Practica de Laboratorio N_ 01 Fisica III - 2016 Olvg

Manual de Prácticas de Laboratorio de Física III

KIT PARA PARA ELECTROSTÁTICA ELECTROSTÁTICA

Optaciano ás!ue" #arcía

UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO” MAYOLO”

FACULTAD DE CIENCIAS DEPART DEPARTAMENTO AMENTO ACADEMICO DE CIENCIAS CIENCIA S

SECCIÓN DE FISICA EXPERIMENTOS ENTOS ELECTROSTA ELECTROSTATICOS TICOS PRÁCTICA N° 1. KIT PARA EXPERIM

MSc. OPTACIANO L. VÁSQUEZ GARCÍA

HUARAZ - PERÚ

2016 1



UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTUNEZ DE MAOLO!


FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE CIENCIAS SECCIÓN DE FISICA

CURSO" FISICA III PRACTICA DE LA#ORATORIO N$ 1. APELLIDOS  NOM#RES................................ NOM#RES...................................................................... ...................................... . CODIGO............................ FEC7A.......................... FACULTA FACULTAD.................................. D.................................. ................. ESCUELAPROFESIONAL......................................... ....... GRUPO....................... A8O LECTIVO" ...................................SEMESTRE ACADEMICO..................................NOTA................................ DOCENTE............................................................................................................ FIRMA..................................... KIT PARA PARA EXPERIMENTOS EXPERIM ENTOS ELECTROSTATICOS ELECTROSTATICOS

PRODUCCIÓN DE CARGA ELÉCTRICA POR CONTACTO

E%PERIMENTO 1. I.

O#&ETIVOS 1.1

O'()*+,- /) /))3)  

1.2

O'()*+,- ) )4)c5+c-    

II.

Comprobar experimentalmente la existencia de una de las propiedades de la materia llamada carga eléctrica. Conocer las diversas ormas de electri!aci"n

Producir dierentes tipos de carga eléctrica mediante el proceso de rotamiento #eriicar #eriicar la interacci"n electrost$tica entre cargas de igual signo % de signo contrario. Utili!ar el electroscopio como instrumento detector de cargas #eriicar #eriicar el en"meno de inducci"n electrost$tica por contacto % por conexi"n a tierra

MARCO TEÓRICO  CONCEPTUAL CONCEPTU AL Consideremos un experimento simple en el &ue interviene la atracci"n eléctrica. Una barra de pl$stico se rota con un tro!o de piel % se suspende de una cuerda &ue puede girar libremente. 'i aproximamos a esta barra( una segunda barra de pl$stico( rotada también con piel( observamos &ue las barras se repelen entre s) tal como se muestra en la *ig. +,. El mismo resultado se obtiene si repetimos el mismo experimento con dos barras de vidrio &ue an sido rotadas con seda. 'in embargo si utili!amos una barra de pl$stico rotada con piel % una varilla de vidrio rotada con seda( observamos &ue las barras se atraen entre s). Al rotar el pl$stico con piel o el vidrio con seda( estas sustancias se electri!an/ o cargan/. Repitiendo este mismo experimento con diversos tipos de materiales encontramos &ue todos los ob0etos cargados pueden clasiicarse en dos grupos1 a&uellos &ue se cargan como la barra de pl$stico rotada con piel % los &ue se cargan como la varilla de vidrio cuando se rota con seda. 2en0am)n *ran3lin 4,5+6-,57+8 sugiri" &ue todo cuerpo posee una cantidad normal/ de electricidad % cuando dos ob0etos se rotan entre s) parte de la electricidad se transiere de un cuerpo acia otro9 as) pues( uno tiene un exceso % el otro un déicit de carga de valor igual. Al Al tipo de carga carga ad&uirida ad&uirida por una barra de vidrio rotada rotada con un pa:o de seda le llam" carga positiva, lo cual signiicaba &ue el pa:o de seda ad&uir)a una carga negativa de igual magnitud. magnitud. Por otro lado al tipo de carga &ue aparec)a en el pl$stico al ser rotado con piel se le llam" carga negativa % la piel la piel ad&uir)a una carga positiva. Como vimos en nuestro experimento( dos ob0etos &ue poseen el mimo tipo de carga( es decir( dos cuerpos ambos positivos o ambos negativos se repelen entre s)( mientras &ue si transportan cargas opuestas se atraen entre sí. 'e sabe aora &ue cuando el vidrio se rota con un pa:o de seda se transieren electrones del vidrio a la seda % por tanto( ésta ad&uiere un n;mero en exceso de electrones % el vidrio &ueda con un déicit de electrones( 'eg;n la clasi clasiica icaci" ci"nn de *ran3l *ran3lin( in( &ue todav) todav)aa tiene tiene vigenc vigencia( ia( la seda seda se carga carga neg negati ativam vament ente( e( % el vidrio vidrio positivamente. Aora sabemos &ue la materia est$ ormada por $tomos eléctricamente neutros. Cada $tomo posee un pe&ue:o n;cleo n;cleo &ue contiene contiene protones cargados cargados positivame positivamente nte % neutrones neutrones sin carga % rodeando al n;cleo existe un

1



UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTUNEZ DE MAOLO!


FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE CIENCIAS SECCIÓN DE FISICA

CURSO" FISICA III PRACTICA DE LA#ORATORIO N$ 1. APELLIDOS  NOM#RES................................ NOM#RES...................................................................... ...................................... . CODIGO............................ FEC7A.......................... FACULTA FACULTAD.................................. D.................................. ................. ESCUELAPROFESIONAL......................................... ....... GRUPO....................... A8O LECTIVO" ...................................SEMESTRE ACADEMICO..................................NOTA................................ DOCENTE............................................................................................................ FIRMA..................................... KIT PARA PARA EXPERIMENTOS EXPERIM ENTOS ELECTROSTATICOS ELECTROSTATICOS

PRODUCCIÓN DE CARGA ELÉCTRICA POR CONTACTO

E%PERIMENTO 1. I.

O#&ETIVOS 1.1

O'()*+,- /) /))3)  

1.2

O'()*+,- ) )4)c5+c-    

II.

Comprobar experimentalmente la existencia de una de las propiedades de la materia llamada carga eléctrica. Conocer las diversas ormas de electri!aci"n

Producir dierentes tipos de carga eléctrica mediante el proceso de rotamiento #eriicar #eriicar la interacci"n electrost$tica entre cargas de igual signo % de signo contrario. Utili!ar el electroscopio como instrumento detector de cargas #eriicar #eriicar el en"meno de inducci"n electrost$tica por contacto % por conexi"n a tierra

MARCO TEÓRICO  CONCEPTUAL CONCEPTU AL Consideremos un experimento simple en el &ue interviene la atracci"n eléctrica. Una barra de pl$stico se rota con un tro!o de piel % se suspende de una cuerda &ue puede girar libremente. 'i aproximamos a esta barra( una segunda barra de pl$stico( rotada también con piel( observamos &ue las barras se repelen entre s) tal como se muestra en la *ig. +,. El mismo resultado se obtiene si repetimos el mismo experimento con dos barras de vidrio &ue an sido rotadas con seda. 'in embargo si utili!amos una barra de pl$stico rotada con piel % una varilla de vidrio rotada con seda( observamos &ue las barras se atraen entre s). Al rotar el pl$stico con piel o el vidrio con seda( estas sustancias se electri!an/ o cargan/. Repitiendo este mismo experimento con diversos tipos de materiales encontramos &ue todos los ob0etos cargados pueden clasiicarse en dos grupos1 a&uellos &ue se cargan como la barra de pl$stico rotada con piel % los &ue se cargan como la varilla de vidrio cuando se rota con seda. 2en0am)n *ran3lin 4,5+6-,57+8 sugiri" &ue todo cuerpo posee una cantidad normal/ de electricidad % cuando dos ob0etos se rotan entre s) parte de la electricidad se transiere de un cuerpo acia otro9 as) pues( uno tiene un exceso % el otro un déicit de carga de valor igual. Al Al tipo de carga carga ad&uirida ad&uirida por una barra de vidrio rotada rotada con un pa:o de seda le llam" carga positiva, lo cual signiicaba &ue el pa:o de seda ad&uir)a una carga negativa de igual magnitud. magnitud. Por otro lado al tipo de carga &ue aparec)a en el pl$stico al ser rotado con piel se le llam" carga negativa % la piel la piel ad&uir)a una carga positiva. Como vimos en nuestro experimento( dos ob0etos &ue poseen el mimo tipo de carga( es decir( dos cuerpos ambos positivos o ambos negativos se repelen entre s)( mientras &ue si transportan cargas opuestas se atraen entre sí. 'e sabe aora &ue cuando el vidrio se rota con un pa:o de seda se transieren electrones del vidrio a la seda % por tanto( ésta ad&uiere un n;mero en exceso de electrones % el vidrio &ueda con un déicit de electrones( 'eg;n la clasi clasiica icaci" ci"nn de *ran3l *ran3lin( in( &ue todav) todav)aa tiene tiene vigenc vigencia( ia( la seda seda se carga carga neg negati ativam vament ente( e( % el vidrio vidrio positivamente. Aora sabemos &ue la materia est$ ormada por $tomos eléctricamente neutros. Cada $tomo posee un pe&ue:o n;cleo n;cleo &ue contiene contiene protones cargados cargados positivame positivamente nte % neutrones neutrones sin carga % rodeando al n;cleo existe un

