Informe fisica 3

Manual Manual de Prá Pr áctica cticass de Labo Laborato ratori o de F ísica ísi ca I I I

K I T PAR PA R A E L E CTR CT R OST TI CA

Opta Optacia ciano no V ásque squezz García 2017

UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”

FACULTAD DE CIENCIAS

DEPARTAMENTO ACADEMICO DE CIENCIAS SECCIÓN DE FISICA PRÁCTICA N° 1. KIT PARA EXPERIMENTOS EXPERIMENTOS ELECTROSTATICOS

MSc. OPTACIANO L. VÁSQUEZ GARCÍA

HUARAZ - PERÚ

2017 1



UNIVERSIDAD NACIONAL


FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE CIENCIAS SECCIÓN DE FISICA

“SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”

CURSO: F I S I C A I I I PRACTICA DE LABORATORIO Nº 1.

APELLIDOS Y NOMBRES....................................................................... CODIGO............................ FECHA.......................... FACULTAD................................................... ESCUELAPROFESIONAL................................................ ESCUELAPROFESIONAL................................................ GRUPO....................... AÑO LECTIVO: ...................................SEMESTRE ACADEMICO..................................NOTA................................ DOCENTE............................................................................................................

FIRMA.....................................

KIT PARA EXPERIMENTOS ELECTROSTATICOS

EXPERIMENTO 1. I.

OBJETIVOS 1.1

Objetivos generales  

1.2

Comprobar experimentalmente la existencia de una de las propiedades de la materia llamada carga eléctrica. Conocer las diversas formas de electrización

Objetivos específicos    

II.

PRODUCCIÓN PRODUCCIÓN DE CARGA ELÉCTRICA POR CONTACTO

Producir diferentes tipos de carga eléctrica mediante el proceso de frotamiento Verificar la interacción electrostática entre cargas de igual signo y de signo contrario. Utilizar el electroscopio como instrumento detector de cargas Verificar el fenómeno de inducción electrostática por contacto y por conexión a tierra

MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL Consideremos un experimento simple en el que interviene la atracción eléctrica. Una barra de plástico se frota con un trozo de piel y se suspende de una cuerda que puede p uede girar libremente. Si aproximamos a esta barra, una segunda barra de plástico, frotada también con piel, observamos que las barras se repelen entre sí tal como se muestra en la Fig. 01. El mismo resultado se obtiene si repetimos el mismo experimento con dos barras de vidrio que han sido frotadas con seda. Sin embargo si utilizamos una barra de plástico frotada con piel y una varilla de vidrio frotada con seda, observamos que las barras se atraen entre sí. Al frotar el plástico con piel o el vidrio con seda, estas sustancias se “electrizan” o “cargan”. Repitiendo este

mismo experimento con diversos tipos de materiales encontramos que todos los objetos cargados pueden clasificarse en dos grupos: aquellos que se cargan como la barra de plástico frotada con piel y los que se cargan como la varilla de vidrio cuando se frota con seda. Benjamín Franklin (1706-1790) (1706 -1790) sugirió que todo cuerpo posee una cantidad “normal” de electricidad y cuando dos objetos se frotan en tre sí parte de la electricidad se transfiere de un cuerpo hacia otro; así pues, uno tiene tiene un exceso y el otro un déficit de carga de valor igual. Al tipo de carga adquirida por una barra de vidrio frotada con con un paño de seda le llamó llamó carga positiva, lo cual significaba que el paño de seda adquiría una carga negativa de igual magnitud. Por otro lado al tipo de carga que aparecía en el plástico al ser frotado con piel se le llamó carga negativa y la piel la piel adquiría una carga positiva. Como vimos en nuestro experimento, dos objetos que poseen el mimo tipo de carga, es decir, dos cuerpos ambos positivos o ambos negativos se repelen entre sí, mientras que si transportan tr ansportan cargas opuestas se atraen entre sí. Se sabe ahora que cuando el vidrio se frota con un paño de seda se transfieren electrones del vidrio a la seda y por tanto, ésta adquiere un número en exceso de electrones y el vidrio queda con un déficit de electrones, Según la clasificación de Franklin, que todavía tiene vigencia, la seda se carga negativamente, y el vidrio positivamente. Ahora sabemos que la materia está formada por átomos eléctricamente neutros. Cada átomo posee un pequeño núcleo que contiene protones cargados positivamente positivamente y neutrones sin carga y rodeando al núcleo existe un número igual de electrones cargados negativamente. El protón y el electrón son partículas muy distintas. Así la masa del protón es aproximadamente 2000 veces mayor que la del electrón. Sin embargo, sus cargas son exactamente iguales pero de signos opuestos. La carga del protón es e y la del electrón es – e, siendo e la unidad fundamental

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de la carga. Todas las demás cargas se presentan en cantidades enteras de la del electrón. Es decir, la carga está cuantizada. Toda carga Q presente en la naturaleza puede escribirse en la forma Q   N .e

(1)

Donde N es un número entero y e es la carga del electrón. Cuando dos cuerpos están en íntimo contacto, como co mo ocurre al frotarles entre sí, los electrones se transfieren de un cuerpo a otro. Un objeto queda con un número en exceso de electrones y se carga por tanto, negativamente y el otro queda con un déficit de electrones quedando cargado positivamente. Durante este proceso la carga no se crea sino se transfiere de un cuerpo a otro. La carga neta del sistema es cero. Es decir la carga se conserva .

(a)

(b)

Figura 1. a) D os obj obj etos etos con car car gas de signo sig no opuesto opuesto se atraen; atraen; b) D os cuer cuer pos pos con cargas carg as del del mismo signo sig no se repelen repelen

III.

MATERIALES Y EQUIPOS. 2.1. Una varilla de vidrio 2.2. Dos varillas de plástico 2,3. Un trozo de seda 2.4. Una plataforma con soporte 2.5. Un electroscopio

IV.

METODOLOGÍA. A.

PRODUCCIÓN DE CARGA POSITIVA Y NEGATIVA a) Limpiar las superficies de la varilla de plástico y el electroscopio. b) Disponga el equipo tal como se muestra en la Figura 2.

(a)

(b)

(c)

Figura 2 E quipo utili utili zado zado en la expe exper i encia: (a) E lectrosco lectroscopio, pio, (b) ( b) varilla vari lla de de vidr vidrii o y plást plástico ico (c) ( c) electri lectriza zación ción por por

fro fr otamiento iento c) Acerque la varilla de plástico sin frotar al electrodo central del electroscopio. ¿Qué le sucede a la laminilla del electroscopio? Registre sus observaciones

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d) Frotar vigorosamente la varilla de plástico con lana y nuevamente acerque la varilla al electrodo central del electroscopio sin tocarlo como se muestra en la figura 3a ¿Qué le sucede a las laminillas del electroscopio?. Registre lo observado. e) Toque el electrodo central del electroscopio con la varilla de plástico previamente frotada con lana para transferir la carga al electroscopio. ¿Qué le sucede a la laminilla del electroscopio? Registre sus observaciones f) Para obtener más carga sobre el electroscopio habrá que repetir varias veces el proceso de frotación y transferencia. Registre sus observaciones.

F i gur gu r a. 03. 03.

(a) (b) ( a) Vari V ari lla cargad carg ada a acer acer cándose cándose al electroscop electroscopii o, (b) Vari V ari lla fr otad otada a tocand tocando o la cabez cabeza a del del elect electrr oscop oscopii o

g) Descargar el electroscopio tocando con la mano el electrodo central del electroscopio. h) Para obtener el tipo de carga en el vidrio, frote la varilla de plástico (negro) con lana y toque con la varilla frotada la cabeza del electroscopio i) Frote fuertemente ahora la varilla de vidrio con la seda y ahora acérquela lo más cerca posible a la cabeza del electroscopio sin tocarla. ¿Qué sucede con el ángulo que forma la lámina del electroscopio? ¿aumenta o disminuye?. Registre sus observaciones. j) Repita el proceso para el caso en que la varilla es de acrílico frotadacon lana. B. DETERMINACIÓN DETERMINACIÓN DEL TIPO DE CARGA QUE TIENE UN CUERPO a) b) c) d) e)

Coja de la parte aislante la esfera de prueba y acérquela al electroscopio. ¿Qué observa? ¿Se separan las láminas del electroscopio? Frote vigorosamente el extremo de la varilla de plástico con lana y acérquelo a la esfera metálica colocada en su soporte aislante como se muestra en la figura 04a. En presencia de la varilla frotada coloque su dedo en el lado opuesto de la esfera metálica como se muestra en la figura 04b. Después de cierto tiempo y en presencia de la varilla cargada retire el dedo de la esfera. Ahora retire la varilla cargada y posteriormente acerque la esfera conductora a la cabeza del electroscopio. ¿Qué observa?

Figura 4

f)

(a) (b) (a) Varilla de plástico frotada acercándola a la esfera conductora sin tocarla, (b) En presencia de la barra se coloca el el dedo de la mano mano.

Repita los pasos (a) hasta (e) cuando la varilla de plástico es remplazada con una de acrílico frotada con lana. Registre sus observaciones

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C.



ATRACCIÓN Y/O REPULSIÓN ELÉCTRICA l uego colocarlo en la a) Frotar fuertemente el extremo de la varilla de plástico A, de color negro con lana y luego plataforma giratoria con soporte, como se muestra en la Figura 5a. Ubicar su centro de gravedad y permitir que gire libremente.

(a) Figura 5.

