ELECTROSTÁTICA
Física II Práctica #1
Lic. Luis carlos sánchez pacheco.
Integrantes: Juan José Galván Lambertino. 1 Diego Andrés González Perneth. 2 Elizabeth Arévalo Torres. 3 Cristian Rafael Díaz Negrete. 4 Sergio Andrés Agudelo Montiel. 5
Montería Córdoba 2018
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INGENIERÍA AMBIENTAL. INGENIERÍA AMBIENTAL. 3 INGENIERÍA AMBIENTAL. 4 INGENIERÍA DE SISTEMAS. 5 INGENIERÍA DE SISTEMAS. 2
INTRODUCCIÓN La electrostática es la parte de física que estudia la electricidad en reposo, se preocupa de la medida de la carga eléctrica, de la cantidad de electricidad presente en los cuerpos y en general en todo tipo de materia, y de los fenómenos asociados a las cargas eléctricas en reposo, el desarrollo de la teoría atómica permitió aclarar el origen y a naturaleza de los fenómenos eléctricos; la noción de fluido eléctrico, introducida por benjamín franklin (1706-1790) para explicar la electricidad, fue precisada a principios al descubrirse que la materia está compuesta de átomos y esto a su vez por partículas que tienen propiedades eléctricas . La electroestática reside no solo en describir las características de unas fuerzas fundamentales de la naturaleza, facilita lo relacionados con los fenómenos electrostáticos, existen en la naturaleza de dos tipos cargas positivas y negativas, y que la cantidad más pequeña de carga es el electrón (misma carga que el protón, pero de signo contrario). También se ha visto que existe una fuerza entre cargas, las experiencias de electrización pusieron de manifiesto que: cargas eléctricas de distintos signos se atraen y cargas eléctricas de igual signo sea positiva o negativas repelen.
PALABRAS CLAVE: Electrostática, cargas electricas, ley de Coulomb.
OBJETIVOS Objetivo general Observar y analizar las cargas electricas que se evidencian en cada procedimiento y su interacción.
Objetivos especificos • •
Analizar las cargas que aparecen al frotar varillas de plastico Observar con una lámpara de efluvios y con una balanza eléctrica la carga de una placa de policarbonato y una hoja de acetato.
MARCO TEÓRICO Desde Antigua Grecia se conoce que al frotar ámbar con una piel, ésta adquiere la propiedad de atraer cuerpos ligeros tales como trozos de paja y plumas pequeñas. Su descubrimiento se le atribuye al filósofo griego Tales de Mileto (ca. 639-547 a. C.).
Para explicar como se origina la electricidad estática, hemos de considerar que la materia está hecha de átomos y los átomos de partículas cargadas, un núcleo rodeado de una nube de electrones. Normalmente, la materia es neutra, tiene el mismo número de cargas positivas y negativas. Algunos átomos tienen más facilidad para perder sus electrones que otros. Si un material tiende a perder algunos de sus electrones cuando entra en contacto con otro, se dice que es más positivo en la serie triboeléctrica. Si un material tiende a capturar electrones cuando entra en contacto con otro material, dicho material es más negativo en la serie triboeléctrica.
Estos son algunos ejemplos de materiales ordenados de más positivo a más negativo: Piel de conejo, vidrio, pelo humano, nylon, lana, seda, papel, algodón, madera, ámbar, polyester, poliuretano, vinilo (PVC), teflón. El vidrio frotado con seda provoca una separación de las cargas, por que ambos materiales ocupan posiciones distintas en la serie triboeléctrica, lo mismo se puede decir del ámbar y del vidrio. Cuando dos materiales no conductores entran en contacto uno de los materiales puede capturar electrones del otro material. La cantidad de carga depende de la naturaleza de los materiales (de su separación en la serie triboeléctrica), y del área de la superficie que entra en contacto. Otro de los factores que intervienen es el estado de las superficies, si son lisas o rugosas (la superficie de contacto es pequeña). La humedad o impurezas que contengan las superficies proporcionan un camino para que se recombinen las cargas. La presencia de impurezas en el aire tiene el mismo efecto que la humedad. De estos experimentos se concluye que: La materia contiene dos tipos de cargas eléctricas denominadas positivas y negativas. Los objetos no cargados poseen cantidades iguales de cada tipo de carga. Cuando un cuerpo se frota la carga se transfiere de un cuerpo al otro, uno de los cuerpos adquiere un exceso de carga positiva y el otro, un exceso de carga negativa. En cualquier proceso que ocurra en un sistema aislado, la carga total o neta no cambia. •
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NOTA: • •
Los objetos cargados con cargas del mismo signo, se repelen. Los objetos cargados con cargas de distinto signo, se atraen. (Ver figura 1)
Figura1(Tipo de interacción (atractiva o repulsiva) entre cargas de igual y distinta naturaleza).
