INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL N ACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA INGENIERIA ELECTRICA
ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO PRACTICA No. 1 (ELECTROS (ELECTROSTÁTICA) TÁTICA) INTEGRANTES: PROFESOR: GARCIA GASCA DANIEL GRUPO: 2EM4 FECHA DE ENTREGA: 11/04/2016
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E!"#$o%#&#'" Una manifestación habitual de la electricidad es la fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos estacionarios que, de acuerdo con el principio de acción y reacción, ejercen la misma fuerza eléctrica uno sobre otro. La carga eléctrica de cada cuerpo puede medirse en culombios. La fuerza entre dos partículas con cargas q1 y q puede calcularse a partir de la ley de !oulomb
"eg#n la cual la fuerza es proporcional al producto de las cargas di$idido entre el cuadrado de la distancia que las separa. La constante de proporcionalidad K depende del medio que rodea a las cargas. La ley se llama así en honor al físico francés !harles de !oulomb.
CAMPO ELECTRICO %s la región de espacio en la que se ejercen fuerzas atracti$as y repulsi$as. "u causa son las cargas eléctricas que se sit#an en él. La intensidad de un campo eléctrico es una magnitud $ectorial que corresponde a la relación entre la fuerza ejercida sobre la unidad de carga positi$a situada en un determinado punto del campo y la propia carga
FUERA ELECTRICA %s aquella que es estudiada por la llamada ley de !oulomb
CARGA ELECTRICA %s el e&ceso de carga de un cuerpo, ya sea positi$a o negati$a. %s la ausencia, pérdida o ganancia de electrones.
COMO SE CARGAN LOS CUERPOS ) CARGA CARGA POR FRICCI FRICCION: ON: %n la carga por fricción se transfieren electrones por la fricción del contacto de un material con el otro. 'un cuando los electrones m(s internos de un (tomo est(n fuertemente unidos al n#cleo, de carga opuesta, los m(s e&ternos de muchos (tomos est(n unidos muy débilmente y pueden desalojarse con facilidad. La fuerza que retiene a los electrones e&teriores en el (tomo $aria de una sustancia a otra. )or ejemplo los electrones son retenidos con mayor fuerza en el hule que en la piel de gato y si se frota una barra de aquel material contra la piel de un gato, se transfieren los electrones de este al hule. )or consiguiente la barra queda con un e&ceso de electrones y se carga c arga negati$amente. ' su $ez, la piel queda q ueda con una deficiencia 2
de electrones y adquiere una carga positi$a. Los (tomos con deficiencia de electrones son iones, iones positi$os porque su carga neta es positi$a. "i se frota una barra de $idrio o pl(stico contra un trozo de seda tienen mayor afinidad por los electrones que la barra de $idrio o de pl(stico* se han desplazado electrones de la barra hacia la seda.
*) CARGA POR CONTA CONTACTO: %s posible transferir electrones de un material a otro por simple contacto. )or ejemplo, si se pone en contacto una $arilla cargada con un cuerpo neutro, se transferir( la carga a este. "i el cuerpo es un buen conductor, la carga se dispersara hacia todas las partes de su superficie, debido a que las cargas del mismo tipo se repelen entre sí. "i es un mal conductor, es posible que sea necesario hacer que la $arilla toque $arios puntos del cuerpo para obtener una distribución m(s o menos uniforme de la carga.
") CARGA CARGA POR INDUCC INDUCCI+N I+N:: )odemos cargar un cuerpo por un procedimiento sencillo que comienza con el acercamiento a él de una $arilla cargada. !onsidérese la esfera conductora no cargada, suspendida de un hilo aislador, que se muestra en la figura +1. 'l acercarle la $arilla cargada negati$amente, los electrones de conducción que se encuentran en la superficie de la esfera emigran hacia el lado lejano de esta* como resultado, el lado lejano de las esfera se carga negati$amente y el cercano queda con carga positi$a. La esfera oscila acerc(ndose a la $arilla, porque la fuerza de atracción entre el lado cercano de aquella y la propia $arilla es mayor que la de repulsión entre el lado lejano y la $arilla.