(b)

E quipo uti uti liza li zado do par par a mostrar la l a i nter nter acci acci ón eléct eléctrr i ca.

b) Frotar el extremo de la varilla de plástico negro B, con lana y luego acercarlo a la varilla de plástico colocada en la plataforma giratoria. ¿Qué observa? observa? Registre dichas observaciones, observaciones, c) Frotar el extremo de la varilla de acrílico C, con la lana y luego acercarlo a la varilla de plástico ubicada en el soporte. ¿Que observa Ud.? Registre sus observaciones. Evite tocar la varilla de acrílico con la de plástico mientras gira, ésta debe ser ser guiada por la varilla de acrílico. d) Frotar el extremo de la varilla de acrílico con otro tipo de material y luego acérquelo al extremo de la varilla A evitando tocarla. ¿Qué sucede? Registre sus observaciones. V.

CUESTIONARIO A. Producción de carga. 5.1. Al acercar la varilla de plástico sin frotar al al electroscopio. ¿Qué ¿Qué ocurre con con las laminillas del electroscopio? ¿Qué implica esto? No ocurre nada ya que la varilla de plástico y el electroscopio no tienen carga por lo tanto las laminillas no adquieren movimiento. 5.2. Al acercar la varilla de plástico previamente frotada con seda al electroscopio sin tocarlo. ¿Qué ocurre con las laminillas del electroscopio? ¿Se ha cargado el electroscopio? Se observa una separación entre las laminillas esto sucede ya que tanto electroscopio como la varilla de plástico tienen la misma carga car ga por lo tanto existe una repulsión. Al retirar r etirar la varilla de plástico se juntan cargas negativas y positivas es por eso que la hojuela del electroscopio regresa a su estado natural. El electroscopio se cargó positivamente. 5.3. ¿Qué sucede con las laminillas del electroscopio cuando Ud. toca la esfera central del electroscopio con la varilla de plástico? plástico? Explique Se observó: Al acercar la varilla de plástico a la esfera central de electroscopio, la hojuela del electroscopio se desplazó en sentido horario. Al retirar la varilla de plástico del electrodo del electroscopio se obtuvo que fue cargado positivamente el electroscopio. Como quedo cargado positivamente el electroscopio y al tocar la esfera central, el resulta también fue una separación entre las laminillas.

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5.4. Si Ud. remplazó la varilla de plástico por una de vidrio o una de acrílico previamente frotada. ¿Cuáles fueron sus observaciones? ¿Qué signo adquiere la carga en el vidrio? ¿Cuál será será el signo de la carga en el acrílico? Explique

VARILLA FROTADOR

Vidrio (+) Seda (-)

Plástico (+) Lana (-)

Acrilico (-) Seda (+)

Se observa una separación entre las laminillas esto sucede ya que tanto electroscopio como la varilla de plástico tienen la misma carga por lo tanto existe una repulsión. Pero esta separación es diminuta a comparación con la varilla de vidrio Se observa una separación entre las laminillas esto sucede ya que tanto electroscopio como la varilla de acrílico tienen la misma carga por lo tanto existe una repulsión. Pero la separación es mucho mayor a comparación con la varilla de vidrio.

B. Tipo de carga que tiene un cuerpo. 5.1. Al frotar el extremo de la varilla de plástico con lana. ¿Qué tipo d e carga adquiere la varilla de plástico? Adquiere una carga negativa ya que se transfieren electrones de la lana hacia la varilla de plástico.

5.2. Al acercar la varilla de plástico a la esfera metálica, sin tocarla ¿Cómo es la distribución de cargas sobre la esfera? La parte más cercana cercana de la esfera con respecto respecto a la varilla de plástico plástico se carga positivamente positivamente y el otro extremo de la esfera obtiene carga negativa.

5.3. Al tocar con el dedo el extremo derecho de la esfera. ¿Qué sucede con la carga de dicho lado? Al tocar con el dedo el extremo derecho de la esfera se observó que los electrones se mueven a tierra, ya que la parte derecha de la esfera se cargó negativamente y nosotros actuamos como conductores.

5.4. Al separar el dedo de la esfera en presencia de la varilla de plástico cargada. ¿Qué tipo de carga adquiere la esfera conductora? ¿En dónde se ubica dicha carga? Adquirió una carga positiva en toda la esfera y quedo demostrado la carga por inducción.

5.5. Al repetir el procedimiento con la varilla de acrílico. ¿Qué tipo de carga adquiere la esfera de acero? Al frotar la varilla de acrílico con lana, la varilla obtuvo carga negativa al igual que el plástico, pero con menor intensidad. Al seguir el mismo procedimiento se tuvo un resultado similar. La esfera conductora adquirió una carga positiva.

C. Atracción y repulsión de cargas. 5.1. Al acercar la varilla de plástico B frotada con lana a la varilla de plástico A frotada con lana ¿Existe atracción o repulsión? ¿Por qué gira la varilla A? Como las varillas son del mismo material se cargaron con el mismo signo que en este caso fue negativo por lo tanto hubo repulsión. Haciendo que la varilla A gire porque hay una fuerza electrostática de repulsión r epulsión que al acercar la varilla B esta gira. 5.2. ¿Girará la varilla A descargada descargada al acercársele la varilla B cargada? cargada? ¿Por qué? Se observó que, si gira, porque hay un proceso de inducción ya que uno está cargado y el otro se encuentra neutro (POR INDUCCIÓN GIRA).

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5.3. ¿Qué sucede si se toca la varilla A cargada con la varilla B también cargada? ¿Explique el fenómeno? En un inicio existe una repulsión entre ambas por tener la misma carga, luego al tocar las varillas se vuelven neutras es decir quedan descargadas. 5.4. Responda a las preguntas anteriores si se usa las varillas de plástico A interactuando con la varilla de acrílico C. Cuando acercamos las varillas A y C se observó una atracción ya que la varilla A se cargó negativamente y la varilla C se cargó positivamente. Se observó que, si gira, porque hay un proceso de inducción ya que uno está cargado y el otro se encuentra neutro En un inicio existe una atracción entre ambas por tener cargas opuestas, luego al tocar las varillas se vuelven neutras es decir quedan descargadas. 5.5. ¿Qué sucede cuando toca con con la mano la región cargada de la varilla? Explique Cuando se toca una varilla cargada con la mano, esta se descarga instantáneamente, ya que nuestro cuerpo hace las veces de un conductor de electrones y se transfiere espontáneamente las cargas para neutralizar la varilla. Si a una varilla cargada se le toca, esta varilla se neutraliza porque nosotros podemos ceder electrones o neutrones. 5.6. Describa lo que sucede cuando acerca Ud. el extremo frotado de la varilla de acrílico C al extremo de la varilla de plástico ubicada en la plataforma. Existe una atracción y eso se debe a que la varilla de vidrio se carga positivamente y la varilla de plástico se carga negativamente. 5.7. Explique por qué algunas de las combinaciones barra-tela utilizadas en la práctica producen interacciones más intensas que otras. Idea: use la teoría atómica. Existen materiales que son más intensas con la electrización como también hay algunas que no, para entender más detenidamente este fenómeno se hace uso de la secuencia triboeléctrica que nos ayuda a determinar la intensidad de las interacciones de materiales. 5.8. ¿Explique por qué el chorro de agua es atraído por la barra barr a cargada?

Como la barra se carga eléctricamente y al estar cerca al chorro induce una carga de signo contrario en el lado que se le enfrenta, lo atrae y lo desvía de su trayectoria.

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VI.



CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS

6.1 CONCLUSIONES a) Se llegó llegó a demostrar demostrar lo aprendido en la teoría. b) Nuestro cuerpo puede descargar descargar a un material, objeto, etc. c) Existen diferentes combinaciones que que pueden generar que una barra se cargue positiva o negativamente.

6.2 SUGERENCIAS a) Se recomiendo frotar las varillas ya sea con lana o seda en un solo sentido si se quiere obtener los resultados correspondientes. b) Ser precavido al usar la varilla de vidrio.

EXPERIMENTO 2: INDUCCIÓN EL ECTROSTÁTICA. ECTROSTÁTICA. I.

OBJETIVOS 1.1

Objetivos generales 

1.2


II.

Conocer las diversas formas de electrización

Producir diferentes tipos de carga eléctrica por contacto e inducción electrostática Verificar el fenómeno de inducción electrostática mediante la conexión a tierra Construir un electróforo y usarlo en la obtención de carga por inducción electrostática Utilizar el electroscopio en la detección d etección de cargas por inducción electrostática

MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL Existe un método simple y práctico de cargar un conductor aprovechando el movimiento de los electrones libres en un metal. Como se indica en la Figura1 tenemos dos esferas metálicas sin cargar en contacto. Al acercar a una de las esferas una barra cargada negativamente, los electrones libres de una esfera fluyen de una esfera a la otra. Si la barra está cargada negativamente, repele a los electrones electrones cargados negativamente negativamente y la esfera más más alejada a la barra adquiere electrones de la otra. La esfera más próxima adquiere carga positiva y la más alejada carga negativa (Fig. 1b). Si las esferas se separan antes de retirar la varilla (Fig. 1c), quedarán con cargas iguales y opuestas (Fig. 1d). Un resultado semejante se obtiene con una barra cargada positivamente, la cual hace que los electrones pasen de la esfera más alejada a la que q ue está más próxima. Este proceso se llama lla ma i nducción nducci ón electr electrostá ostátitica ca o car car ga por por induc i nducci ción ón.

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Figura 1.C arga arg a por por i nducción. a) E sferas sfer as en en contacto contacto cerca cerca de una bar bar r a car car g ada ada positi positiva vame mente nte.. b) esferas separada separadass en

pres preseencia de la vari vari lla carg carga ada. c) Al quitar uitar la barr a las las esferas sferas qued uedan carg carga adas con con ca carga rg as igua ig uale less y opuest uesta as

Por otro lado nuestro planeta tierra se constituye en un conductor que para muchos propósitos puede considerarse como un cuerpo cargado negativamente infinitamente grande. Cuándo un conductor se pone en contacto con la tierra se dice está conectado a tierra . Esto se representa esquemáticamente mediante un cable c able de conducción que termina en unas pequeñas líneas horizontales como se indica en la Figura 2c.

