Qué sucede con los hilos de seda? Explique. Los hilos son atraídos radialmente al centro de la esfera de Van de Graaff, esto ocurre debido a que el campo eléctrico va de un cuerpo positivo a otro cuerpo cargado negativamente. negativamente.


19


5.3.

¿Qué tipo de simetría tiene el campo eléctrico producido por el casco del generador? Explique. Tiene una simetría esférica el campo eléctrico con una dirección radial y su módulo es constante en todos los puntos de una superficie esférica.

5.4.

¿Por qué los cabellos del alumno se l evantan? Porque el cuerpo del alumno está cargado positivamente, donde el campo eléctrico tiene una dirección o sale hacia el espacio con una dirección radial. Además se levantan por el alto potencial eléctrico acumulado en el cuerpo de alumno y este potencial genera un campo eléctrico describiendo las líneas del campo eléctrico que salen de manera perpendicular del cuerpo del alumno y los cabellos por el bajo peso que presentan tienden a seguir estas trayectorias o líneas del campo.

5.5.

Cuando usted acercar el tubo de neón al alumno ¿Qué observo? Explique su respuesta. El tubo de neón se prende porque existe una transferencia de electrones.

5.6.

El radio del casco esférico se de 20cm, determine. ¿Cuánta carga puede producir sin provocar la ruptura eléctrica en el aire? Para que no se produzca una ruptura eléctrica en el aire, decimos que la diferencial de la carga total es:  = ẟdA  =

es esferica esferica por ende ∫ ẟdA ; q = ẟA ; pero la superficie es q = ẟ(2π  ) =

5.7.

2 ẟ 25

El electrodo conductor esférico de un generador de Van de Graaff está cargado hasta un potencial de 0,18.106V. halle el radio mínimo que debe tener el cascaron esférico para que no ocurra la ruptura dieléctrica del aire. Como se sabe nos dan como dato que: radio = 1m ; 6 potencial = 3.10 v Que la carga carga depende directamente proporcional al radio de casco esférico.


20


Por lo tanto: por regla de tres simple.

1  → ≫ 3 ∗ 1 0   →≫ 0.18 ∗ 10   = 0.06 = 6 

VI.

CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS. 6.1. CONCLUSIONES. 6.1.1. El campo eléctrico es proporcional a la carga del cuerpo. Además según las observaciones realizadas es que cuando el cabello del alumno sea lo más largo posible observamos que los cabellos tienden a separase mucho más que en los cabellos cortos. 6.1.2. Una carga estática no es tan peligrosa, se decir cuando no existe flujo de electrones la electricidad no es muy peligrosa por ello se utiliza aislantes. 6.1.3. Al acercar una esfera de prueba esta produce chispas eléctricas, por lo cual una vez más se demostró que la carga se encuentra en la superficie del cuerpo metálico.

6.2.

SUGERENCIAS. 6.2.1. No tocar el generador de Van de Graaff si estamos con el cuerpo aislado de la tierra, porque nos podríamos electrocutar al haber un flujo de electrones.


21


EXPERIMENTO 05: La jaula de Faraday. F araday. I.

OBJETIVOS. 1.1. Mostrar el blindaje electrostático. 1.2. Determinar en donde reside la carga eléctrica en un conductor.

II.

MARCO TEORICO Y CONCEPTUAL. En la jaula de Faraday vamos a observar que cuando se coloca una carga neta en un conductor, la carga se distribuye sobre la superficie de manera que el campo eléctrico en el interior es cero. Para poder obtener los resultados r esultados mencionados mencionados en el párrafo anterior introduzcamos una pequeña bola metálica cargada positivamente, la cual es colgada de un hilo de seda dentro de un conductor hueco sin carga atravesó de un pequeño orificio, el conductor hueco está aislado de la tierra. La bola cargada induce una carga negativa en la pared interna del conductor, dejando una carga igual pero positiva en la superficie exterior. La presencia de las cargas positivas en la pared exterior se indica por la deflexión del electrómetro. La deflexión del electrómetro no cambia la bola toca la superficie inferior del conductor hueco. Cuando a la bola se extrae la lectura del electrómetro no cambia y la bola se encuentra descargada. A este tipo de experimento se denomina blindaje electrostático.