CARGA POR EL EFECTO FOTOEL,CTRICO: %s un efecto de formación y liberación de partículas eléctricamente cargadas que se produce en la materia cuando es irradiada con luz u otra radiación electromagnética. %n el efecto fotoeléctrico e&terno se liberan electrones en la superficie de un conductor met(lico al absorber energía de la luz que incide sobre dicha superficie. %ste efecto se emplea en la célula fotoeléctrica, donde los electrones liberados por un polo de la célula, el fotoc(todo, se mue$en hacia el otro polo, el (nodo, bajo la influencia de un campo eléctrico.
-) CARGA CARGA POR POR ELECTROL ELECTROLISI ISIS: S: "i se coloca un par de electrodos en una disolución de un electrólito +compuesto ionizable y se conecta una fuente de corriente continua entre ellos, los iones positi$os de la disolución se mue$en hacia el electrodo negati$o y los iones negati$os hacia el positi$o. 'l llegar a los electrodos, los iones pueden ganar o perder electrones y transformarse en (tomos neutros o moléculas* la naturaleza de las reacciones del electrodo depende de la diferencia de potencial o $oltaje aplicado.
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!) CARGA POR EL EFECTO EFECTO TERMOELECT TERMOELECTRICO: RICO: %s la electricidad generada por la aplicación de calor a la unión de dos materiales diferentes. "i se unen por ambos e&tremos dos alambres de distinto material +este circuito se denomina termopar, y una de las uniones se mantiene a una temperatura superior a la otra, surge una diferencia de tensión que hace fluir una corriente eléctrica entre las uniones caliente y fría. %ste fenómeno fue obser$ado por primera $ez en 1-1 por el físico alem(n homas "eebec/, y se conoce como efecto "eebec/.
CORRIENTE ELECTRICA %s el mo$imiento de cargas eléctricas a tra$és de un conductor +cable, el electrón es una corriente eléctrica.
LEY DE COULOM: La fuerza es proporcional al producto de las cargas di$idido entre el cuadrado de la distancia que las separa. La constante de proporcionalidad K depende depende del medio que rodea a las cargas.
LINEAS DE FUERAS EL,CTRICAS: !ampo eléctrico creado por dos cargas positi$as !ampo eléctrico creado por dos cargas de signo opuesto
OETIO: 0ue el alumno 2erifique 2erifique que los cuerpos son susceptibles de electrizarse 3dentifique los diferentes procedimientos de electrización de los cuerpos !ompruebe la e&istencia de los tipos de electrización que pueden adquirir cuerpos.
los
4iferencie 4iferencie los conductores conductores de los aisladores aisladores 4escriba los espectros de los campos eléctricos obtenidos entre di$ersas geometrías
electrodos de
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!oncluya que en la región que rodea a un cuerpo electrizado e&iste una fuerza de origen eléctrico que recibe el nombre de campo eléctrico
MATERIAL 1 péndulo eléctrico 1 pa5o de lana 1 pa5o de nylon 1 barra de $idrio 1 barra de poliestireno 1 barra de hierro 1 electrodo de prueba
1 soporte aislante 1 cuba electrost(tica aceite de ricino 1 juego de accesorios de la cuba electrost(tica 1 generador de $an den graaff 6 cables de cone&ión 1 agitador
DESARROLLO EPERIMENTA EPERIMENTAL L 1. E!"#$'3"'5 -! 5 "!$7o %&isten tres procedimientos por medio de los cuales los cuerpos pueden electrizarse7 por frotamiento, por contacto y8o por inducción
1.1.E!"#$'3"'o5 -! 5 "!$7o 4ispositi$o7 "e emplea un péndulo eléctrico, figura 1
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P$o"!-'8'!5#o: 9ealice las acti$idades siguientes y e&plique sus obser$aciones en cada caso7 a :rote la barra barra de $idrio $idrio con el pa5o de lana. lana. 'cérquel 'cérquela a a algunos trocitos trocitos de papel.