Figura 2 E lectri lectri zación zación por por induc i nducción ción utiliza utili zando ndo cone conexi xión ón a tierr a. (a) E sfera me metáli tálica ca ini in i cialme cialmente desca descarr gada; gada; (b) ( b)

acer acer camiento camiento de la bar bar r a inductor inductor a haci haci a la esfer esfera a para para producir la pola polarr i zación; zación; ( c) C onexi onexión ón de de la esfera con la tierra mediante un hilo conductor (los electrones viajan a tierra); (d) retiro de la conexión a tierra en pres preseencia ncia del induct inducto or, (e) Esfera cond conduc ucto tora ra carg carga ada positivam sitivamente nte.

Es posible usar a la tierra para cargar un conductor por inducción electrostática. En la Figura1a se muestra una esfera conductora descargada, en la figura 2b se acerca una barra cargada negativamente a una esfera conductora sin carga. Los electrones son repelidos ubicándose en el extremo derecho de la esfera, dejando el extremo cercano con carga positiva. Si se conecta a tierra la esfera con la barra cargada presente, aquella adquiere una carga opuesta a la de la barra, ya que los electrones se desplazan a través de hilo conductor hacia la tierra como se muestra en la Figura 2c. La conexión a tierra se interrumpe antes de retirar la barra para completar la carga por inducción (Fig. 2d). Retirando entonces la barra, la esfera queda cargada positivamente (Figura 2e).

III.

MATERIALES Y EQUIPOS 2.1. Una lámina de material aislante 2.2. Un electroscopio 2.2. Un tubo pequeño de neón 2.3. Una disco de material conductor, generalmente metálico, con un mango aislante para sostenerlo 2.5. Tela de seda, lana y otros

IV.

METODOLOGÍA a) Frotar fuertemente la parte superior del material aislante con un trozo de piel de conejo o con un trozo de lana, a fin de que la superficie quede cargada negativamente por fricción (figura 03a). Evite el contacto físico de la zona frotada. b) Acerque el disco de aluminio sosteniéndolo por el mango aislante hacia la placa aislante hasta que haga contacto mecánico para que la electrización en la placa circular por inducción sea efectiva como se muestra en la figura 3c c) Sostener con la otra mano, el tubo de neón y ponerlo en contacto con la placa de aluminio (en caso no disponga del tubo de neón, toque con el dedo la parte supero del disco de aluminio). Se notará que el tubo de neón relampaguea instantáneamente debido al flujo de carga eléctrica; ver Figura 03d. d) Separar el tubo de neón o retirar el dedo y posteriormente la placa de aluminio, quedando está cargada positivamente como se muestra en en la Figura 04e.

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e) Una vez separada la placa de aluminio, conecte con el tubo de neón, ahora nuevamente el tubo de neón relampagueará, indicando que existe nuevamente flujo de carga tal como se muestra en la Figura 03f. f) Repetir el experimento (cuantas veces sea necesaria) para verificar el proceso de inducción.

(a)

(b)

(d)

F igura igur a 3.

(c)

(e)

(f)

E squema squema de electri electri zaci zación ón por por i nducción

g) Existe otra forma como demostrar que la lámina de aluminio se carga. (i) Colocar la placa metálica sobre la superficie de material aislante previamente previamente frotado con lana, (ii) Coloque por un período de tiempo breve el dedo de una de sus manos en la parte superior de la lámina de aluminio como se muestra en la figura 4a, (iii) Cogiendo del mango aislante retire la lámina del conductor y ahora acérquelo sin tocarlo a la cabeza del electroscopio. ¿Qué observa? (iv) Poner en contacto el metal con la cabeza del electroscopio como se muestra en la figura 4b. ¿Qué le sucede a la ´laminilla del electroscopio?.

(a)

(b)

Fig. 04. ( a) C argand arg ando o el el electr electr óforo de Volta ( b) M ostrando que la placa placa met metáli álica ca está está carg car gada ada

V.

CUESTIONARIO 5.1. Explique el proceso físico por el cual se carga la placa metálica circular de aluminio.

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Cuando frotamos la placa de vidrio con seda, la placa de vidrio se carga positivamente, luego al acercar la placa de aluminio circular a la placa, placa, esta se carga negativamente negativamente en la cara adjunta pues los electrones de la placa de aluminio son atraídos atraídos por la carga positiva de la placa de vidrio. 5.2. Indique el tipo de carga que 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 Cuando acercamos la placa metálica de aluminio a la placa de vidrio, entonces la cara más cercana al vidrio tendrá un exceso de electrones, mientras que la cara más lejana de cargará de manera positiva. Al tocar la placa de aluminio con la mano, ésta se descarga, es decir que la placa de aluminio ganará electrones en su superficie superior hasta que sea neutra.

5.3. Explique por qué relampaguea el tubo de neón al ponerlo en contacto con la superficie de la placa metálica. El tubo de neón relampaguea al estar en contacto con un cuerpo que se encuentre cargado (positivo o negativo), es por ello que al hacer contacto con la superficie de la placa metálica relampaguea. 5.4. ¿Cómo debe ser la distribución de carga en un conductor aislado puntiagudo? Sabemos por teoría que la distribución de carga es en toda la superficie de un conductor en este caso existirá mayor distribución de carga (positivo o negativo) en las puntas del conductor. 5.9. ¿Describa el funcionamiento del electróforo de Volta? En primer lugar, se frota la superficie superior de la lámina aislante con piel o lana, o lana, a a fin de que la superficie quede cargada quede cargada negativamente. Una vez que el aislante está cargado, se acerca el disco metálico sosteniéndolo por el mango aislante, con lo que tanto el disco conductor y la lámina aislante, se polarizan, situándose polarizan, situándose las cargas negativas del conductor en la superficie superior como consecuencia de la repulsión ejercida por las cargas negativas que el material aislante tiene en su superficie. Se apoya el disco conductor encima del aislante, en contacto. Como el aislante tiene exceso de carga negativa su potencial su potencial es negativo; como están próximos, el potencial del disco metálico neutro también es negativo. Se conecta el disco conductor a tierra (si no se tiene algo que sirva de toma de tierra, basta con que se toque con un dedo). Se origina una corriente una corriente de carga negativa desde el disco hasta la tierra, Esto sucede cuando el disco queda cargado positivamente de forma que su potencial positivo se anula con el negativo generado por el aislante. Se desconecta el disco metálico de la toma de tierra Se separa el disco metálico del aislante, agarrándolo por el mango, ya que, si se tocase el disco con la mano, en el momento en que se alejase el disco de la lámina aislante, el potencial del disco pasaría de 0 V a un potencial positivo, con lo que electrones del cuerpo pasarían al disco, descargándolo. Esta acción de alejar el disco del material aislante cargado es la que inducirá en el disco metálico una carga de algunos miles de voltios. Ahora el disco metálico ha quedado cargado positivamente; si tiene una carga suficiente y se acerca un dedo al disco sin tocarlo, se verá que salta una chispa entre el dedo y el disco, di sco, que quedará así descargado. 5.10. Utilizando materiales caseros podría construir un electróforo de Volta?. Explique detenidamente. Un modelo simple de electróforo se puede construir utilizando un plato de aluminio descartable, un vaso de plástico como mango aislante y un plato de plástico, tal como se ve en la fotografía.

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Pasos a seguir: El electróforo de Volta funcionará bien en días secos. Para operar el electróforo, se coloca la hoja de plástico sobre una mesa y se frota bien su superficie con un trozo de tela de lana, trozo de fieltro de un sombrero, etc. Se apoya el disco sobre el plástico, sujetándolo por el mango aislante. ais lante. Con el disco sobre el plástico, se toca el papel aluminio con el dedo. Esto permite el paso de la carga eléctrica del disco a nuestro cuerpo y a tierra. Luego de retirar el dedo levantamos por el mango aislante, el disco estará cargado (electrizado) y su carga se podrá utilizar para realizar varios experimentos como: encender una pequeña lámpara de neón (NE-2), producir pequeñas chispas, mover la aguja de un electrómetro, cargar una botella de Leyden, hacer girar un molino eléctrico, atraer la esferita de un péndulo electrostático, curvar el chorro de agua que cae de una pileta, separar las hojas de un electroscopio etc. Después de usar el disco en algún experimento, este se descargará. Para volver a cargarlo basta con colocarlo nuevamente sobre la hoja de plástico, tocar con el dedo el borde de aluminio y quitarlo de la hoja de plástico. No es necesario frotar la hoja de plástico, plástico, pues no pierde su carga carga (a menos que el ambiente este este húmedo).

VI.

CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS 6.1 CONCLUSIONES 1. Las cargas de un objeto están distribuidas uniformemente en su superficie debido a las fuerzas repulsivas entre las cargas de mismo signo. 2. Cuando se carga un objeto por inducción se transfieren cargas de forma indirecta. 3. Un aislante como el plástico se carga solo en el área de frotamiento. 6.2. SUGERENCIAS 1. Tocando el disco con un dedo se puede descargar una de sus caras (cargadas) por inducción. 2. Para comprobar que el disco está cargado, basta acercarlo al electroscopio.

EXPERIMENTO 3: 1.

OBJETIVOS 1.1


1.2

Familiarizarse con el manejo de la Máquina de Wimshurst

Objetivos específicos   

II.

MÁQUINA DE WIMSHURST.

Mostrar experimentalmente las líneas de campo eléctrico. Verificar experimentalmente las diferentes interacciones electrostáticas. Verificar el poder de las puntas

MARCO TEORICO Y CONCEPTUAL 2.1

Máquina de Wimshurst

La máquina de Wimshurst es un generador electrostático de electrostático de alto voltaje d voltaje desarrollado esarrollado entre 1880 y 1883 por el inventor británico inventor británico James Wimshurst ( Wimshurst (1832 1832 - 1903 1903). ). Tiene un aspecto distintivo con dos grandes discos a

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contra-rotación (giran 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 chispas. Se basa en el efecto triboeléctrico, triboeléctrico, en el que se acumulan cargas cuando dos materiales distintos se frotan entre sí.