Carga electrica Es el exceso o deficiencia de electrones de un cuerpo con respecto a otro.
Tipos de cargas eléctricas. Cargas positivas: •
Este tipo es aquella que posee una mayor carga de protones que de electrones, o aquella que carga al objeto solamente con protones. Esta se muestra en aquellos cuerpos que en totalidad tienen cuerpo positivo. Un ejemplo de cargas positivas es una barra de vidrio cuando se frota con un paño de seda. •
Cargas negativas:
Esta carga se caracteriza por tener un mayor número de electrones que de protones, o aquella que en su totalidad disponga de electrones.
La ley de Coulomb Mediante una balanza de torsión, Coulomb encontró que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales (cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables comparadas con la distancia r que las separa) es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
El valor de la constante de proporcionalidad depende de las unidades en las que se exprese F , q, q’ y r . En el Sistema Internacional de Unidades de Medida vale 9·109 Nm2/C2. Obsérvese que la ley de Coulomb tiene la misma forma funcional que la ley de la Gravitación Universal
MATERIALES • • • • • • •
Varilla de polipropileno. Varilla acrilíca. Tubito de neón (lámpara de efluvios). Hoja de papel aspero. Electroscopio. Placa de policarbonato. Hoja de acetato.
PROCEDIMIENTO 1. ¿Qué podemos demostrar frotando varillas de plástico? En este procedimiento, sujetamos una varilla gris (polipropileno) por un extremos y frotamos el otro extremo con el papel. Cogimos la lampara de efluvios por uno de los casquillos metalicos, y tocamos con el otro casquillo el extremo de la varilla que habíamos frotado. Observamos los electrodos de la lampara. Sujetamos una varilla acrílica por un extremos y frotamos el otro extremo con el papel. Cogimos la lampara de efluvios por uno de los casquillos metalicos, y tocamos con el otro casquillo el extremo de la varilla que habíamos frotado. Observamos los electrodos de la lampara. (Ver figura 2)
Figura 2. (Procedimiento de las varillas usando la lampara de efluvios).
2. ¿Cómo se cargan las hojas y láminas? Colocamos una hoja de acetato sobre la placa de policarbonato, y la frotábamos con papel. Cogimos las dos juntas y separamos la hoja; la tocamos en sus extremos con la lampara de efluvios.
Observamos los electrodos de la lampara, y asi mismo nosotros repetimos el procedimiento con la placa de policarbonato. Colocamos una hoja de acetato sobre la placa de policarbonato, y la frotábamos con papel. Cogimos las dos juntas y separamos la hoja; las tocamos en sus extremos con la balanza eléctrica; acercamos la hoja al extremo de la varilla que esta cargada.
3. ¿Qué fuerzas actúan entre cuerpos cargados? Colocamos en el centro de una varilla de polipropileno(cargada al ser frotada con papel), y la colgamos en el electroscopio. La varilla quedó perpendicular al pie del electroscopio y horizontal.
RESULTADOS Y DISCUSIONES Resultados y análisis: La varilla de polipropileno al frotarla con papel se carga negativamente. La varilla acrílica al frotarla con el papel se carga positivamente. Si se acercan a los extremos de la lámpara se confirma su carga ya que dichas varillas al estar cargadas encienden los electrodos de esta. •
La hoja de acetato se adhiere a la placa depolicarbonato. Pero sin eso no confirma ningún tipo de carga que éstas tengan. Al acercar el acetato a la varilla de polipropileno (anteriormente ya cargada), estas presentan un efecto de repulsión. Al acercar la placa de policarbonato a la varilla de polipropileno esta presenta un efecto de atracción. Esto confirma que la hoja de acetato presenta carga negativa ya que la varilla de polipropileno esta cargada igualmente. Al acercar la placa de policarbonato esta está cargada a la varilla de polipropileno confirmamos que su carga es positiva ya que presenta un efecto de atracción con la varilla de polipropileno. •
Al acercar una varilla de polipropileno a la otra varilla de polipropileno que se encontraba en el electroscopio cargada, estas presentaron un efecto de repulsion, sin enbargo cuando se acercó la varilla acrilica, se pres entó un efecto de atracción. •
Al frotar la hoja de acetato encima de la placa de policarbonato estas se adhieren ya que la hoja de acetato presenta carga negativa y la placa de policarbonato tiene carga positiva. Al acercar la la placa de policarbonato a la varilla de polipropileno estas se atraen, ya que son de cargas diferentes. Al acercar la hoja de acetato a la varilla de polipropileno estas se repelen ya que son de igual carga.