III.

MATERIALES Y EQUIPOS. 3.1. Dos plumeros electrostáticos. 3.2. Una jaula de Faraday. 3.3. Una base con soporte para colocar la jaula de Faraday. 3.4. Una máquina de Winshurt o un generador de Van de Graaff. 3.5. Un electroscopio. 3.6. Cables de conexión.


22


IV.

METODOLOGIA O PROCEDIMIENTO. 4.1. Con un alambre de conexión de cobre conecte la jaula de 4.2. 4.3. 4.4.

4.5. 4.6.

Faraday con un electrodo de la máquina de Winshurt. Haga girar la manivela para producir carga eléctrica en la jaula. Observe lo que sucede a los plumeros exterior e interior a la jaula. Anote sus observaciones. observaciones. Remplace la máquina de Winshurt por el acelerador de Van de Graaff y con un alambre conductor conecte la cabeza del acelerador con la jaula de Faraday. Haga funcionar el acelerador y observe lo que sucede con los plumeros. Desconecte el acelerador de la jaula, el plumero exterior retírelo de su lugar.

4.7. Acerque la jaula hacia hacia el acelerador a una distancia pequeña. pequeña. 4.8. Encienda el acelerador y observe la descarga corona que aparece.

V.

CALCULOS Y RESULTADOS. 5.1. Explique lo que sucede a los plumeros cuando la jaula de Faraday está conectado con la máquina de Winshurt en funcionamiento.

Respuesta: El plumero no se esparce radialmente, esto acurre debido a que toda la carga está en la superficie de la jaula de Faraday, entonces decimos que el campo eléctrico en el interior es cero.

5.2.

Explique lo que sucede a los plumeros cuando la jaula de Faraday esta con esta con el generador de Van de Graaff.

Respuesta: En la conexión entre ambos sucede que sabiendo que la carga está en la superficie de la jaula, es decir el campo en el interior es cero por lo que el plumero no se carga. KID PARA EXPERIMENTOS ELECTROSTÁTICOS

23


5.3.

Según sus observaciones. ¿existe campo eléctrico en el interior de la jaula? ¿existe campo eléctrico en el exterior de la jaula de Faraday? Justifique sus respuestas. respuestas. Al ser un cuerpo metálico, no existe campo eléctrico en su interior, ya que toda la carga se encuentra en la área de su superficie, sin embargo en el exterior existe el campo eléctrico.

5.4.

¿En dónde reside la carga en l a jaula de Faraday? La carga reside reside en la superficie superficie superior de la jaula en donde la carga en el interior es cero, por ende no hay campo eléctrico para cuerpos metálicos en su interior.

5.5.

Si remplaza el plumero exterior por un electrómetro. ¿Qué observaciones obtiene? El electrómetro no sufre ninguna variación indicando que toda la carga esta polarizada en la superficie exterior de la jaula

VI.

CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS. 6.1. CONCLUSIONES. 6.1.1. En cuerpos conductores toda la carga se encuentra distribuido en el área de su superficie. 6.1.2. Al no haber cargas en su interior en cuerpos metálicos, no existe campo eléctrico en su interior. 6.1.3. Los cuerpos metálicos huecos nos sirven como protectores de rayos y relámpagos. r elámpagos.

6.2.

SUGERENCIAS. 6.2.1. Leer detenidamente las guías de laboratorio para no tener percances y daños físicos, porque el voltaje que se trabaja en el experimento es muy alto. 6.2.2. Hacer consultas sobre algunos obstáculos que tenemos durante el experimento. 6.2.3. Tener mucho cuidado con los materiales del laboratorio al momento de trabajar.


24


BIBLIOGRAFIA. 

GOLDEMBERG, J. Física General y Experimental. Vol. II. Edit. Interamericana. México 1972.  MEINERS, H. W, EPPENSTEIN. Experimentos Experimentos de Física. Edit. Limosa. México 1980  SERWAY, R. Física. Vol. II Edit. Reverte. Reverte. España España 1992, Vol. II. Edit. Reverte. Reverte. España España 2000.  TIPLER, p. Física Vol.


25

Informe de Fisica II- kid para experimentos electrostaticos

Recommend Documents