2.2

Descripción de la máquina de Wimshurst

Estas máquinas pertenecen a una clase de grupos de generadores, que crean cargas eléctricas por inducción electrostática. En un principio las máquinas de esta categoría fueron desarrolladas por Wilhelm Holtz (1865 y 1867), Agosto Toepler (1865), y J. Robert Voss (1880). Las máquinas más antiguas son menos eficientes y exhiben una tendencia imprevisible i mprevisible a cambiar de polaridad. La máquina de Wimshurst no tiene este defecto. En una máquina Wimshurst, los dos discos de aislamiento y sus sectores de metal giran en direcciones opuestas que pasan por las barras neutralizadoras cruzadas de metal y por sus pinceles. Un desequilibrio de cargas es inducido, amplificado y almacenado por dos pares de peines de metal con los puntos situados cerca de la superficie de cada disco. Estos colectores se montan sobre un soporte aislante y conectado a una salida terminal. La retroalimentación positiva, aumenta la acumulación de cargas en forma exponencial hasta que la tensión de ruptura dieléctrica del aire alcanza una chispa. La máquina está lista para comenzar, lo que significa que la energía eléctrica externa no es necesaria para crear una carga inicial. Sin embargo, se requiere energía mecánica para tornar los discos en contra el campo eléctrico, y es esta energía que la máquina convierte en energía eléctrica. La salida de la máquina de Wimshurst es esencialmente una corriente constante ya que es proporcional al área cubierta por el metal y los sectores a la velocidad de rotación. El aislamiento y el tamaño de la máquina determinan la salida de voltaje máxima que se puede alcanzar. La chispa de energía acumulada se puede aumentar mediante la adición de un par de frascos Leyden, un tipo de condensador adecuado para la alta tensión, con los frascos en el interior de las placas conectados en forma independiente a cada una de las terminales ter minales de salida y conectados con las placas exteriores entre sí. Una máquina Wimshurst puede producir rayos que son aproximadamente un tercio del diámetro del disco de longitud y varias decenas de microamperios.

2.3

Partes de la máquina de wimshurst 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Disco de acrílico con placas de estaño El generador electrostático consta de dos discos de cristal acrílico, de igual tamaño, montados sobre un eje horizontal, paralelamente, y con escasa distancia entre sí. Listón de aislamiento, el cual se encuentra atornillado al eje. Barra de electrodos, Éstas se encuentran conectados con las barras de electrodos, cuyos extremos tienen forma de doble esfera y entre las que se efectúa la descarga de chispas. Botellas de Leyden. Interruptor de aislamiento. Conductor transversal transversal con pinceles pinceles de metal. La cara externa de los discos discos está ocupada circularmente por hojas de estaño. Frente a cada disco, se ha fijado al eje un conductor transversal, girable, con dos “pinceles” de metal, que frotan las hojas de estaño.

7. 8.

Estribo con escobillas. Para la toma de corriente se emplean dos escobillas fijadas a un estribo, en el extremo del listón de aislamiento. La distancia entre las escobillas y los discos es regulable, y debe ser de algunos milímetros. Palanca de acodamiento para conexión de las botellas de Leyden Leyden

13



(a)


(b)

Figura 1. ( a) F otogr otografí afía a de de una máqui áquina na de de Wimshurst, Wimshur st, (b) ( b) partes de de la máquina máquina de Wim Wi mshurst. shur st.

III.

MATERIALES Y EQUIPOS

3.1.

electrodos esféricos, E l equipo uipo de elect lectros rosttática U84915 U8491500 00 consta de: un tablero de destellos, cubierta de electrodos

3.2. 3.3. 3..4. 3.5. 3.6. 3.7

Pénd Péndulo uloss de tecno cnoport Máquina Máquina de Wimshu Wimshurst, rst, modelo U15310 U15310.. E lect lectros rosco cop pio B arra rr as de acet cetato, vini vinilito lito y vidrio idri o D os plume lumeros elect lectros rosttáticos icos Cable Cabless de cone conexi xió ón

rueda con punta, barra de fricción de plástico, con clavijero de 4 mm, soporte de depósito, rodamiento de agujas con clavija de conexión, soporte con gancho para péndulo doble de bolitas de saúco, clavija de conexión en pantalla de seda seda en varilla, trozos de médula médula de saúco, tablero de base en clavija clavija de conexión y carril de rodamiento con bolas, cadenas de conexión, esfera conductora de 30 mm de diámetro, con clavija de conexión, cubierta con electrodos de punta, pie de soporte, varilla de soporte aislada, con manguitos de soporte y de conexión y juego de campanas.

Figura 2. E quipo qui po de electr electr ostáti ostática ca U8491500.

IV.

METODOLOGÍA 4.1.

ADVERTENCIAS DE SEGURIDAD   

4.2.

Descargar las piezas de experimentación antes de tocarlas, Descargar el generador electrostático antes de tocarlo Realizar los experimentos solamente con fuentes de alta tensión que tengan una corriente de cortocircuito ≤ 15 μA

OPERACIÓN DE LOS EQUIPOS    

Los equipos permiten buenos resultados experimentales, solamente si éstos se realizan bajo condiciones de limpieza y ausencia de humedad Descargar las piezas de experimentación antes de cada prueba Se aconseja utilizar una ventilador si existen condiciones climáticas de humedad Encajar las piezas de experimentación sobre el soporte y conectarlas mediante las cadenas de experimentación al generador electrostático.

14

Manual Manual de Prá Pr áctica cticass de Labo Laborato ratori o de F ísica ísi ca I I I 

4.3.



Tener cuenta las advertencias de seguridad.

EXPERIMENTOS A REALIZAR

Experimento 01.

Líneas de campo eléctrico

a) Con un cable de conexión conectar un electrodo de la máquina de Wimshurst al soporte metálico del plumero como se muestra en la figura 3a. b) Haga girar el manubrio de la máquina de Wimshurst hasta notar que los hilos del plumero se carguen observándose que estos se repelen formando la configuración mostrada en la figura 3b c) Coloque dos plumeros a una distancia de 15 cm y conéctelos mediante cables de conexión a los dos electrodos de la máquina de Wimshurst. Proceda a cargar los plumeros haciendo girar la máquina de Wimshurst. Notará que los hilos electrizados se atraen tal como se muestra en la figura 03c. distancia de 15 cm y conecte mediante alambres a un mismo electrodo de la d) Coloque dos plumeros a una distancia máquina de Wimshurst. Proceda a cargar los plumeros haciendo girar la máquina de Wimshurst. Notará que los hilos electrizados se atraen tal como se muestra en la figura 3c.

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 3. I mag mag en tri tr i dimensi dimensiona onall de las lí neas neas de camp campo o eléctri eléctri co de cuerpos cuerpos cargad carg ados. os.

Experimento 02.

Descarga de punta

agujas (6) y el conjunto insertarlo en el soporte. a. Colocar la rueda de puntas sobre el rodamiento de agujas b. Coloque los electrodos de la máquina de wimshurst en posición vertical, muestra en la c. Conecte uno de los electrodo de la máquina de wimshurst con la rueda de puntas como se muestra figura4

Figura 4. Rueda de puntas instalada a la Máquina de Wimshurst

d. Haga girar el manubrio de máquina de wimshurst. ¿Qué le sucede a la rueda de puntas? Registre sus observaciones e. Aumente la velocidad de giro del manubrio. ¿Qué le sucede a la rueda de puntas? Registre sus observaciones f. Ahora deje de girar el manubrio de la máquina de wimshurst. ¿Qué observa? g. Descargue la máquina de wimshurst uniendo los extremos de sus electrodos Experimento 03.

Péndulo doble

a. Instalar el soporte con gancho en el soporte.

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b. Colgar del soporte con gancho (7) un péndulo doble de cuerpos de médula de sauco como se muestra en la figura 5 c. Con la cadena conectar el soporte con gancho a uno de los electrodos verticales de la máquina de wimshurst. d. Poner en funcionamiento la máquina de wimshurst para transferir carga al péndulo doble. Registre lo observado.

Figura 5. Péndulo doble instalado a la Máquina de Wimshurst

Experimento 04.

Clavija de conexión en pantalla de seda

a. Colocar la clavija de conexión en pantalla de seda (8) sobre el soporte b. Con la cadena conectar la clavija a uno de los electrodos verticales de la máquina de wimshurst como se muestra en la figura 6, c. Poner en funcionamiento la máquina de wimshurst para transferir carga a la clavija de conexión en pantalla de seda. ¿Qué observa? Registre lo observado

Figura 6. Clavija de conexión en pantalla de seda i nstalada nstalada a la Máquina de Wimshurst Wi mshurst

Experimento 05.

Juego de campanas

a. Coloca el juego de campanas (16) sobre el soporte aislante, b. Con las cadenas conectar el juego de campanas a cada uno de los electrodos verticales de la máquina de wimshurst como se muestra en la figura 7, c. Haga girar lentamente el manubrio de la máquina de wimshurst hasta que los badajos golpeen las campanas, d. ¡Observación! Una carga demasiado alta produce una descarga entre los soporte

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Figura 7. J uego uego de cam campanas nas insta instalad lada a la Máquina Máquina de Wimshu Wimshurst rst

Experimento 06.

Tablero de destellos

a. Colocar el tablero de destellos en el soporte aislante, b. Con las cadenas conectar el tablero de destellos a cada uno de los electrodos verticales de la máquina de wimshurst como se muestra en la figura como se muestra en la figura 8, c. Haga girar el manubrio de la máquina de wimshurst aumentando progresivamente el volumen de carga suministrada, d. Si existe una tensión lo suficientemente alta, se producen cargas de destellos a través de los espacios libres del tablero.