1




n;mero igual de electrones cargados negativamente. El prot"n % el electr"n son part)culas mu% distintas. As) la masa del prot"n es aproximadamente <+++ veces ma%or &ue la del electr"n. 'in embargo( sus cargas son exactamente iguales pero de signos opuestos. =a carga del prot"n es ) % la del electr"n es 9)( siendo ) la :+;; :;<)*3 ;) 3 c/. >odas las dem$s cargas se presentan en cantidades enteras de la del electr"n. Es decir( la c/ )*= c:*+>;. >oda carga ? presente en la naturale!a puede escribirse en la orma Q

= ± N .e

4,8 @onde  es un n;mero entero % e es la carga del electr"n. Cuando dos cuerpos est$n en )ntimo contacto( como ocurre al rotarles entre s)( los electrones se transieren de un cuerpo a otro. Un ob0eto &ueda con un n;mero en exceso de electrones % se carga por tanto( negativamente % el otro &ueda con un déicit de electrones &uedando cargado positivamente. @urante este proceso la carga no se crea sino se transiere de un cuerpo a otro. =a carga neta del sistema es cero. Es decir la c/ ) c-), .

4a8

4b8

F+/: 1. a$ %os a$ %os ob&etos con car'as de si'no si'no opuesto se atraen( b$ %os cuerpos con car'as car'as del )is)o si'no se repelen repelen

III.

MATERIALES  EQUIPOS. <.,. Una varilla de vidrio <.<. @os varillas de pl$stico <(B. Un tro!o de seda <.. Una plataorma con soporte <.D. Un electroscopio

IV.

METODOLOGÍA. A.

PRODUCCIÓN PRODUCC IÓN DE CARGA POSITIVA  NEGATIVA NEGATIVA ? =impiar las supericies de la varilla de vidrio % el electroscopio. '? @isponga el e&uipo tal como se muestra en la *igura <.

4a8

4b8

1

4c8


KIT PARA ELECTROSTÁTICA


F+/: 2 E!uipo utili"ado en la e*periencia+ ,a$ Electroscopio- ,b$ .arilla de .idrio o plástico ,c$ electri"aci/n por 0rota)iento

c? Acer&ue la varilla de vidrio sin rotar al electrodo central del electroscopio. ?ué le sucede a la laminilla del electroscopioF Registre sus observaciones ;? *rotar vigorosamente la varilla de vidrio con la tela de seda % nuevamente acer&ue la varilla de vidrio al electrodo central del electroscopio como se muestra en la igura Ba ?ué le sucede a las laminillas del electroscopioF. Registre lo observado. )? >o&ue el electrodo central del electroscopio con la varilla de vidrio previamente rotada con seda para transerir la carga. Registre sus observaciones ? Para obtener m$s carga sobre el electroscopio abr$ &ue repetir varias veces el proceso de rotaci"n % transerencia. Registre sus observaciones.

4a8 Fi'ura1 231

4b8

,a$ arilla car'ada acercándose al electroscopio- ,b$ arilla 0rotada tocando la cabe"a del electroscopio

/? Para descargar el electroscopio to&ue con el dedo el electrodo central. @? Repita los pasos anteriores para los casos en &ue la varilla es de pl$stico 4negro8 % se rota con lana +? Repita el proceso para el caso en &ue la varilla es de acr)lico % se rota con lana. #. DETERMINACIÓN DEL TIPO DE CARGA QUE TIENE UN CUERPO a8 b8 c8 d8

*rote vigorosamente la varilla de pl$stico con lana % acer&ue el extremo rotado a la esera met$lica colocada en su soporte aislante como se muestra en la igura +a. En presencia de la varilla rotada colo&ue su dedo en el lado opuesto de la esera met$lica como se muestra en la igura +b. @espués de cierto tiempo % en presencia de la varilla cargada retire el dedo de la esera. Retire la varilla cargada % aora acer&ue la esera acia la cabe!a del electroscopio. ?ué observaF

4b8

1


F+/: 

e8

C.



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

Repita el paso anterior para el caso en &ue la varilla &ue se rota es la varilla de acr)lico con lana. ATRACCIÓN O REPULSIÓN ELCTRICA

? *rotar uertemente el extremo de la varilla de pl$stico A de color negro con lana % luego colocarlo en la plataorma giratoria con soporte( como se muestra en la *igura D. Ubicar su centro de gravedad % permitir &ue gire libremente.

F+/: .

E!uipo utili"ado para )ostrar la interacci/n el4ctrica.

'? *rotar el extremo de la varilla de pl$stico negro 2 con la tela de seda % luego acercarlo a la varilla de pl$stico A colocada en la plataorma giratoria. G?ué observaF. Registre dicas observaciones( c? *rotar el extremo de la varilla de vidrio C con la tela de seda % luego acercarlo a la varilla A. ?ue observa Ud.F. Evite tocar la varilla de vidrio con la de pl$stico mientras gira9 ésta debe ser guiada por la varilla de vidrio. ;? *rotar el extremo de la varilla de acr)lico @ con lana % luego acér&uelo al extremo de la varilla A evitando tocarla. ?ué sucedeF Registre sus observaciones. V.

CUESTIONARIO A. P-;:cc+ ;) c/. D.,. Al acercar la varilla de vidrio sin rotar al electroscopio. ?ué ocurre con las laminillas del electroscopioF ?ué implica estoF ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ D.<. Al acercar la varilla de vidrio previamente rotada con seda al electroscopio sin tocarlo. ?ué ocurre con las laminillas del electroscopioF 'e a cargado el electroscopioF ......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... D.B. ?ué sucede con las laminillas del electroscopio cuando Ud. toca la esera central del electroscopioF Expli&ue .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... D.. 'i Ud. rempla!" la varilla de vidrio por una de pl$stico o una de acr)lico previamente rotada. Cu$les ueron sus observacionesF Expli&ue .........................................................................................................................................................................

1




.........................................................................................................................................................................

#.

T+4- ;) c/ :) *+)) : c:)4-.

.1.

Al rotar el extremo de la varilla de pl$stico con lana. ?ué tipo de carga ad&uiere la varilla de pl$sticoF .........................................................................................................................................................................

.2.

Al acercar la varilla de pl$stico a la esera met$lica( sin tocarla C"mo es la distribuci"n de cargas sobre la eseraF ........................................................................................................................................................................

.H.

Al tocar con el dedo el extremo dereco de la esera. ?ué sucede con la carga de dico ladoF .. ..

..

Al separar el dedo en presencia de la varilla cargada. ?ué tipo de carga ad&uiere la esera conductoraF En d"nde se ubica dica cargaF .. ..

..

Al repetir el procedimiento con la varilla de acr)lico. ?ué tipo de carga ad&uiere la esera de aceroF .. ..

C. A*cc+  )4:3+ ;) c/. D.,. Al acercar la varilla 2 a la varilla A( Existe atracci"n o repulsi"nF Por &ué gira la varilla AF

.........................................................................................................................................................................

.........................................................................................................................................................................

D.<. Iirar$ la varilla A descargada al acerc$rsele la varilla 2 cargadaF Por &uéF

.........................................................................................................................................................................

