PRACTICA DE LABORATORIO N° 1
TEMA: “ELECTROSTATICA”
I.
II.
III.
OBJETIVOS
Comprobar y verificar las leyes de la Electroestática.
Experimentar con con la forma de cargar cargar un cuerpo: Por frotamiento, frotamiento, contacto e inducción.
Observar cualitativamente cualitativamente el comportamien comportamiento to de cuerpos cargadas
MATERIALES O INSTRUMEN INSTRUMENTOS TOS
Péndulo eléctrico
Electroscopio
Barra de vidrio
Barra de plástico
Barra de metal
Tela de sed
Tela de lana
Soporte universal
MARCO TEORICO
ELECTROESTÁTICA: Rama de la física que estudia los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en reposo, sabiendo que las cargas puntuales son cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables frente a otras dimensiones del problema. La carga eléctrica es la l a propiedad de la l a materia responsable de los fenómenos electrostáticos, electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.
Históricamente, la electrostática fue la rama del electromagnetismo que primero se desarrolló. Con la postulación de la Ley de Coulomb fue descrita y utilizada en experimentos de laboratorio a partir del siglo XVII, y ya en la segunda mitad del siglo XIX las leyes de Maxwell concluyeron definitivamente su estudio y explicación, y permitieron demostrar cómo las leyes de la electrostática y las leyes que gobiernan los fenómenos magnéticos pueden ser estudiadas en el mismo marco teórico denominado electromagnetismo. Si se frotan dos cuerpos de diferentes substancias se elevara la temperatura de las superficies, esto liberara electrones de sus bandas de valencia. Estos serán atraídos por los núcleos con una fuerza proporcional a la valencia de los mismos, el átomo con más electrones de valencia atraerá con más fuerza los electrones libres y algunos atravesaran la superficie de contacto. Al separarse los cuerpos uno de ellos tendrá exceso de electrones y el otro carencia de los mismos, ya no serán cuerpos eléctricamente neutros. El cuerpo con carencia de electrones habrá adquirido carga eléctrica positiva, y él con exceso carga negativa. La palabra electricidad deriva de “ELECTRON” que en griego quiere decir “AMBAR”. Los griegos descubrieron que al frotar el ámbar con un trozo de paño o piel, esta adquiriría la propiedad de atraer pequeños objetos livianos. Con el tiempo se descubrió que no solo el Ámbar se electriza por frotamiento, sino también otros materiales como el vidrio, el lacre, la resina, etc. ELECTRICIDAD POR FROTAMIENTO:
Por lo general los objetos se encuentran en estado neutro es decir con igual cantidad de carga positiva “+” (protones) y cargas negativas ““(electrones). Si un objeto o cuerpo tiene exceso de electrones, se dice que esta cargado o electrizado “negativamente” (antiguamente se le denomina electricidad Resinosa). Las cargas eléctricas del mismo signo se repelen mutuamente y las cargas de signo contrario se atraen. Si un cuerpo cargado con carga positiva, es acercado aun cuerpo eléctricamente neutro, atraerá electrones libres de su superficie, haciendo que se comporte como si tuviese carga negativa; habrá adquirido carga por inducción. Esta carga desaparecerá al alejar los cuerpos. En caso que un cuerpo con carga negativa, se aproxime, aun cuerpo eléctricamente neutro, este vera repelidos sus electrones libres de la superficie, y se comportara como INDUCCIÓN ELECTROESTÁTICA:
un cuerpo positivamente cargado; habrá adquirido carga positiva por inducción. Al ser alejados la carga por inducción desaparece. Sirve para estudiar los fenómenos eléctricos producidos por frotamiento; el péndulo eléctrico consiste en un pie de material aislante en el cual va un alambre que sostiene por medio de un hilo de seda una pequeña esfera de corcho o tecknopor grafitado. PÉNDULO ELÉCTRICO:
ELECTROSCOPIO: Aparato
que sirve para determinar si un cuerpo esta cargado o no. Consta de dos hojuelas metálicas muy delgadas y livianas; si se toca o se acerca un cuerpo electrizado en el Terminal, las hojuelas se separan debido a que se ha cargado con la misma polaridad. LEY DE COULOMB: Esta
ley rige las atracciones o repulsiones de dos cargas eléctricas la cual es como sigue “ La fuerza de atracción o repulsión es directamente proporcional al producto de las cargas eléctricas e inversamente proporcional al cuadrado de las distancias. Charles Augustín de Coulomb (1736-1806), en 1785, midió por primera vez las atracciones y repulsiones eléctricas y dedujo la ley quelas rige. Estableció que “la fuerza con que se atraen o se repelen dos cuerpos cargados es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al 9cuadrado de la distancia que los separa” y planteo la formula que las relaciona
Esta es una típica formula empírica, es decir derivada directamente de la experimentación, en ella F es la fuerza, q1 y q2 la magnitud de las cargas, y d2 el cuadrado de las distancias. Aparece también lo que es normal en las formulas empíricas la constante de proporcionalidad K. En K se agrupan todos los factores que no intervienen directamente en el resultado del experimento, aquí K depende del medio en que se encuentran las cargas y puede contener factores de conversión de las unidades empleadas. Experimentos posteriores demostraron que el exponente aplicado a la distancia estaría comprendido entre 2,000000002 y 1,999999998. En el sistema de unidades c.g.s. (las unidades funda-mentales de las cuales se derivan las demás son centímetro, gramo y segundo) la fuerza está dada en Dinas, la distancia en Centímetros y las cargas en unidades c.g.s. electrostáticas de carga eléctrica o Statcoulomb. Empleando el sistema de unidades M.K.S. (unidades Metro, Kilogramo y Segundo)la
fuerza será en Kg equivalente a 9,807 x 105 Dinas, la distancia en metros y la carga en Coulomb(1Coulomb = 2,998 x 109 Statcoulomb).Si se aplican unidades c.g.s. K valdrá en el vacío 1,00.