Figura 8. T abler ablero o de destellos destellos i nstalado a la Máquina Máqui na de de Wimshur Wi mshurst st

Experimento 07. a. b. c. d. e. f.

Danza eléctrica.

Colocar el tablero de base (10) sobre el soporte Colocar sobre el tablero un conjunto de bolitas de médula de sauco (de 5 a 8 unidades) Poner encima la cubierta con electrodos esféricos invertida, Con las cadenas conectar el equipo a cada uno de los electrodos verticales de la máquina de wimshurst como se muestra en la figura como se muestra en la figura 9, Poner en funcionamiento la máquina de wimshurst y aumentar lentamente la cantidad de carga suministrada, hasta que los trozos de médula de sauco empiecen a bailar. Interrumpir el suministro de carga y observar el proceso

Figura 9. E quipo uti uti liza li zada da par par a ver ver i fi car la danza danza eléctri eléctri ca

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Experimento 08.



Aparato fumívoro.

a. Colocar el tablero de base sobre el soporte b. Invertir sobre éste la cubierta con electrodos de punta, c. Con las cadenas conectar el equipo a cada uno de los electrodos verticales de la máquina de wimshurst como se muestra en la figura como se muestra en la figura 10.

Figura 10. E quipo utili zada zada par par a ver ver i ficar fi car el poder poder de las puntas puntas

d. Hacer penetrar en el interior de la cubierta el humo de un cigarrillo o de una vela de humo, e. Poner en funcionamiento la máquina de wimshurst y aumentar lentamente la cantidad de carga suminis trada, hasta que el humo se asiente en el fondo f. Repetir el proceso g. Los electrodos de punta cargan las partículas de humo, estas chocan entre sí y caen sobre el tablero de base que tiene la misma carga. Experimento 09.

Carril de rodamiento con bolas

a. Colocar sobre el soporte la placa de base y el carril de rodamiento de bolas. Al hacerlo, asegúrese de que los distanciadores de carril de rodamientos con bolas no caigan hacia un lado b. Colocar la bola, limpia y seca, sobre la placa de base de tal manera que entre el contacto con el canto del electrodo esférico superior como se muestra en la figura 11. c. Conectar la fuente de alimentación y suministrar lentamente carga, hasta que la esfera sea repelida y empiece e mpiece a moverse. Un suministro de carga demasiado alto conduce solamente a descargas eléctricas d. La esfera se carga de manera diferente, y a través de este esfuerzo dinámico resultante se produce un movimiento motriz, en el cual la esfera se carga y se descarga continuamente, e. En el caso de que la esfera gire tan solo sobre su eje, es necesario darle un pequeño empuje.

Figura 11. E quipo utili zada zada par par a veri verifificar car la l a rodadur rodadura a de de bolas bolas

V.

CUESTIONARIO Experimento 01.

Líneas de campo eléctrico

5.1. ¿Por qué toman la forma que Ud. ve los hilos del plumero al ser conectada a los electrodos en cada uno de los casos de la figura 3? Explique.

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Porque los hilos siguen en forma paralela la disposición de las líneas de campo producidas. 5.2. ¿Qué relación cree Ud. que guarda el ángulo de abertura de los hilos de seda de los plumeros con la cantidad de electricidad? En uno de los postulados de Wimshurst el menciona la siguiente relación “A mayor cantidad de electricidad mayor ángulo de abert ura y a menor cantidad de electricidad menor es el ángulo de abertura” este postulado

nos indica la relación del ángulo en función de la electricidad ejercida. 5.3. Describa el funcionamiento de la Máquina de Wimshurst. Consta de dos discos que giran en sentidos contrarios, muy próximos y paralelos. Los discos llevan pegados un número par de sectores metálicos que se comunican diametralmente por medio de una barr a neutralizadora con escobillas metálicas. Por mediación de peines colectores metálicos en dos circuitos independientes recogen cargas por inducción en 2 botellas de Leyden. Cuando estos condensadores están conectados y una vez lo suficientemente cargados, una chispa salta de una barra de electrodos a otra.

Experimento 02. 5.4.

Descarga de punta

¿Qué le sucede a rueda con puntas cuando se le suministra carga con la máquina de wimshurst? Explique. La rueda con puntas empieza a girar ya que se genera un campo eléctrico muy fuerte alrededor y se manifiesta en los puntos con un efecto de acción y reacción

5.5.

¿Qué le sucede a rueda con puntas cuando cuando se le suministra mayor cantidad cantidad de carga carga con la máquina de wimshurst? Explique. Cuando se le suministra más carga, el campo eléctrico que genera es más intenso y permite p ermite que el efecto de reacción y acción sea más fuerte, lo cual genera que la rueda con puntas se mueva más rápido.

5.6.

¿Explique el poder de las puntas? Como la rueda con puntas se carga, intenta eliminar por las puntas y produce alrededor un campo eléctrico que se manifiesta por efecto de acción y reacción lo cual produce un movimiento.

Experimento 03.

Péndulo doble

5.7. ¿Qué le sucede al péndulo péndulo doble cuando se le suministra carga con con la máquina de wimshurst? Explique. Se observó que las bolitas del péndulo se separan ya que la carga se distribuye a a cada bolita con el mismo signo, es decir existe repulsión. 5.8. ¿Qué le sucede al péndulo doble cuando se le suministra mayor cantidad de carga con la máquina de wimshurst? Explique. Al suministrarle mayor cantidad de carga se produjo descargas eléctricas y no ocurrió nada con el péndulo doble. 5.9. ¿El péndulo doble es un electroscopio electroscopio simple? Sí, porque al igual que el electroscopio permite conocer si un cuerpo está electrizado o cargado.

Experimento 04.

Clavija de conexión en pantalla de seda

5.10. ¿Qué le sucede a cada uno de los papeles de seda del plumero cuando se le suministra carga con la máquina de wimshurst? Explique. Los papeles de seda se repelen entre sí porque adquieren igual carga, se reparten por otros lados generando una pantalla.

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5.11. ¿Qué le sucede a cada uno de los papeles de seda cuando se le suministra mayor cantidad de carga con la máquina de Wimshurst? Explique. Al suministrarle mayor cantidad de carga se observó en el experimento que los papeles de seda se llegaban a repeler más. 5.12. ¿La clavija de conexión en pantalla de seda puede considerarse como un electroscopio simple? simple ? Si es un electroscopio simple, porque ayuda a determinar si un cuerpo está cargado, en este caso cada papel de seda que se cargó con el mismo signo y por ello se repelen.

Experimento 05.

Juego de campanas

5.13. ¿Qué le sucede a cada uno de los badajos de las campanas campanas cuando se le suministra carga carga con la máquina de Wimshurst? Explique. Es un caso más de un proceso electrostático, donde los badajos se cargan y cuando entra en contacto con las campanas se descarga y oscila de regreso luego el proceso empieza de nuevo.

5.14. ¿Qué le sucede a cada uno de los badajos de las campanas cuando se le suministra mayor cantidad de d e carga con la máquina de Wimshurst?. Explique. Al suministrarle mayor cantidad de carga se produjo descargas eléctricas y no ocurrió nada con el badajo de campanas. 5.15.

¿Durante el contacto de los badajos con con las campanas con estos se cargan cargan o descargan?

Al inicio con ayuda de la máquina de Wimshurst se carga y cuando está en contacto con las campanas se descarga.

Experimento 06.

Tablero de destellos

5.16. ¿Qué le sucede al tablero de destellos cuando se le suministra carga con la máquina de wimshurst? Explique. Si existe una tensión suficientemente alta, se producen descargas de destellos a través de los espacios libres del tablero de destellos. 5.17. ¿Qué le al tablero de destellos cuando se le suministra mayor cantidad de carga con la máquina de wimshurst?. Explique. Al suministrarle mayor cantidad de carga se produjo descargas eléctricas y no ocurrió nada con el tablero de destellos. 5.18.

¿Para qué utilizaría este experimento en la electrónica?

Ayudaría como señales o advertencia en caso de que se produjera accidentes podría ayudar con un simple destello a prevenir. Como un aparato electrónico mecanizado y controlado.

Experimento 07.

Danza eléctrica.

5.19. ¿Qué le sucede a cada uno de los trozos de médula de sauco sauco cuando se le suministra carga con la máquina de wimshurst? Explique. Como la carga es de la misma polaridad, el tablero de la base repele los trozos de sauco y estos adoptan la carga contraria cuando se aproximan a los electrodos esféricos. Caen de nuevo y el proceso empieza otra vez

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5.20. ¿Qué le Qué le sucede a cada uno de los trozos de médula de sauco se le suministra mayor cantidad de carga con la máquina de wimshurst? Explique. Al suministrarle mayor cantidad de carga se produjo descargas eléctricas y no ocurrió nada con los trozos de médula de sauco 5.21. ¿Qué le sucede a cada uno de los trozos de médula de sauco cuando se deja de hacer funcionar la máquina de Wimshurst? Caen de nuevo y el proceso empieza otra vez, a pesar de que el suministro de energía se ha interrumpido, ya que todavía una suficiente carga residual.

Experimento 08.

Aparato fumívoro.

5.22. ¿Qué le sucede al humo cuando se le suministra carga con la máquina de Wimshurst? Explique. Se observa que al suministrarle lentamente carga el humo dentro va desapareciendo. 5.23. ¿Qué le sucede al humo cuando se le suministra mayor cantidad de carga con la máquina de Wimshurst? Explique. Se observó que al suministrarle mayor carga el humo seguía siendo visible (No ocurre nada) 5.24.

¿Cómo explica el poder de las puntas en este experimento?

En este caso existe una punta y se encuentra cargado eléctricamente entonces esta se distribuye por toda la superficie y como la densidad de carga es carga sobre volumen, entonces vamos a tener que en las partes con menor volumen se tendrá mayor densidad de carga.