.........................................................................................................................................................................

D.B. ?ué sucede si se toca la varilla A cargada con la varilla 2 también cargadaF Expli&ue el en"menoF ......................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................... D.. Responda a las preguntas anteriores si se usa las varillas A9 C % @. ......................................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................................ .........................................................................................................................................................................

1




D.D. ?ué sucede cuando toca con la mano la regi"n cargada de la varillaF Expli&ue ......................................................................................................................................................................... @escriba lo &ue sucede cuando acerca Ud. el extremo rotado de la varilla de vidrio C al extremo de la varilla de pl$stico de la plataorma.

.6.

  

.J.

@escriba lo &ue sucede cuando acerca Ud. el extremo rotado de la varilla de vidrio C al extremo de la varilla de pl$stico de la plataorma.   

.K.

Expli&ue por &ué algunas de las combinaciones barra-tela utili!adas en la pr$ctica producen interacciones m$s intensas &ue otras. Jdea1 use la teor)a at"mica. ....  ..

..

Expli&ue por &ué el corro de agua es atra)do por la barra cargadaF

VI.

CONCLUSIONES  SUGERENCIAS

6.1 CONCLUSIONES a8 ................................................................................................................................................................... b8 ................................................................................................................................................................... c8

..................................................................................................................................................................

1




6.2 SUGERENCIAS a8

..................................................................................................................................................................

b8 ...................................................................................................................................................................

E%PERIMENTO 2" INDUCCIÓN ELECTROSTÁTICA. I.

O#&ETIVOS 1.1

O'()*+,- /))3) 

1.2

O'()*+,- )4)c5+c-    

II.

Conocer las diversas ormas de electri!aci"n

Producir dierentes tipos de carga eléctrica por contacto e inducci"n electrost$tica #eriicar el en"meno de inducci"n electrost$tica mediante la conexi"n a tierra Construir un electr"oro % usarlo en la obtenci"n de carga por inducci"n electrost$tica Utili!ar el electroscopio en la detecci"n de cargas por inducci"n electrost$tica

MARCO TEÓRICO  CONCEPTUAL Existe un método simple % pr$ctico de cargar un conductor aprovecando el movimiento de los electrones libres en un metal. Como se indica en la *igura, tenemos dos eseras met$licas sin cargar en contacto. Al acercar a una de las eseras una barra cargada negativamente( los electrones libres de una esera lu%en de una esera a la otra. 'i la barra est$ cargada negativamente( repele a los electrones cargados negativamente % la esera m$s ale0ada a la barra ad&uiere electrones de la otra. =a esera m$s pr"xima ad&uiere carga positiva % la m$s ale0ada carga negativa 4*ig. ,b8. 'i las eseras se separan antes de retirar l a varilla 4*ig. ,c8( &uedar$n con cargas iguales % opuestas 4*ig. ,d8. Un resultado seme0ante se obtiene con una barra cargada positivamente( la cual ace &ue los electrones pasen de la esera m$s ale0ada a la &ue est$ m$s pr"xima. Este proceso se llama inducci/n electrostática o car'a por inducci/n.

F+/: 1.Car'a por inducci/n1 a$ Es0eras en contacto cerca de una barra car'ada positi.a)ente1 b$ es0eras separadas en presencia de la .arilla car'ada1 c$ Al !uitar la barra las es0eras !uedan car'adas con car'as i'uales 5 opuestas

Por otro lado nuestro planeta tierra se constitu%e en un conductor &ue para mucos prop"sitos puede considerarse como un cuerpo cargado negativamente ininitamente grande. Cu$ndo un conductor se pone en contacto con la tierra se dice est$ c-)c*;-  *+) . Esto se representa es&uem$ticamente mediante un cable de conducci"n &ue termina en unas pe&ue:as l)neas ori!ontales como se indica en la *igura
1




F+/: 2 Electri"aci/n por inducci/n utili"ando cone*i/n a tierra1 ,a$ Es0era )etálica inicial)ente descar'ada( ,b$ acerca)iento de la barra inductora 6acia la es0era para producir la polari"aci/n( ,c$ Cone*i/n de la es0era con la tierra )ediante un 6ilo conductor ,los electrones .ia&an a tierra$( ,d$ retiro de la cone*i/n a tierra en presencia del inductor- ,e$ Es0era conductora car'ada positi.a)ente1

Es posible usar a la tierra para cargar un conductor por inducci"n electrost$tica. En la *igura,a se muestra una esera conductora descargada( en la igura
III.

MATERIALES  EQUIPOS <.,. Una placa cuadrada de vidrio org$nico <.<. Un tubo pe&ue:o de ne"n <.B. Una placa circular de aluminio con tornillo <.. Una barra cil)ndrica de pl$stico negro con tuerca <.D. >ela de seda( lana % otros

IV.

METODOLOGÍA ? Entornillar el manubrio pl$stico a la placa circular de aluminio. '? *rotar uertemente la parte superior del acr)lico con un tro!o de piel de cone0o o con un tro!o de lana( a in de &ue la supericie &uede cargada negativamente por ricci"n 4igura +Ba8. Evite el contacto )sico de la !ona rotada. c? Acer&ue el disco de aluminio sosteniéndolo por el mango aislante acia la placa aislante asta &ue aga contacto para &ue la electri!aci"n en la placa circular por inducci"n sea eectiva como se muestra en la igura Bc ;? 'ostener con la otra mano( el tubo de ne"n % ponerlo en contacto con la placa de aluminio 4en caso no disponga del tubo de ne"n( to&ue con el dedo la parte supero del disco de aluminio8. 'e notar$ &ue el tubo de ne"n relampaguea instant$neamente debido al lu0o de carga eléctrica9 ver *igura +Bd. )? 'eparar el tubo de ne"n % posteriormente la placa de aluminio( &uedando est$ cargada positivamente como se muestra en la *igura +e. ? Una ve! separada la placa de aluminio( conecte con el tubo de ne"n( aora nuevamente el tubo de ne"n relampaguear$( indicando &ue existe nuevamente lu0o de carga tal como se muestra en la *igura +B. /? Repetir el experimento 4cuantas veces sea necesaria8 para veriicar el proceso de inducci"n.

4a8

4b8

1

4c8



4d8 Fi'ura1 31

4e8


48

Es!ue)a de electri"aci/n por inducci/n

@? Existe otra orma como demostrar &ue la l$mina de aluminio se carga. Al colocar la placa met$lica sobre la supericie cargada se induce carga de signo contrario en la parte de la placa m$s pr"xima a la supericie( con carga del mismo signo en la parte superior. 'i con la a%uda de un conductor( la parte superior de la placa se descarga( &ueda una carga neta sobre la placa de signo contrario al de la supericie. Esta carga se puede transportar si la placa est$ dotada de un mango aislante 4véase la igura +8

F+/. 0. ,a$ Car'ando el electr/0oro de olta ,b$ Mostrando !ue la placa )etálica está car'ada

V.

CUESTIONARIO .,. Expli&ue el proceso )sico por el cual se carga la placa met$lica circular de aluminio. ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... .........................................................................................................................................................................

.....................................................................................................................................................................

D.<. Jndi&ue el tipo de carga &ue se induce en la placa met$lica en ambas caras % donde se ubica dica carga. ?ué suceder)a si toca Ud. la placa con su manoF Expli&ue ......................................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... .........................................................................................................................................................................

1




D.B. Expli&ue por &ué relampaguea el tubo de ne"n al ponerlo en contacto con la supericie de la placa met$lica. .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... D.. C"mo debe ser la distribuci"n de carga en un conductor aislado puntiagudoF. .......................................................................................................................................................................... ..........................................................................................................................................................................

.10.

......................................................................................................................................................................... @escriba el uncionamiento del electr"oro de #olta. . .

.11.

Utili!ando materiales caseros podr)a construir un electr"oro de #oltaF. Expli&ue detenidamente. .. .. .. .. ..

VI.

CONCLUSIONES  SUGERENCIAS 6.1 CONCLUSIONES ,. ........................................................................................................................................................ <. ........................................................................................................................................................ B. ........................................................................................................................................................

6.2. SUGERENCIAS ,. ........................................................................................................................................................ <. .......................................................................................................................................................