Queda definida la unidad electrostática de carga para el sistema c.g.s. como la carga que estando separada de otra igual una distancia de un centímetro en el vacío, ejerce una fuerza de una dina IV.
PROCEDIMIENTO A. Electricidad por frotamiento
Acercar la barra de vidrio al péndulo, luego la barra de plástico. Observe y anote lo que ocurre
Después de realizar lo dicho podemos observas que no ocurre nada ya que los electrones de dicho cuerpo se encuentran en reposo y no generan ningún tipo de reacción.
Frotar la barra de vidrio con el paño de seda acérquelo sin tocarlo; luego toque la esfera del péndulo. Descubre lo que sucede
Observamos que se juntan por un corto lapso de tiempo.
Frotar la barra de plástico con un paño de lana, acérquelo al péndulo sin tocarlo; luego toque la esfera del péndulo. Descubre lo que sucede
Descubrimos que la barra de plástico atrae a la esfera, esto es debido a que son de cargas opuestas. Por ello se atraen.
Frotar una barra metálica con un paño de seda y acérquelo al péndulo ¿Qué sucede? ¿A que conclusión se llega en esta experiencia?
Al realizar la primera experiencia podemos ver que no sucede nada, y luego al sujetarlo con un mango aislador se juntan. Después de realizado ambos sucesos podemos llegar a la conclusión que nosotros somos conductores de energía. Y si lo sujetamos con la mano nosotros mismo absorbemos esa energía. Por el contrario si lo hacemos con el aislador la energía se contiene en la barra metálica.
B. Varilla suspendida
Colocar una varilla de plástico suspendida de un hilo aislante, de tal manera que este en posición horizontal, cargar uno de sus extremos frotando con un paño de lana. A parte frote una varilla de plástico con el mismo paño y acérquela al extremo cargado de la varilla suspendida (anote sus observaciones)
Las varillas se repelen debido a que estas son del mimos material por ello tienen la misma carga.
Repita la misma experiencia, pero esta vez acercando una varilla de vidrio frotada con seda (anote sus observaciones)
La varilla plástico se acerca a la varilla de plástico porque son de distintas cargas.
C. Electrificación por inducción
Una varilla de metal (Cu), colocada sobre un vaso esta muy próximo por un extremo a la esfera de un péndulo. Frote una barra de plástico con lana y acérquela por el otro extremo del metal ¿A que conclusión se llega?
Ocurre que la esfera es atraída hacia la varilla de metal, y se llega a la conclusión que la varilla de metal es un conductor de energía ya que transmitió la energía que acumulamos al frotar la varilla de plástico y eso hizo reaccionar así con la esfera.
D. Electroscopio
Acerque la varilla de vidrio y luego la de plástico al electrodo “E” del electroscopio. Observe lo que sucede
Al realizar esto no sucede nada debido a que sus electrones se encuentran en reposo.
Frote una barra de plástico con un paño de lana y acérquelo al Terminal del electroscopio. Anote lo observado. Restablecer la neutralidad eléctrica del electrodo “E” (tocar con un dedo a la esfera “E”).
Gira la manecilla del electroscopio por que la varilla está cargada debido a la frotación
Realizar la misma operación con una varilla de vidrio al ser frotada con seda. Anote sus observaciones. Restablecer neutralidad del electrodo “E”
Esta electrizada mínimamente
V.
CONCLUSIONES
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. Los objetos cargados con carga del mismo signo, se repelen. Los objetos cargados con cargas de distinto signo, se atraen.
VI.
BIBLIOGRAFIA
a. http://es.wikipedia.org/wiki/Inducci%C3%B3n_electrost%C3%A1tia b. http://es.scribd.com/doc/69598359/18/INDUCCIONELECTROSTATICA c. http://es.wikipedia.org/wiki/Electrost%C3%A1tica d. http://mx.answers.yahoo.com/question/index?qid=20090531162538 AAZYMI e. http://www.maquinascientificas.es/02pendulo%20electrico.htm f. http://es.wikipedia.org/wiki/Electroscopio