Experimento 09.

Carril de rodamiento con bolas

5.25. ¿Qué le sucede a la esfera de vidrio cuando se le suministra carga con la máquina de W Wimshurst? imshurst? Explique. .......................................................................................................................................................................... 5.26. ¿Qué le Qué le sucede a la esfera de vidrio cuando se le suministra mayor cantidad de carga con la máquina de Wimshurst? Explique. .......................................................................................................................................................................... 5.27. ¿Cómo explica electrostáticamente este experimento? ..........................................................................................................................................................................

VI.

CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS 6.1.

CONCLUSIONES 1. Una carga demasiada alta conduce a una descarga entre los soportes. 2. En todo cuerpo conductor, las cargas se distribuyen d istribuyen superficialmente. 3. Las cargas eléctricas no se crean, sino que en el proceso de adquirir cargas eléctricas unas ceden y otras ganan electrones de modo que hay una equivalencia en transferencia de electrones.

6.2.

SUGERENCIAS

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1. Al momento en el que la persona se encuentre tocando la bola de Van de Graff se debe acercar la lámpara de neón al cuerpo de la persona sin tocarlo, luego se deja pasar el tiempo hasta que el cabello baje indicando que ya se ha descargado. 2. Tener cuidado la máquina de Wimshurst debe estar descargada para poderla manipular por lo que es un equipo que concentra carga eléctrica.

EXPERIMENTO 4: EL GENERADOR DE VAN DE GRAAFF I.

OBJETIVOS 1.1


1.2


II.

Comprender el funcionamiento del Generador de Van de Graaff

Observar y analizar la presencia de cargas haciendo uso del Generador de Van de Graaff Mostrar experimentalmente la atracción y repulsión electrostática Mostrar experimentalmente la descarga corona Verificar el poder de las puntas

MARCO TEORICO Y CONCEPTUAL El generador de Van de Graaff es es una máquina electrostática 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 Van de Graaff moderno pueden llegar a alcanzar los cinco mega voltios. voltios. Las diferentes aplicaciones de esta máquina incluyen la producción de rayos X, X, esterilización esterilización de alimentos y experimentos de física de partículas y partículas y física nuclear . En 1929 Robert J. Van de Graff aplicó este principio para diseñar y construir un generador electrostático tal como se muestra en la Figura 1a. La idea básica del generador se describe en la Figura 1c. Se entrega continuamente carga a un electrodo de alto voltaje sobre una banda móvil de material aislante. El conductor de alto voltaje es un conductor hueco montado sobre una columna aislante. La banda recoge carga por medio de una descarga corona entre el peine ionizado de agujas metálicas y una rejilla conectada a tierra en la base del generador. Las agujas normalmente se mantienen a un potencial positivo de 10 4 voltios. La carga positiva se transfiere al electrodo de alto voltaje por medio de un segundo peine colector de agujas que se encuentra e ncuentra en la parte superior del generador. Como el campo eléctrico en el interior del conductor hueco es despreciable, la carga positiva de la banda se transfiere con facilidad hacia el electrodo de alto voltaje, sin importar su potencial. En la práctica, es posible incrementar su potencial del electrodo de alto voltaje hasta que se presenta una descarga eléctrica a través del aire. Dato que la tensión de ruptura dieléctrica del aire es del orden de 3.10 6 V/m, una esfera de 1 m de radio puede alcanzar hasta un potencial de 3.10 6 V. Puede aumentarse aún más el potencial aumentando el radio del casco del generador. Los generadores 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 energía suficiente como para iniciar reacciones nucleares entre ellos y diversos núcleos que sirven de blanco.

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(a)


(b)

(c)


(d)

Figura 1. D i agram agr ama a esque esquemá mático tico de un gene g enerr ador ador de V an de de G r aff. aff . (a) ( a) Ge G enerador nerador V an de de G r aff, aff , (b) ( b) B ase del del Gene G enerr ador, ador,

(c) M i tad tad infe inf er ior del del Ge G ener ner ador dor , (d) ( d) Parte P artess del del ge g ener ner ador ador

III.

MATERIALES Y EQUIPOS 3.1. Un generador Van de Graff 3.2. Una esfera de descarga grande y otra pequeña 3.3. Un plumero electrostático 3.4. Un electroscopio 3.5. Cables de conexión 3.6. Un electrodo puntual de cobre 3.7. Un péndulo simple 3.8. Una vela de cera 3.9. Un soporte aislante

IV.

METODOLOGÍA franela limpia, el domo esférico esférico del generador, las ruedas, la a) Antes de la operación limpie con un paño o franela correa y el tubo de poliglás . b) Ajuste el colector para que se acerque al máximo a la correa, sin tocarla. c) Conecte el colector con la bola de la descarga eléctrica. d) Conecte el interruptor de fuente eléctrica del motor para iniciar su funcionamiento. e) Para aumentar la eficiencia del generador conéctelo hacia tierra utilizando un cable conductor. existe corriente eléctrica y la humedad relativa es menor al 80%, recurra a la f) En aquellos lugares donde no existe operación manual, es decir hacer girar la manivela en el sentido del reloj. g) Cuando comienza a funcionar el generador, no debe tocar con las manos el domo esférico metálico del generador ni las partes metálicas expuestas. Cuando deje de usar el generador, use la esfera de descarga y haga contacto varias veces con el domo esférico del generador para que se descarguen la electricidad remanente, h) Proceda a realizar las siguientes experiencias

4.1. Electrización por contacto.     

Acerque lentamente la bola de descarga al domo esférico del generador de Van de Graaff hasta hacer contacto mecánico directo, como se muestra en la figura 2a. Toque la esfera de descarga con el generador y manténgala en contacto por un período de tiempo corto hasta extraer un poco de carga Separe la espera de descarga de generador y ahora acérquelo hacia el electroscopio sin tocarlo como se muestra en la figura 2b. ¿Qué le sucede al electroscopio? Toque la cabeza del electroscopio con la esfera de descarga tal como se muestra en la Fig. 2b. Registre sus observaciones

23




(a)

(b)

Figura 2. T r ansferencia ansferenci a de carga carg a del del acelerado aceleradorr hacia el electroscop electroscopii o: ( a) C ontacto ontacto de de la esfera de pr pr ueba ueba con el el

acelerado aceleradorr , ( b) transferencia transf erencia de car car ga al electr electr odo odo centr central al del del electr electr oscopio oscopio

4.2. Arco disruptivo    

  

Coloque sobre la mesa a la bola de prueba y al Generador Van de Graaff como se muestra en la figura 3a. Desconecte de tierra al generador y en su lugar dicha terminal de puesta a tierra conecte la terminal con la esfera de prueba como se muestra en la figura 3b, Encienda el generador y espere unos minutos hasta hasta que éste se cargue. Cogiendo la parte aislante de la esfera de prueba, a cerque lentamente y con cuidado ésta hacia el domo esférico del Generador. Dependiendo de las condiciones de humedad Ud. debería observar una gran descarga de color azul brillante (rayo)) cuando acerca la esfera de prueba al Generador. Cuando se produce la chispa también debe oír un crujido fuerte. Esto demuestra una descarga eléctrica de un rayo que va acompañado de un destello brillante y el sonido fuerte. Remplace la esfera de prueba por otra de mayor diámetro y repita el paso anterior. Registre sus observaciones Compare lo observado con lo que muestra la figura 3c. Una vez terminado ésta parte del experimento apague el generador y proceda a descargarlo poniendo en contacto la esfera de prueba con la del Generador.

(a)

F i gur a 3

(b)

(c)

(a) I nstalac nstalacii ón del del equipo par par a visualizar la desca descarr ga cor cor ona; ona; (b) desca descarr ga cor cor ona

4.3. Campo eléctrico de un conductor cargado.     

Conecte nuevamente el generador a tierra y a la ves éste a la red eléctrica y póngalo en funcionamiento Coja la base aislante del plumero electrostático. Acerque el plumero a la cabeza del Generador, como se muestra en a Figura 4a. ¿Qué ocurre? Describa detalladamente Desplace el plumero siguiendo trayectorias paralelas al ecuador o meridiano como se muestra en la figura 3a. ¿Qué observa? Para demostrar la simetría radial del campo eléctrico, tome un solo hilo del plumero y desplácelo alrededor del casco siguiendo siguiendo circuitos paralelos al ecuador o meridiano como como se muestra en la Figura

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 



4b, pero sin intentar disminuir la distancia al casco, el hilo se mantiene a una distancia constante. Registre sus observaciones. Acerque la esfera del péndulo eléctrico hacia el generador como se muestra en la figura 4c y observe la interacción entre ambos. Repita este paso para diferentes posiciones de la esfera

(a)

(b)

(c)

Figura 4. D i agram agr ama a para para mostrar mostrar la sime si metrí trí a del del campo campo eléctri eléctri co. 4.4. Campo eléctrico de un conductor cargado. 





Con el generador de Van de Graaff apagado y previamente descargado, coloque en el piso una placa de tecnoport, sobre ésta coloque una placa de madera seca forrada en la parte superior con cualquier plástico grueso y haga pararse a un compañero suyo sobre ella, haciendo que coloque sus manos sobre el domo esférico del Generador. Encienda el motor del generador, luego de cierto tiempo los cabellos del alumno se levantarán como se muestra en la Figura 5a. Dependiendo de la humedad en el ambiente del laboratorio laboratorio y en el generador, podría tomar de dos a cinco minutos antes de que su pelo comienza a erizarse. Anotar lo que sucede y tomo una fotografía para su informe. (Los cabellos del alumno deben estar estar recién lavados y secos). secos). Apagar el generador, luego el alumno debe retirar sus manos del Generador y dejar pasar cierto tiempo hasta que el cabello baje indicando que ya se descargó, entonces hágalo bajar de la tabla. Importante. Haga esta experiencia con cuidado y calma.