1


E%PERIMENTO H"


MÁQUINA DE IMS7URST.

1.

O#&ETIVOS 1.1

O'()*+,- /))3) 

1.2

*amiliari!arse con el mane0o de la K$&uina de Limsurst

O'()*+,- )4)c5+c-   

II.


Kostrar experimentalmente las l)neas de campo eléctrico. #eriicar experimentalmente las dierentes interacciones electrost$ticas. #eriicar el poder de las puntas

MARCO TEORICO  CONCEPTUAL 2.1

M=:+ ;) +<@:*

=a <=:+ ;) +<@:* es un generador electrost$tico de alto volta0e desarrollado entre ,MM+ % ,MMB por el inventor brit$nico Names Limsurst 4,MB< - ,7+B8. >iene un aspecto distintivo con dos grandes discos a contra-rotaci"n 4giran en sentidos opuestos8 montados en un plano vertical( dos barras cru!adas con cepillos met$licos( % dos eseras de metal separadas por una distancia donde saltan las cispas. 'e basa en el eecto triboeléctrico( en el &ue se acumulan cargas cuando dos materiales distintos se rotan entr e s).

2.2

D)c+4c+ ;) 3 <=:+ ;) +<@:*

Estas m$&uinas pertenecen a una clase de grupos de generadores( &ue crean cargas eléctricas por inducci"n electrost$tica. En un principio las m$&uinas de esta categor)a ueron desarrolladas por Lilelm Holt! 4,M6D % ,M658( Agosto >oepler 4,M6D8( % N. Robert #oss 4,MM+8. =as m$&uinas m$s antiguas son menos eicientes % exiben una tendencia imprevisible a cambiar de polaridad. =a m$&uina de Limsurst no tiene este deecto. En una m$&uina Limsurst( los dos discos de aislamiento % sus sectores de metal giran en direcciones opuestas &ue pasan por las barras neutrali!adoras cru!adas de metal % por sus pinceles. Un dese&uilibrio de cargas es inducido( ampliicado % almacenado por dos pares de peines de metal con los puntos situados cerca de la supericie de cada disco. Estos colectores se montan sobre un soporte aislante % conectado a una salida terminal. =a retroalimentaci"n positiva( aumenta la acumulaci"n de cargas en orma exponencial asta &ue la tensi"n de ruptura dieléctrica del aire alcan!a una cispa.

1




=a m$&uina est$ lista para comen!ar( lo &ue signiica &ue la energ)a eléctrica externa no es necesaria para crear una carga inicial. 'in embargo( se re&uiere energ)a mec$nica para tornar los discos en contra el campo eléctrico( % es esta energ)a &ue la m$&uina convierte en energ)a eléctrica. =a salida de la m$&uina de Limsurst es esencialmente una corriente constante %a &ue es proporcional al $rea cubierta por el metal % los sectores a la velocidad de rotaci"n. El aislamiento % el tama:o de la m$&uina determinan la salida de volta0e m$xima &ue se puede alcan!ar. =a cispa de energ)a acumulada se puede aumentar mediante la adici"n de un par de rascos =e%den( un tipo de condensador adecuado para la alta tensi"n( con los rascos en el interior de las placas conectados en orma independiente a cada una de las terminales de salida % conectados con las placas exteriores entre s). Una m$&uina Limsurst puede producir ra%os &ue son aproximadamente un tercio del di$metro del disco de longitud % varias decenas de microamperios.

2.H

P*) ;) 3 <=:+ ;) +<@:* ,. @isco de acr)lico con placas de esta:o El generador electrost$tico consta de dos discos de cristal acr)lico( de igual tama:o( montados sobre un e0e ori!ontal( paralelamente( % con escasa distancia entre s). <. =ist"n de aislamiento( el cual se encuentra atornillado al e0e. B. 2arra de electrodos( Ostas se encuentran conectados con las barras de electrodos( cu%os extremos tienen orma de doble esera % entre las &ue se eect;a la descarga de cispas. . 2otellas de =e%den. D. Jnterruptor de aislamiento. 6. Conductor transversal con pinceles de metal. =a cara externa de los discos est$ ocupada circularmente por o0as de esta:o. *rente a cada disco( se a i0ado al e0e un conductor transversal( girable( con dos pinceles/ de metal( &ue rotan las o0as de esta:o. 5. Estribo con escobillas. Para la toma de corriente se emplean dos escobillas i0adas a un estribo( en el extremo del list"n de aislamiento. =a distancia entre las escobillas % los discos es regulable( % debe ser de algunos mil)metros. M. Palanca de acodamiento para conexi"n de las botellas de =e%den

4a8

4b8

F+/: 1. ,a$ Foto'ra0ía de una )á!uina de 7i)s6urst- ,b$ partes de la )á!uina de 7i)s6urst1

III.

MATERIALES  EQUIPOS 3181 El e!uipo de electrostática 9:;<8=22 consta de1 un tablero de destellos( cubierta de electrodos eséricos( rueda con punta( barra de ricci"n de pl$stico( con clavi0ero de  mm( soporte de dep"sito( rodamiento de agu0as con clavi0a de conexi"n( soporte con ganco para péndulo doble de bolitas de sa;co( clavi0a de conexi"n en pantalla de seda en varilla( tro!os de médula de sa;co( tablero de base en clavi0a de conexi"n % carril de rodamiento con bolas( cadenas de conexi"n( esera conductora de B+ mm de di$metro( con clavi0a de conexi"n( cubierta con electrodos de punta( pie de soporte( varilla de soporte aislada( con manguitos de soporte % de conexi"n % 0uego de campanas.

1


31>1 3131 311;1 31=1 31@1 31



P4ndulos de tecnoport Má!uina de 7i)s6urst- )odelo 98=3821 Electroscopio ?arras de acetato 5 .inilito 5 .idrio %os plu)eros electrostáticos Cables de cone*i/n

F+/: 2. E!uipo de electrostática 9:;<8=221

IV.

METODOLOGÍA .1.

ADVERTENCIAS DE SEGURIDAD   

.2.

OPERACIÓN DE LOS EQUIPOS     

.H.

@escargar las pie!as de experimentaci"n antes de tocarlas( @escargar el generador electrost$tico antes de tocarlo Reali!ar los experimentos solamente con uentes de alta tensi"n &ue tengan una corriente de cortocircuito  ,D QA

=os e&uipos permiten buenos resultados experimentales( solamente si éstos se reali!an ba0o condiciones de limpie!a % ausencia de umedad @escargar las pie!as de experimentaci"n antes de cada prueba 'e aconse0a utili!ar una ventilador si existen condiciones clim$ticas de umedad Enca0ar las pie!as de experimentaci"n sobre el soporte % conectarlas mediante las cadenas de experimentaci"n al generador electrost$tico. >ener cuenta las advertencias de seguridad.

E%PERIMENTOS A REALIZAR

E4)+<)*- 01.

L5) ;) c<4- )3c*+c-

? Con un cable de conexi"n conectar un electrodo de la m$&uina de Limsurst al soporte met$lico del plumero como se muestra en la igura Ba. '? Haga girar el manubrio de la m$&uina de Limsurst asta notar &ue los ilos del plumero se carguen observ$ndose &ue estos se repelen ormando la coniguraci"n mostrada en la igura Bb c? Colo&ue dos plumeros a una distancia de 1 cm % conéctelos mediante cables de conexi"n a los dos electrodos de la m$&uina de Limsurst. Proceda a cargar los plumeros aciendo girar la m$&uina de Limsurst. otar$ &ue los ilos electri!ados se atraen tal como se muestra en la igura +Bc. ;? Colo&ue dos plumeros a una distancia de 1 cm % conecte mediante alambres a un mismo electrodo de la m$&uina de Limsurst. Proceda a cargar los plumeros aciendo girar la m$&uina de Limsurst. otar$ &ue los ilos electri!ados se atraen tal como se muestra en la igura Bc.

1


4a8


4b8


4c8

4d8

F+/: H. I)a'en tridi)ensional de las líneas de ca)po el4ctrico de cuerpos car'ados1

E4)+<)*- 02.