Cuestionario: 1. ¿Qué puedes concluir de lo que has observado sobre las cargas de las dos varillas? La varilla de polipropileno tiene carga negativa (se confirma usando la lampara de efluvios). La varilla acrílica tiene carga positiva.
2. ¿Qué puedes saber sobre la carga de la hoja y de la placa por la lámpara de efluvios? La carga de la hoja de acetato es negativa. La placa de policarbonato tiene carga positiva. Ambas se observaron por la lámpara de efluvios.
3. Compara los resultados de este experimento con los del primero. La lámpara de efluvios ayudó significativamente para poder deducir y analizar nosotros mismos el tipo de carga que tienen las varillas de polipropileno y acrílica y además el tipo de carga que tiene la hoja de acetato y la placa de policarbonato.
4. ¿Qué clase de carga has visto en los dos objetos frotados, la hoja y la placa? ¿concuerdan los resultados con los de las primeras partes del experimento? ¿cómo podemos explicar la diferencia de los resultados? La hoja presenta carga negativa y la placa carga positiva. Aparentemente no concuerdan, la diferencia de resultado se debe a el proceso que se usó, tal vez.
5. Por otro experimento sabemos que al frotar con papel la varilla de polipropileno se cargas negativamente, y la acrilica positivamente.¿Qué podemos deducir de las observaciones 1 y 2 sobre el efecto fuerza entre cuerpos cargado
electricamente?. Distingue para ellos los cuerpos con igual clase de carga, y con distinta clase de carga. Los cuerpos con igual clase de carga se repelen y los cuerpos con cargas de distintas clases se atraen tal como lo hemos observado en los experimentos realizados.
6. ¿Qué deduces de la observación 3 sobre las cargas de los dos cuerpos? Se puede deducir que los cuerpos presentan cargas distintas se atraen, como se observó en el experimento; es decir, uno presenta carga poditica y otro carga negativa.
7. Las observaciones 4 y 5 informan sobre la carga de policarbonato y la hoja de acetato. ¿Qué has visto? Observamos que la hoja de acetato y la varilla de polipropileno(ya cargada con papel) se repelen ya que tienen el mismo tipo de carga; y la placa de policarbonato y la varilla de polipropileno(cargada con papel) se atraen ya que tienen cargas diferentes.
8. Menciona un ejemplo de la vida diaria en la que aparezca un fenómeno similar al observado en 3. Pasar un peine por el cabello, frotar un globo contra el cabello, cuando colocamos la mano sobre una superficie metálica electrizada, los electrones fluyen hacia la piel, un globo cargado se adhiere a la pared, los electrones brincan hacia la pared, y el globo se desprende cuando el intercambio termina.
CONCLUSIONES • • • •
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Hay dos clases de cargas, positivas y negativas. Las cargas similares se repelen y las cargas opuestas se atraen. La carga eléctrica siempre se conserva. Los objetos adhieren carga porque se transfiere carga negativa de un objeto a otro. En estado natural, un elemento tiene igual numero de protones que de electrones. En la ley de coloumb, la fuerza resultante sobre una de las cargas es igual a la suma vectorial de las fuerzas ejercidas. La ley de carga-fuerza nos indican si son atractivas o repulsivas.
REFERENCIAS [1] Botta,A. Física-fuerzas y campos eléctricos, documentos scrib, unidad 6 pág 1,2.
[2]https://www.arqhys.com/tipos_de_cargas_electricas.html [3] A. 2012,11. Ejemplo de Carga Eléctrica. Revista Ejemplode.com. Obtenido 11, 2012, de https://www.ejemplode.com/37-fisica/2491ejemplo_de_carga_electrica.html)
[4] Ardila, F profesor universidad de los Andes, (2002). Enciclopedia temática, Fisica Electromagnetismo,Colombia, Editorial Norma, S.A.