Figura 5.    

(a) La alumna ha sido cargada a un potencial muy elevado por contacto con un generador de Van de

G r aaff aaff.. (b) ( b) L a profeso profesorr a y su hija hij a cogen cogen el el ge g ener ner ador dor

Acerque la lámpara de neón al cuerpo del alumno sin tocarlo Deje pasar cierto tiempo hasta que el cabello baje indicando que ya se ha descargado, entonces recién hágalo bajar de la tabla. ¡ P r oceda oceda con con cui cui dado dado y con calma! calma! Acerque la lámpara de neón al cuerpo del alumno sin tocarlo Deje pasar cierto tiempo hasta que el cabello baje indicando que ya se ha descargado, entonces recién hágalo bajar de la tabla. ¡ P r oceda oceda con con cui cui dado dado y con calma! calma!

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4.5. Viento iónico Su generador de Van de Graaff puede crear un viento eléctrico que que es lo suficientemente potente como para desviar la llama de una vela y hacer girar las hélices de un molino de viento de juguete. Para crear el viento eléctrico siga el siguiente procedimiento. 

Manteniendo el generador de Van de Graaff apagado, instale un electrodo puntiagudo como se muestra en la figura 6a.

I nstalaci nstalación ón del del equipo para para obser obser var var el viento eléct eléctrr i co usando usando el el gene g enerr ador ador de V an de G r aff Encienda el generador y espere unos minutos hasta que se cargue. Acerque la palma de la mano hacia la punta del electrodo sin tocarlo. ¿Qué sensación experimenta? Describa detalladamente lo experimentado Ahora encienda una vela y observe la ubicación de la flama de ésta. Acerque lentamente la vela encendida en la cercanía del objeto aguzado sin tocarlo. ¿Qué observa? Describa lo observado Usando un cable de conexión conecte el electrodo aguzado a uno de los electrodos de la máquina de Wimshurst como se muestra en la figura 7. ¿Se podría observar también el el viento eléctrico?

Figura 6.     



Figura 7.

I nstalaci nstalación ón del del equipo par par a obse obserr var var el viento eléct eléctrr i co usando la máquina máquina de Wimshurst Wi mshurst

El viento iónico también puede observarse mediante el siguiente experimento 

Coloque la aguja del rodamiento en la parte superior del domo del generador Vann de Graaff como se muestra en la figura 8

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Figura 8.   

4.6.


I nstalación nstalaci ón del del equipo par par a obse obserr var el poder poder de las puntas puntas

Sobre un soporte de aislamiento debe subir un alumno al umno y colocar una de sus manos cerca a la punta sin tocarla como se muestra en la figura. Ponga en funcionamiento el generador Van de Graaff y espere que se cargue cierto tiempo Ahora de la mano a uno de sus compañeros. ¡Qué experimenta?

Péndulo eléctrico    

Con el generador de Van de Graaff apagado, instale el péndulo como se muestra en la figura 9. Encienda el generador y espere unos minutos hasta que se cargue. Acerque lentamente el soporte universal con el péndulo el Generador de Van de Graaff Debido a la cantidad de carga positiva que que se acumula en el exterior de la cabeza del generador, la esfera del péndulo será atraída hacia el generador. Una vez en contacto parte de la carga positiva del generador se transfiere a la esfera del péndulo, quedando ésta última cargada positivamente y ahora se produce una repulsión eléctrica, repulsión repulsión que fuerza fuerza a la esfera esfera pendular pendular a ubicarse lo más más lejos posible, posible, produciéndose las oscilaciones oscilaciones pendulares.

Figura 9.

4.7.


I nstalaci nstalación ón del del generador generador V an de de graa gr aaffff par par a obse obserr var var el pénd péndulo ulo eléctri eléctri co

Líneas de campo eléctrico    

Con el generador de Van de Graaff apagado, y usando cables de conexión conecte el Generador con la bola de prueba pequeña provista provista de su mango plástico como como se muestra en la figura 10a. Por separado en un depósito de vidrio vacíe un poco de aceite y sobre éste espolvoree sobre el aceite los trozos de anís filtrante Coja de la parte aislante la bola de prueba y encienda el generador Sumerja parte de la bola de prueba en el aceite. ¿Qué le sucede a las partículas de anís? Describa cualitativamente su comportamiento

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Figura 10.



(a) (b) (c) Equipo necesario necesario para mostrar mostrar las líneas de fuerza: (a) Generador Generador Van Van de Graaff, (b) (b) Bola de prueba y (c) aceite

Precauciones a) b) c) d) e)

Utilice el Generador bajo la supervisión de su profesor. Este Generador no es un juguete Conecte el generador a una conexión estándar con conexión a tierra (3 clavijas) y salida de 220 V No haga funcionar al generador en un lugar húmedo o mojado. Verifique si existen cables sueltos o defectuosos. d efectuosos. Si ocurre lo último remplace dichos cables Desconecte el generador antes de realizar ajustes o mantenimiento. Nunca retire la placa de cubierta de la base cuando el Generador esté enchufado a la red eléctrica. Existe un riesgo de descarga ele´ctrica peligrosa. f) La descarga eléctrica que recibe de contacto normal con el generador no es perjudicial, aunque puede ser incómodo, sorprendente, y en ocasiones incluso doloroso. El choque estático que se obtiene de este generador es similar, aunque mucho más fuerte que, el que usted podría obtener de tocar la manija de una puerta de metal después de caminar sobre una alfombra en un día seco. g) Usted puede obtener una pequeña descarga estática cuando se desenchufa el cable de corriente. Para evitar esto, toque varias veces la esfera de descara con la cúpula del generador hasta que se disipa la electricidad estática. A continuación, desenchufe el cable.

V.

CUESTIONARIO 5.1 Explique lo que sucede cuando la bola de prueba se le acerca (aleja) del electrodo central. ¿Qué sucede cuando la bola de prueba es puesta en contacto con el electrodo central del electroscopio? Ocurre el mismo proceso las láminas de electrodo se repelen entre ellas. 5.2. Al acercar el plumero electrostático al generador de Van de Graaff. ¿Qué sucede con los hilos de seda? Explique. Los hilos del plumero adquieren una posición final es decir se extienden hacia el espacio en dirección de las líneas de campo eléctrico. 5.3. ¿Qué tipo de simetría tiene el el campo eléctrico producido por el casco del generador? generador? Explique El tipo de simetría que posee el casco del generador es una simetría, y la dirección del campo es radial. 5.11. Explique físicamente la descarga eléctrica del acápite 5.2 Como se pudo percibir en el experimento aparecen descargas eléctricas fáciles de ser percibidas por la vista, y las descargas aparecen constantemente con un lapso de tiempo casi insignificante. 5.12. Describa y explique la generación del viento eléctrico

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El viento eléctrico producido es dado por la liberación de iones, en este caso por la liberación de electrones. Surge un ligero ventisco producido desde la punta el cual es más fácil de percibir con la vela encendida, así como se trabajó en el laboratorio. 5.13. ¿Cuál es la dirección de la fuerza sobre la esfera del péndulo eléctrico? Explique La fuerza viene dada debido a la fuerza eléctrica que expulsa el generador, como la esfera esta próxima al generador y cerca por ende a su campo eléctrico produce el movimiento del péndulo, la dirección de la fuerza es hacia dentro 5.5 ¿Por qué los cabellos del alumno se levantan? Porque cada cabello tanto como el cuerpo se cargan de electrones del mimo signo y estas al llegar sobre el cabello se repelen, haciendo que cada cabello se separe entre sí. 5.14. ¿Qué importancia tiene que el alumno que coge el Generador se encuentre aislado? La importancia es sumamente necesaria, ya que es por precauciones de vida, esto se debe a que si el cuerpo este en contacto con la tierra, pues el alumno sufriría una descarga eléctrica. 5.15. Cuando Ud. acerca el tubo de neón al alumno ¿Qué observó? observó? Explique su respuesta. respuesta. Se puedo observar una descarga eléctrica pues la lámpara de neón recibe todos los electrones distribuidos en el cuerpo del alumno, este entre tanto regresa a su estado normal. 5.16. El radio del casco esférico del Generador Van de Graff es de 20 cm, determine. ¿Cuánta carga puede producir sin provocar la ruptura eléctrica en el aire? Para nuestro caso:  = 3000000 / y  = 0.2 Reemplazando tenemos: E=3000000   = 1 4 ([0.2] 2)  = [3000000] × [4 ] × [[0.2] 2]

 = 13.333 

5.17. El electrodo conductor esférico de un generador Van de Graaff está cargado hasta un potencial de 0,18.10 6 V. Halle el radio mínimo que debe tener el cascarón esférico para que no ocurra la ruptura dieléctrica del aire. El radio mínimo que debe tener el cascaron esférico para que no ocurra la ruptura dieléctrica del aire es de: 0.06 m 5.18. Explique el poder de las puntas y por qué no debemos colocarnos bajo un árbol grande si estamos en medio de una tormenta eléctrica. Para esto leer sobre los experimentos de Benjamín Franklin Cuando los conductores metálicos terminan en punta se acumula mucha carga en ellas, la densidad de carga es muy alta y en las proximidades se crea un intenso campo que ioniza el aire, es decir rompe la resistencia del aire.

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5.19. Describa detalladamente el funcionamiento del péndulo eléctrico

Benjamin Frankiln inevento los pararrayos Cuando los conductores metálicos terminan en punta se acumula mucha carga en ellas, la densidad de carga es muy alta y en las proximidades se crea un intenso campo que ioniza el aire.  

Las puntas cargadas positivamente producen viento eléctrico positivo. po sitivo. Las puntas cargadas negativamente producen viento eléctrico negativo.