D)c/ ;) 4:*

. Colocar la rueda de puntas 4B8 sobre el rodamiento de agu0as 468 % el con0unto insertarlo en el soporte. '. Colo&ue los electrodos de la m$&uina de imsurst en posici"n vertical( c. Conecte uno de los electrodo de la m$&uina de imsurst con la rueda de puntas como se muestra en la igura

F+/: . Rueda de puntas instalada a la Má!uina de 7i)s6urst

;. Haga girar el manubrio de m$&uina de imsurst. ?ué le sucede a la rueda de puntasF. Registre sus observaciones ). Aumente la velocidad de giro del manubrio. ?ué le sucede a la rueda de puntasF. Registre sus observaciones . Aora de0e de girar el manubrio de la m$&uina de imsurst. ?ué observaF /. @escargue la m$&uina de imsurst uniendo los extremos de sus electrodos E4)+<)*- 0H.

P;:3- ;-'3)

. Jnstalar el soporte con ganco en el soporte. '. Colgar del soporte con ganco 458 un péndulo doble de cuerpos de médula de sauco como se muestra en la igura D c. Con la cadena conectar el soporte con ganco a uno de los electrodos verticales de la m$&uina de imsurst. ;. Poner en uncionamiento la m$&uina de imsurst para transerir carga al péndulo doble. Registre lo observado

1




F+/: . P4ndulo doble instalado a la Má!uina de 7i)s6urst

E4)+<)*- 0.

C3,+( ;) c-)+ ) 4*33 ;) );

. Colocar la clavi0a de conexi"n en pantalla de seda 4M8 sobre el soporte '. Con la cadena conectar la clavi0a a uno de los electrodos verticales de la m$&uina de imsurst como se muestra en la igura 6( c. Poner en uncionamiento la m$&uina de imsurst para transerir carga a la clavi0a de conexi"n en pantalla de seda. ?ué observaF Registre lo observado

F+/: 6. Cla.i&a de cone*i/n en pantalla de seda instalada a la Má!uina de 7i)s6urst

E4)+<)*- 0.

&:)/- ;) c<4

a. Coloca el 0uego de campanas 4,68 sobre el soporte aislante( b. Con las cadenas conectar el 0uego de campanas a cada uno de los electrodos verticales de la m$&uina de imsurst como se muestra en la igura como se muestra en la igura 5( c. Haga girar lentamente el manubrio de la m$&uina de imsurst asta &ue los bada0os golpeen las campanas( d. GSbservaci"nT Una carga demasiado alta produce una descarga entre los soporte

F+/: J. Bue'o de ca)panas instalada a la Má!uina de 7i)s6urst

1


E4)+<)*- 06.



T'3)- ;) ;)*)33-

. Colocar el tablero de destellos 4,8 en el soporte aislante( '. Con las cadenas conectar el tablero de destellos a cada uno de los electrodos verticales de la m$&uina de imsurst como se muestra en la igura como se muestra en la igura M( c. Haga girar el manubrio de la m$&uina de imsurst aumentando progresivamente el volumen de carga suministrada( ;. 'i existe una tensi"n lo suicientemente alta( se producen cargas de destellos a través de los espacios libres del tablero.

F+/: K. Tablero de destellos instalado a la Má!uina de 7i)s6urst

E4)+<)*- 0J. . '. c. ;. ). .

D> )3c*+c.

Colocar el tablero de base 4,+8 sobre el soporte Colocar sobre el tablero un con0unto de bolitas de médula de sauco 4de D a M unidades8 Poner encima la cubierta con electrodos eséricos invertida( Con las cadenas conectar el e&uipo a cada uno de los electrodos verticales de la m$&uina de imsurst como se muestra en la igura como se muestra en la igura 7( Poner en uncionamiento la m$&uina de imsurst % aumentar lentamente la cantidad de carga suministrada( asta &ue los tro!os de médula de sauco empiecen a bailar. Jnterrumpir el suministro de carga % observar el proceso

F+/: . E!uipo utili"ada para .eri0icar la dan"a el4ctrica

E4)+<)*- 0K.

A4*- :<5,--.

a. Colocar el tablero de base 4,+8 sobre el soporte b. Jnvertir sobre éste la cubierta con electrodos de punta( c. Con las cadenas conectar el e&uipo a cada uno de los electrodos verticales de la m$&uina de imsurst como se muestra en la igura como se muestra en la igura ,+(

1




F+/: . E!uipo utili"ada para .eri0icar el poder de las puntas

d. Hacer penetrar en el interior de la cubierta el umo de un cigarrillo o de una vela de umo( e. Poner en uncionamiento la m$&uina de imsurst % aumentar lentamente la cantidad de carga suministrada( asta &ue el umo se asiente en el ondo . Repetir el proceso g. =os electrodos de punta cargan las part)culas de umo( estas cocan entre s) % caen sobre el tablero de base &ue tiene la misma carga.

E4)+<)*- 0.

C+3 ;) -;<+)*- c- '-3

. Colocar sobre el soporte la placa de base 4,+8 % el carril de rodamiento de bolas. Al acerlo( aseg;rese de &ue los distanciadores de carril de rodamientos con bolas no caigan acia un lado b. Colocar la bola( limpia % seca( sobre la placa de base de tal manera &ue entre el contacto con el canto del electrodo esérico superior( c. Conectar la uente de alimentaci"n % suministrar lentamente carga( asta &ue la esera sea repelida % empiece a moverse. Un suministro de carga demasiado alto conduce solamente a descargas eléctricas d. =a esera se carga de manera dierente( % a través de este esuer!o din$mico resultante se produce un movimiento motri!( en el cual la esera se carga % se descarga continuamente( e. En el caso de &ue la esera gire tan solo sobre su e0e( es necesario darle un pe&ue:o empu0e.

F+/: . E!uipo utili"ada para .eri0icar la rodadura de bolas

V.

CUESTIONARIO E4)+<)*- 01. L5) ;) c<4- )3c*+cD.,. Por &ué toman la orma &ue Ud. ve los ilos del plumero al ser conectada a los electrodos en cada uno de los casos de la igura B F .Expli&ue. .......................................................................................................................................................................... D.<. ?ué relaci"n cree Ud. &ue guarda el $ngulo de abertura de los ilos de seda de los plumeros con la cantidad de electricidadF.

............................................................................................................................................................................

1




...........................................................................................................................................................................

D.B. @escriba el uncionamiento de la K$&uina de Limsurst( ............................................................................................................................................. ............................. ............................................................................................................................................................................

E4)+<)*- 02.

D)c/ ;) 4:*

D.. ?ué le sucede a rueda con puntas cuando se le suministra carga con la m$&uina de imsurstF. Expli&ue. .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... D.D.

?ué le sucede a rueda con puntas cuando se le suministra ma%or cantidad de carga con la m$&uina de imsurstF. Expli&ue. .......................................................................................................................................................................... ..........................................................................................................................................................................

D.6. Expli&ue el poder de las puntasF .......................................................................................................................................................................... ..........................................................................................................................................................................

E4)+<)*- 0H.

P;:3- ;-'3)

D.5. ?ué le sucede al péndulo doble cuando se le suministra carga con la m$&uina de imsurstF. Expli&ue. .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... D.M. ?ué le sucede al péndulo doble cuando se le suministra ma%or cantidad de carga con la m$&uina de imsurstF. Expli&ue. .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... D.7. El péndulo doble es un electroscopio simpleF ..........................................................................................................................................................................

E4)+<)*- 0.

C3,+( ;) c-)+ ) 4*33 ;) );

D.,+.?ué le sucede a cada uno de los papeles de seda del plumero cuando se le suministra carga con la m$&uina de imsurstF. Expli&ue. .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... D.,,.?ué le sucede a cada uno de los papeles de seda cuando se le suministra ma%or cantidad de carga con la m$&uina de imsurstF. Expli&ue. ..........................................................................................................................................................................

1




D.,<.=a clavi0a de conexi"n en pantalla de seda puede considerarse como un electroscopio simpleF ..........................................................................................................................................................................

E4)+<)*- 0.

&:)/- ;) c<4

D.,B. ?ué le sucede a cada uno de los bada0os de las campanas cuando se le suministra carga con la m$&uina de imsurstF. Expli&ue. .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... D.,.?ué le sucede a cada uno de los bada0os de las campanas cuando se le suministra ma%or cantidad de carga con la m$&uina de imsurstF. Expli&ue. .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... D.,D.

@urante el contacto de los bada0os con las campanas con estos se cargan o descarganF

..........................................................................................................................................................................

E4)+<)*- 06.

T'3)- ;) ;)*)33-

D.,6.?ué le sucede al tablero de destellos cuando se le suministra carga con la m$&uina de imsurstF. Expli&ue. .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... D.,5.?ué le al tablero de destellos cuando se le suministra ma%or cantidad de carga con la m$&uina de imsurstF. Expli&ue. .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... D.,M. Para &ué utili!ar)a este experimento en la electr"nicaF .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... E4)+<)*- 0J. D> )3c*+c. D.,7.?ué le sucede a cada uno de los tro!os de médula de sauco cuando se le suministra carga con la m$&uina de imsurstF. Expli&ue. .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... D.<+.?ué le ?ué le sucede a cada uno de los tro!os de médula de sauco se le suministra ma%or cantidad de carga con la m$&uina de imsurstF. Expli&ue. .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... D.<,. ?ué le sucede a cada uno de los tro!os de médula de sauco cuando se de0a de acer uncionar la m$&uina de imsurstF ..........................................................................................................................................................................

E4)+<)*- 0K.

A4*- :<5,--.

1




D.<<.?ué le sucede umo cuando se le suministra carga con la m$&uina de imsurstF. Expli&ue. .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... D.
E4)+<)*- 0.

C+3 ;) -;<+)*- c- '-3

D.
VI.

CONCLUSIONES  SUGERENCIAS 6.1.

CONCLUSIONES ,. ....................................................................................................................................................... <. ........................................................................................................................................................ B. ....................................................................................................................................................... . ........................................................................................................................................................

6.2.

SUGERENCIAS ,. ....................................................................................................................................................... <. .......................................................................................................................................................

E%PERIMENTO " EL GENERADOR DE VAN DE GRAAFF I.

O#&ETIVOS

1


1.1

Comprender el uncionamiento del Ienerador de #an de Iraa

O'()*+,- )4)c5+c-    

II.


O'()*+,- /))3) 

1.2


Sbservar % anali!ar la presencia de cargas aciendo uso del Ienerador de #an de Iraa Kostrar experimentalmente la atracci"n % repulsi"n electrost$tica Kostrar experimentalmente la descarga corona #eriicar el poder de las puntas

MARCO TEORICO  CONCEPTUAL El /));- ;) V ;) G es una m$&uina electrost$tica &ue utili!a una cinta m"vil para acumular grandes cantidades de carga eléctrica en el interior de una esera met$lica ueca. =as dierencias de potencial as) alcan!adas en un generador de #an de Iraa moderno pueden llegar a alcan!ar los cinco mega voltios. =as dierentes aplicaciones de esta m$&uina inclu%en la producci"n de ra%os ( esterili!aci"n de alimentos % experimentos de )sica de part)culas % )sica nuclear . En ,7<7 Robert N. #an de Ira aplic" este principio para dise:ar % construir un generador electrost$tico tal como se muestra en la *igura ,a. =a idea b$sica del generador se describe en la *igura ,c. 'e entrega continuamente carga a un electrodo de alto volta0e sobre una banda m"vil de material aislante. El conductor de alto volta0e es un conductor ueco montado sobre una columna aislante. =a banda recoge carga por medio de una descarga corona entre el peine ioni!ado de agu0as met$licas % una re0illa conectada a tierra en la base del generador. =as agu0as normalmente se mantienen a un potencial positivo de ,+  voltios. =a carga positiva se transiere al electrodo de alto volta0e por medio de un segundo peine colector de agu0as &ue se encuentra en la parte superior del generador. Como el campo eléctrico en el interior del conductor ueco es despreciable( la carga positiva de la banda se transiere con acilidad acia el electrodo de alto volta0e( sin importar su potencial. En la pr$ctica( es posible incrementar su potencial del electrodo de alto volta0e asta &ue se presenta una descarga eléctrica a través del aire. @ato &ue la tensi"n de ruptura dieléctrica del aire es del orden de B.,+ 6 #Vm( una esera de , m de radio puede alcan!ar asta un potencial de B.,+ 6 #. Puede aumentarse a;n m$s el potencial aumentando el radio del casco del generador. =os generadores #an de Iraa pueden producir dierencias de potencial tan altas como <+ millones de voltios. =os protones acelerados a través de dierencias de potencial de este orden reciben energ)a suiciente como para iniciar reacciones nucleares entre ellos % diversos n;cleos &ue sirven de blanco.

4a8

III.

4b8

4c8

4d8

F+/: 1. %ia'ra)a es!ue)ático de un 'enerador de an de #ra001 ,a$ #enerador an de #ra00- ,b$ ?ase del #enerador- ,c$ Mitad in0erior del #enerador- ,d$ Partes del 'enerador

MATERIALES  EQUIPOS

B.,. Un generador #an de Ira

1




B.<. Una esera de descarga grande % otra pe&ue:a B.B. Un plumero electrost$tico B.. Un electroscopio B.D. Cables de conexi"n B.6. Un electrodo puntual de cobre B.5. Un péndulo simple B.M. Una vela de cera B.7. Un soporte aislante

IV.

METODOLOGÍA ? Antes de la operaci"n limpie con un pa:o o ranela limpia( el domo esérico del generador( las ruedas( la correa % el tubo de poligl$s . '? A0uste el colector para &ue se acer&ue al m$ximo a la correa( sin tocarla. c? Conecte el colector con la bola de la descarga eléctrica. ;? Conecte el interruptor de uente eléctrica del motor para iniciar su uncionamiento. )? Para aumentar la eiciencia del generador conéctelo acia tierra utili!ando un cable conductor. ? En a&uellos lugares donde no existe corriente eléctrica % la umedad relativa es menor al M+W( recurra a la operaci"n manual( es decir acer girar la manivela en el sentido del relo0. /? Cuando comien!a a uncionar el generador( no debe tocar con las manos el domo esérico met$lico del generador ni las partes met$licas expuestas. Cuando de0e de usar el generador( use la esera de descarga % aga contacto varias veces con el domo esérico del generador para &ue se descarguen la electricidad remanente( @? Proceda a reali!ar las siguientes experiencias .1. E3)c*+>c+ 4- c-*c*-.     

Acer&ue lentamente la bola de descarga al domo esérico del generador de #an de Iraa asta acer contacto mec$nico directo( como se muestra en la igura o&ue la esera de descarga con el generador % manténgala en contacto por un per)odo de tiempo corto asta extraer un poco de carga 'epare la espera de descarga de generador % aora acér&uelo acia el electroscopio sin tocarlo como se muestra en la igura o&ue la cabe!a del electroscopio con la esera de descarga tal como se muestra en la *ig.
4a8

4b8

F+/: 2. Trans0erencia de car'a del acelerador 6acia el electroscopio+ ,a$ Contacto de la es0era de prueba con el acelerador- ,b$ trans0erencia de car'a al electrodo central del electroscopio

.2.

Ac- ;+:4*+,  

Colo&ue sobre la mesa a la bola de prueba % al Ienerador #an de Iraa como se muestra en la igura Ba. @esconecte de tierra al generador % en su lugar dica terminal de puesta a tierra conecte la terminal con la esera de prueba como se muestra en la igura Bb( Encienda el generador % espere unos minutos asta &ue éste se cargue.

1




  


Cogiendo la parte aislante de la esera de prueba( acer&ue lentamente % con cuidado ésta acia el domo esérico del Ienerador. @ependiendo de las condiciones de umedad Ud. deber)a observar una gran descarga de color a!ul brillante 4ra%o88 cuando acerca la esera de prueba al Ienerador. Cuando se produce la cispa también debe o)r un cru0ido uerte. Esto demuestra una descarga eléctrica de un ra%o &ue va acompa:ado de un destello brillante % el sonido uerte. Remplace la esera de prueba por otra de ma%or di$metro % repita el paso anterior. Registre sus observaciones Compare lo observado con lo &ue muestra la igura Bc. Una ve! terminado ésta parte del experimento apague el generador % proceda a descargarlo poniendo en contacto la esera de prueba con la del Ienerador.

4a8

4b8

Fi'ura 3

.H.