En la figura por medio de uso de generadores electrostáticos tales como el generador de Whimsurt o generador de Van de Graaff se puede observar descargas eléctricas, a través del aire, entre las esferas cargadas eléctricamente con distintos signos en dichos generadores. 5.20. ¿Obtuvo las líneas de campo eléctrico usando el generador, el aceite y las partículas de anís? Qué forma tenían éstas Si, ya que las cargas eléctricas generadas en el generador de Van de Graff hacen que se cargue la esfera de papel aluminio, de modo que ésta también quede con cargas electrostáticas. Es por p or ello que se genera un campo eléctrico dentro del frasco, el cual termina alineando las borras de anís que, por estar suspendidas en el fluido, ofrecen poca resistencia al girar y acomodarse siguiéndolas líneas de campo eléctrico.

5.21. Explique porqué el cuerpo humano es un buen conductor Porque nuestro cuerpo está formado por un 70% de agua ionizada, un muy buen conductor de electricidad. Todos los tejidos de nuestro cuerpo reaccionan cuando hay una descarga en nuestro organismo o rganismo y los efectos de esta dependen de su intensidad.

VI.


6.2.

CONCLUSIONES a.

Mediante el generador de Graaff podemos producir prod ucir diferencias de potencia tan altas como 20 Millones de voltios.

b.

El campo del generador es radial hacia afuera.

c.

El voltaje no es lo que te mata lo que te pude matar es la corriente.

SUGERENCIAS a)

Al momento que la persona se encuentre tocando la bola de Van de Graaff se debe de acercar la lámpara de neón al cuerpo de la persona sin tocarlo.

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b)

EXPERIMENTO 5:

LA JAULA DE FARADAY

OBJETIVOS 1.1


1.2

Familiarizarse con el funcionamiento de la Jaula de Faraday

Objetivos específicos   

II.


Se debe dejar pasar cierto tiempo hasta que el cabello baje indicando que ya se ha descargado por completo. El equipo siempre de estar conectado a tierra. Se debe descargar el caso del generador.

c) d)

I:


Mostrar el blindaje electrostático usando la Jaula de Faraday Verificar que la carga en un conductor cargado reside en la superficie. Internalizar en el estudiante la importancia de los fenómenos electrostáticos

MARCO TEORICO Y CONCEPTUAL Se conoce como jaula de Faraday el efecto por el cual el campo electromagnético en electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio es nulo, anulando el efecto de los campos externos. Esto se debe a que, cuando el conductor está sujeto a un campo electromagnético electromagnético externo, se polariza, de manera que queda cargado positivamente en la dirección en que va el campo electromagnético, electromagnético , y cargado negativamente en el sentido contrario. Puesto que el conductor se ha polarizado, este genera un campo eléctrico igual eléctrico igual en magnitud pero opuesto en sentido al campo electromagnético, electromagnético, luego la suma de ambos campos dentro del conductor será igual a cero 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 mostrar lo mencionado puede realizarse el siguiente experimento. Introduzca. Una pequeña bola metálica cargada positivamente, la cual cuelga de un hilo de seda dentro de un conductor hueco sin carga a través de un pequeño orificio como se ve en la Fig.1a,. 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 superficie exterior (Fig. 1b). La presencia presencia de las cargas positivas positivas en la pared exterior se se indican por la deflexión del electrómetro. La deflexión del electrómetro no cambia cuando la bola toca la superficie interior del conductor hueco (Fig. 1c). Cuando la bola se extrae la lectura del electrómetro no cambia y la bola se encuentra descargada (Fig.1d). Esto muestra que la carga transferida al conductor hueco se encuentra sobre la superficie exterior. Si ahora se introduce una pequeña bola metálica cargada en el centro del conductor hueco cargado, la bola metálica no será atraída por el conductor hueco. Finalmente si la bola pequeña cargada se coloca fuera de la superficie exterior del cascarón, la bola será repelida por el conductor indicando que el campo fuera del conductor hueco hueco es diferente de cero. A este experimento experimento se denomina blindaje electrostático.

F i g ura ur a 1.

D emostr mostración ación exper exper i mental mental que muestr muestra a que cualquier carga carg a transferi tr ansferi da a un conducto conductorr r eside en su supe superficie rf icie en equilibrio uilibri o elect lectrost rostá ático. ico.

En nuestro experimento para demostrar lo antes mencionado mencionado se utilizará la Jaula e Faraday Faraday

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III.

MATERIALES Y EQUIPOS

IV.

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 Wimshurst o un generador Van de Graaff 3.5. Un electroscopio 3.6. Cables de conexión METODOLOGÍA a. b) c) g) h) i) j)

Instale el equipo como se muestra en la Fig.2 . Con un alambre de conexión de cobre conecte la jaula de Faraday con un electrodo de la máquina de Wimshurst. Haga girar la manivela para producir carga carga eléctrica en la jaula Observe lo que le sucede a los plumeros exterior e interior a la jaula. Anote sus observaciones. Remplace la máquina de Wimshurst por el Generador 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 el plumero. Desconecte el acelerador de la jaula, el plumero exterior retírelo de su lugar.

F i gur gu r a. 2.

k) l)


I nstalaci nstalaci ón del del equi equipo po par par a mostr ostr ar el blinda blin dajj e electrostát electrostátii co

Acerque la jaula hacia el acelerador a una distancia pequeña como se muestra en la Fig. 3. Encienda el acelerador y observe la descarga corona que aparece.

F i g ura ur a 3. E l gene g enerr ador ador de Van de G r aaff aaff produce descarg descargas as espe especta ctacular culares es sobre sobre la jaula de de alam alambre bre conecta conectada da a titi erra. err a.

m) Con el alambre en forma de malla construya el dispositivo mostrado en la figura 4a.

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F i gur a 4. ( a) ver ver sión senci senci lla de la jaula de de Farad F araday ay,, (b) ( b) R adio adio por por tátil tátil en el interior interi or de una jaula de de Farad F araday. ay.

n)

V.

Tome una radio pequeña y enciéndalo sintonizando una determinada emisora. Ahora inserte dicha radio en el interior de la malla cilíndrica como se muestra en la figura 4b. ¿Qué observa?

CUESTIONARIO 5.1. Explique lo que le sucede a los plumeros cuando la jaula de Faraday está conectado con la máquina de Wimshurst en funcionamiento. Los hilos del plumero que está en la parte exterior es atraída por la jaula de Faraday, mientras que los del que se encuentran al interior se mueven ya que no sufre ningún cambio de carga.

plumero

5.2. Explique lo que les sucede a los plumeros cuando la jaula de Faraday está conectada con el generador Van de Graaff. El plumero exterior reacciona con un movimiento radical sobre su eje lo que es generador por el campo inducido del generador de Van de Graaff. Al plumero que está en el interior de la jaula de Faraday, no le pasa nada, ya que no hay contacto eléctrico, lo que es llamado blindaje electrostático. 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? Faraday? Justifique sus respuestas. respuestas. En el interior de la jaula no existe campo pues como se observó ahí reside, no sufrió ningún cambio electrostático, permanecido estático mientras que se observa que en la parte externa existe una fuerza de atracción lo que indica la existencia de un campo eléctrico. 5.4.

¿En dónde reside la carga en la Jaula de Faraday?

La carga reside en la superficie superior de la jaula, ya que en la interior la carga es cero. 5.5. Remplaza el plumero plumero exterior por un electrómetro ¿Qué observaciones observaciones obtiene) Observamos que indica una intensidad de medida que nos demuestra la medida del campo que atraviesa la Jaula de Faraday. Se obtiene los mismos resultados ya que la carga es en el exterior pero si lo ponemos al interior no sucede nada. 5.6. Explique el comportamiento del péndulo eléctrico en el interior de la jaula mostrado en la figura, cuando se acerca al generador de Van de Graaff mostrado en la figura 01. Y lo que ocurre en la figura 02 El péndulo electico tiende a levantarse, es decir sube por acción del campo eléctrico elé ctrico que produce el generador de Van de Graaff, a pesar que está dentro de la jaula de Faraday. Esto ocurre porque por que una parte del péndulo está por encima de dicha jaula

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5.7. Explique porqué la radio portátil en el interior de la jaula de Faraday no funciona correctamente Esto se debe a que la jaula actúa como un aislante, y es por eso que al tener la radio dentro de la jaula no cruza ningún tipo de corriente. 5.8. Explique el mal funcionamiento de los teléfonos móviles e móviles enn el interior de ascensores o edificios con estructura de rejilla de acero Se debe a que los edificios con las rejillas de acero impiden en el interior la influencia de los campos eléctricos exteriores. El efecto jaula de Faraday provoca que el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio sea nulo, y por tanto se anulen todos los efectos de los campos. 5.9. Indique otras aplicaciones eléctricas y electrónicas del efecto jaula de Faraday Son buenos para los medios de transporte con los aviones los cuales son como jaulas enormes de Faraday ya que, al estar más propensos a los rayos, por este recubrimiento no le afectan en nada.

VI.


CONCLUSIONES a.

La Jaula de Faraday fue diseñada con el propósito de distribuir la carga junto j unto con el campo uniforme sobre su superficie, porque se llegó a demostrar en el experimento. b. El campo generado por la máquina de Wimshurt y el generado de Van der Graaf es atrapado a través de la Jaula de Faraday.

6.2.

SUGERENCIAS 1. Manejar con cuidado correspondiente el generador de Van de Graaff. 2. Seguir el proceso de la guía para un buen procedimiento.

VII.

BIBLIOGRAFÍA. 7.1. GOLDEMBERG, J. Física General y Experimental. Vol II. Edit. Interamericana. I nteramericana. México 1972. 7.2. MEINERS, H. W, EPPENSTEIN. Experimentos E xperimentos de Física. Edit. Limusa. México 1980

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7.3. SERWAY, R. Física. Vol. II Edit Reverte. España 1992, 7.4. TIPLER, p. Física Vol II. Edit Reverte. España 2000.

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Informe fisica 3

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