4c8

,a$ Instalaci/n del e!uipo para .isuali"ar la descar'a corona( ,b$ descar'a corona

C<4- )3c*+c- ;) : c-;:c*- c/;-.     

 

Conecte nuevamente el generador a tierra % a la ves éste a la red eléctrica % p"ngalo en uncionamiento Co0a la base aislante del plumero electrost$tico. Acer&ue el plumero a la cabe!a del Ienerador( como se muestra en a *igura a. ?ué ocurreF @escriba detalladamente @esplace el plumero siguiendo tra%ectorias paralelas al ecuador o meridiano como se muestra en la igura Ba. ?ué observaF Para demostrar la simetr)a radial del campo eléctrico( tome un solo ilo del plumero % despl$celo alrededor del casco siguiendo circuitos paralelos al ecuador o meridiano como se muestra en la *igura b( pero sin intentar disminuir la distancia al casco( el ilo se mantiene a una distancia constante. Registre sus observaciones. Acer&ue la esera del péndulo eléctrico acia el generador como se muestra en la igura c % observe la interacci"n entre ambos. Repita este paso para dierentes posiciones de la esera

4a8

F+/: .

4b8

%ia'ra)a para )ostrar la si)etría del ca)po el4ctrico1

1

4c8


..



C<4- )3c*+c- ;) : c-;:c*- c/;-. 





Con el generador de #an de Iraa apagado % previamente descargado( colo&ue en el piso una placa de tecnoport( sobre ésta colo&ue una placa de madera seca orrada en la parte superior con cual&uier pl$stico grueso % aga pararse a un compa:ero su%o sobre ella( aciendo &ue colo&ue sus manos sobre el domo esérico del Ienerador. Encienda el motor del generador( luego de cierto tiempo los cabellos del alumno se levantar$n como se muestra en la *igura Da. @ependiendo de la umedad en el ambiente del laboratorio % en el generador( podr)a tomar de dos a cinco minutos antes de &ue su pelo comien!a a eri!arse. Anotar lo &ue sucede % tomo una otogra)a para su inorme. 4=os cabellos del alumno deben estar recién lavados % secos8. Apagar el generador( luego el alumno debe retirar sus manos del Ienerador % de0ar pasar cierto tiempo asta &ue el cabello ba0e indicando &ue %a se descarg"( entonces $galo ba0ar de la tabla. Jmportante. Haga esta experiencia con cuidado % calma.

F+/: .

Ba$ La alu)na 6a sido car'ada a un potencial )u5 ele.ado por contacto con un 'enerador de an de #raa001 ,b$ La pro0esora 5 su 6i&a co'en el 'enerador

Acer&ue la l$mpara de ne"n al cuerpo del alumno sin tocarlo  @e0e pasar cierto tiempo asta &ue el cabello ba0e indicando &ue %a se a descargado( entonces recién $galo ba0ar de la tabla. G Proceda con cuidado 5 con cal)a Acer&ue la l$mpara de ne"n al cuerpo del alumno sin tocarlo  @e0e pasar cierto tiempo asta &ue el cabello ba0e indicando &ue %a se a descargado( entonces recién $galo ba0ar de la tabla. G Proceda con cuidado 5 con cal)a 



..

V+)*- ++c'u generador de #an de Iraa puede crear un viento eléctrico &ue es lo suicientemente potente como para desviar la llama de una vela % acer girar las élices de un molino de viento de 0uguete. Para crear el viento eléctrico siga el siguiente procedimiento. 

Kanteniendo el generador de #an de Iraa apagado( instale un electrodo puntiagudo como se muestra en la igura 6a.

1


F+/: 6.     



Instalaci/n del e!uipo para obser.ar el .iento el4ctrico usando el 'enerador de an de #ra00

Encienda el generador % espere unos minutos asta &ue se cargue. Acer&ue la palma de la mano acia la punta del electrodo sin tocarlo. ?ué sensaci"n experimentaF @escriba detalladamente lo experimentado Aora encienda una vela % observe la ubicaci"n de la lama de ésta. Acer&ue lentamente la vela encendida en la cercan)a del ob0eto agu!ado sin tocarlo. ?ué observaF @escriba lo observado Usando un cable de conexi"n conecte el electrodo agu!ado a uno de los electrodos de la m$&uina de Limsurst como se muestra en la igura 5. 'e podr)a observar también el viento eléctricoF



F+/: J.

.6.

Instalaci/n del e!uipo para obser.ar el .iento el4ctrico usando la )á!uina de 7i)s6urst

P;:3- )3c*+c   

Con el generador de #an de Iraa apagado( instale el péndulo como se muestra en la igura M. Encienda el generador % espere unos minutos asta &ue se cargue. Acer&ue lentamente el soporte universal con el péndulo el Ienerador de #an de Iraa @ebido a la cantidad de carga positiva &ue se acumula en el exterior de la cabe!a del generador( la esera del péndulo ser$ atra)da acia el generador. Una ve! en contacto parte de la carga positiva del generador se transiere a la esera del péndulo( &uedando ésta ;ltima cargada positivamente % aora se produce una repulsi"n eléctrica( repulsi"n &ue uer!a a la esera pendular a ubicarse lo m$s le0os posible( produciéndose las oscilaciones pendulares.

1


F+/: K.

.J.



Instalaci/n del 'enerador an de 'raa00 para obser.ar el p4ndulo el4ctrico

L5) ;) c<4- )3c*+c   

Con el generador de #an de Iraa apagado( % usando cables de conexi"n conecte el Ienerador con la bola de prueba pe&ue:a provista de su mango pl$stico como se muestra en la igura 7a. Por separado en un dep"sito de vidrio vac)e un poco de aceite % sobre éste espolvoree sobre el aceite los tro!os de an)s iltrante Co0a de la parte aislante la bola de prueba % encienda el generador 'umer0a parte de la bola de prueba en el aceite. ?ué le sucede a las part)culas de an)sF @escriba cualitativamente su comportamiento

F+/: K.

B? B'? Bc? E:+4- )c)+- 4 <-* 3 35) ;) :)>" B? G));- V ;) G B'? #-3 ;) 4:)'  Bc? c)+*)

P)c:c+-) a8 b8 c8 d8 e8

Utilice el Ienerador ba0o la supervisi"n de su proesor. Este Ienerador no es un 0uguete Conecte el generador a una conexi"n est$ndar con conexi"n a tierra 4B clavi0as8 % salida de <<+ # o aga uncionar al generador en un lugar ;medo o mo0ado. #erii&ue si existen cables sueltos o deectuosos. 'i ocurre lo ;ltimo remplace dicos cables @esconecte el generador antes de reali!ar a0ustes o mantenimiento. unca retire la placa de cubierta de la base cuando el Ienerador esté encuado a la red eléctrica. Existe un riesgo de descarga eleXctrica peligrosa. 8 =a descarga eléctrica &ue recibe de contacto normal con el generador no es per0udicial( aun&ue puede ser inc"modo( sorprendente( % en ocasiones incluso doloroso. El co&ue est$tico &ue se obtiene de este generador es similar( aun&ue muco m$s uerte &ue( el &ue usted podr)a obtener de tocar la mani0a de una puerta de metal después de caminar sobre una alombra en un d)a seco. g8 Usted puede obtener una pe&ue:a descarga est$tica cuando se desencua el cable de corriente. Para evitar esto( to&ue varias veces la esera de descara con la c;pula del generador asta &ue se disipa la electricidad est$tica. A continuaci"n( desencue el cable.

V.

CUESTIONARIO

1




D., Expli&ue lo &ue sucede cuando la bola de prueba se le acerca 4ale0a8 del electrodo central. ?ué sucede cuando la bola de prueba es puesta en contacto con el electrodo central del electroscopioF .......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... D.<. Al acercar el plumero electrost$tico al generador de #an de Iraa. ?ué sucede con los ilos de sedaF Expli&ue. .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... D.B. ?ué tipo de simetr)a tiene el campo eléctrico producido por el casco del generadorF Expli&ue

............................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................... Expli&ue )sicamente la descarga eléctrica del ac$pite .<

.12.

............................................................................................................................................................................

...........................................................................................................................................................................  @escriba % expli&ue la generaci"n del viento eléctrico

.1H.

............................................................................................................................................................................ ...........................................................................................................................................................................

.1.

Cu$l es la direcci"n de la uer!a sobre la esera del péndulo eléctricoF. Expli&ue ............................................................................................................................................................................

...........................................................................................................................................................................

D.D Por &ué los cabellos del alumno se levantanF ..........................................................................................................................................................................

.1.

........................................................................................................................................................................... ?ué importancia tiene &ue el alumno &ue coge el Ienerador se encuentre aisladoF . .

.16.

Cuando Ud. acerca el tubo de ne"n al alumno ?ué observ"F Expli&ue su respuesta. ........................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................................................

1


.1J.



El radio del casco esérico del Ienerador #an de Ira es de !" cm( determine. Cu$nta carga puede producir sin provocar la ruptura eléctrica en el aireF ........................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................................................

.1K.

El electrodo conductor esérico de un generador #an de Iraa est$ cargado asta un potencial de +(,M.,+6 #. Halle el radio m)nimo &ue debe tener el cascar"n esérico para &ue no ocurra la ruptura dieléctrica del aire. ........................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................................................

.1.

Expli&ue el poder de las puntas % por &ué no debemos colocarnos ba0o un $rbol grande si estamos en medio de una tormenta eléctrica. Para esto leer sobre los experimentos de 2en0am)n *ran3lin  

.20.

@escriba detalladamente el uncionamiento del péndulo eléctrico  

.21.

Sbtuvo las l)neas de campo eléctrico usando el generador( el aceite % las part)culas de an)sF ?ué orma ten)an éstas   Expli&ue por&ué el cuerpo umano es un buen conductor

.22.

  .

VI.


CONCLUSIONES a.

........................................................................................................................................................

b. ....................................................................................................................................................... c.

6.2. a8

........................................................................................................................................................

SUGERENCIAS .......................................................................................................................................................

1




b8 ...

E%PERIMENTO " LA JAULA DE FARADAY I"

O#&ETIVOS 1.1

O'()*+,- /))3) 

1.2

O'()*+,- )4)c5+c-   

II.

*amiliari!arse con el uncionamiento de la Naula de *arada%

Kostrar el blinda0e electrost$tico usando la Naula de *arada% #eriicar &ue la carga en un conductor cargado reside en la supericie. Jnternali!ar en el estudiante la importancia de los en"menos electrost$ticos

MARCO TEORICO  CONCEPTUAL 'e conoce como (:3 ;) F; el eecto por el cual el campo electromagnético en el interior de un conductor en e&uilibrio es nulo( anulando el eecto de los campos externos. Esto se debe a &ue( cuando el conductor est$ su0eto a un campo electromagnético externo( se polari!a( de manera &ue &ueda cargado positivamente en la direcci"n en &ue va el campo electromagnético( % cargado negativamente en el sentido contrario. Puesto &ue el conductor se a polari!ado( este genera un campo eléctrico igual en magnitud pero opuesto en sentido al campo electromagnético( luego la suma de ambos campos dentro del conductor ser$ igual a cero Cuando se coloca una carga neta en un conductor( la carga se distribu%e sobre la supericie de manera &ue el campo eléctrico en el interior es cero. Para mostrar lo mencionado puede reali!arse el siguiente experimento. Jntrodu!ca. Una pe&ue:a bola met$lica cargada positivamente( la cual cuelga de un ilo de seda dentro de un conductor ueco sin carga a través de un pe&ue:o oriicio como se ve en la *ig.,a(. El conductor ueco est$ aislado de la tierra. =a bola cargada induce una carga negativa en la pared interna del conductor( de0ando una carga igual pero positiva en la supericie exterior 4*ig. ,b8. =a presencia de las cargas positivas en la pared

1




exterior se indican por la delexi"n del electr"metro. =a delexi"n del electr"metro no cambia cuando la bola toca la supericie interior del conductor ueco 4*ig. ,c8. Cuando la bola se extrae la lectura del electr"metro no cambia % la bola se encuentra descargada 4*ig.,d8. Esto muestra &ue la carga transerida al conductor ueco se encuentra sobre la supericie exterior. 'i aora se introduce una pe&ue:a bola met$lica cargada en el centro del conductor ueco cargado( la bola met$lica no ser$ atra)da por el conductor ueco. *inalmente si la bola pe&ue:a cargada se coloca uera de la supericie exterior del cascar"n( la bola ser$ repelida por el conductor indicando &ue el campo uera del conductor ueco es dierente de cero. A este experimento se denomina blinda0e electrost$tico.

Fi'ura 81

%e)ostraci/n e*peri)ental !ue )uestra !ue cual!uier car'a trans0erida a un conductor reside en su super0icie en e!uilibrio electrostático1

En nuestro experimento para demostrar lo antes mencionado se utili!ar$ la Naula e *arada%

III.

MATERIALES  EQUIPOS

IV.

H.1. @os plumeros electrost$ticos. H.2. Una 0aula de *arada% H.H. Una base con soporte para colocar la 0aula de *arada% H.. Una m$&uina de Limsurst o un generador #an de Iraa H.. Un electroscopio H.6. Cables de conexi"n METODOLOGÍA . Jnstale el e&uipo como se muestra en la *ig.< . '? Con un alambre de conexi"n de cobre conecte la 0aula de *arada% con un electrodo de la m$&uina de Limsurst. c? Haga girar la manivela para producir carga eléctrica en la 0aula 8 Sbserve lo &ue le sucede a los plumeros exterior e interior a la 0aula. Anote sus observaciones. g8 Remplace la m$&uina de Limsurst por el Ienerador de #an de Iraa % con un alambre conductor conecte la cabe!a del acelerador con la Naula de *arada%. 8 Haga uncionar el acelerador % observe lo &ue sucede con el plumero. i8 @esconecte el acelerador de la 0aula( el plumero exterior ret)relo de su lugar.

Fi'ura1 >1

08 38

Instalaci/n del e!uipo para )ostrar el blinda&e electrostático

Acer&ue la 0aula acia el acelerador a una distancia pe&ue:a como se muestra en la *ig. B. Encienda el acelerador % observe la descarga corona &ue aparece.

1




Fi'ura 31 El 'enerador de an de #raa00 produce descar'as espectaculares sobre la &aula de ala)bre conectada a tierra1

l8

Con el alambre en orma de malla constru%a el dispositivo mostrado en la igura a.

Fi'ura ;1 ,a$ .ersi/n sencilla de la &aula de Farada5- ,b$ Radio portátil en el interior de una &aula de Farada51

m8

V.

>ome una radio pe&ue:a % enciéndalo sintoni!ando una determinada emisora. Aora inserte dica radio en el interior de la malla cil)ndrica como se muestra en la igura b. ?ué observaF

CUESTIONARIO D.,. Expli&ue lo &ue le sucede a los plumeros cuando la 0aula de *arada% est$ conectado con la m$&uina de Limsurst en uncionamiento. .................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... D.<. Expli&ue lo &ue le sucede a los plumeros cuando la 0aula de *arada% est$ conectado con el generador #an de Iraa. .......................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................... D.B. 'eg;n sus observaciones existe campo eléctrico en el interior de la 0aulaF Existe campo eléctrico en el exterior de la 0aula de *arada%F Nustii&ue sus respuestas. ............................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................... D.. En d"nde reside la carga en la Naula de *arada%F ..........................................................................................................................................................................

1




.......................................................................................................................................................................... D.D. Rempla!a el plumero exterior por un electr"metro ?ué observaciones obtiene8 ........................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................ D.6. Expli&ue el comportamiento del péndulo eléctrico en el interior de la 0aula mostrado en la igura( cuando se acerca al generador de #an de Iraa mostrado en la igura +,. Y lo &ue ocurre en la igura +< ........................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................

D.5. Expli&ue por&ué la radio port$til en el interior de la 0aula de *arada% no unciona correctamente ........................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................................................ D.M. Expli&ue el mal uncionamiento de los teléonos m"viles en el interior de ascensores o ediicios con estructura de re0illa de acero ...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... D.7. Jndi&ue otras aplicaciones eléctricas % electr"nicas del eecto 0aula de *arada% ...................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................

VI.


CONCLUSIONES b. ........................................................................................................................................................... c.

..........................................................................................................................................................

1

Practica de Laboratorio N_ 01 Fisica III - 2016 Olvg

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