La barra de vidrio atrae los trocitos de papel ya que adquiere una carga negativa
b ;ue$amente ;ue$amente frote frote la barra de $idrio con el pa5o de lana lana y apro&ímela, apro&ímela, sin tocar, tocar, a la esfera de sauco del péndulo eléctrico.
La esfera de caucho es atraída por la barra de vidrio debido a que ambos cuerpos presentan cargas de naturaleza diferente.
c 'hora
frote la barra de poliestireno y apro&ímela al péndulo eléctrico, sin tocar la esfera de caucho.
La barra de poliestireno pudo atraer al péndulo a tal grado de pegarse, esto es debido a que la carga eléctrica era mayor que la de vidrio.
9epita el procedimiento anterior con el electrodo de prueba plano en su parte met(lica. %&plique detalladamente sus obser$aciones Al frotar el electrodo aparentemente no pasa nada al acercarlo a la esfera de caucho, pero una vez que es retirada el electrodo adquiere la carga del caucho
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debido a que es un conductor, de manera que al acercarla a otro material como la barra de vidrio estas se atraen, y con la barra de plástico estas se repelen.
1.2.E!"#$'3"'5 7o$ "o5#"#o )rocedimiento.<ome )rocedimiento.<ome la barra de $idrio, cargada pre$iamente pre $iamente por frotamiento con el pa5o de lana, y póngala en contacto con el electrodo de prueba plano, como se indica en la figura , y acérquelo a la esfera del péndulo eléctrico. 'note sus obser$aciones.
9epita el procedimiento anterior usando la barra de poliestireno. 4escargando pre$iamente el electrodo de prueba con los dedos. arra de vidrio! el péndulo fue atraído y repelido al instante cuando se acercaron debido al cambio de signo de la carga del péndulo. arra de poliestireno! "l péndulo fue atraído y se qued# pegado a la barra de poliestireno.
D'%"%'5: %&plique sus obser$aciones =)or qué es necesario aislar el electrodo de prueba> $orque este es un conductor, por lo que al acercarlo acercarlo a un material cargado, adquirirá la carga de dicho material.
Co5"%'o5!%: 'note las conclusiones a las que haya llegado. Los cuerpos son eléctricamente neutros, algunos materiales dependiendo de su naturaleza pueden adquirir cargas negativas o positivas. La electricidad estática se produce por frotamiento entre distintos materiales, como la lana y el vidrio .
1.9.E!"#$'3"'5 7o$ '5-""'5. '5-""'5. 4ispositi$o7 ?rmelo como se indica en la figura @
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:rote la barra de $idrio con el pa5o de lana y acérquela a la barra de metal, sin tocar, obser$e la esfera del péndulo eléctrico. "in dejar de obser$ar aleje la barra de $idrio cargada. 'l acercar la barra de $idrio a la barra de metal no le paso nada al péndulo.
9epita el e&perimento anterior, pero ahora, antes de retirar la barra de $idrio cargada eléctricamente, toque con su dedo la barra de metal como se muestra en la figura 6.
%&plique sus obser$aciones y, en en ambos casos, anote sus conclusiones. %omo el metal es conductor, conduc tor, este adquiere la carga de la barra de vidrio de manera que se repele ligeramente con la esfera de caucho. Al colocarle el dedo la barra transfiere su carga al cuerpo humano, de manera que esta queda descargada y ya no repele la esfera de caucho.
II.C%!% -! C$ E;"#$'" < F!$3% -! O$'!5 E;"#$'"o. E;"#$'"o. P$o"!-'8'!5#o.
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oque con la barra de $idrio, frotada con el pa5o de lana, la esfera de médula de sauco del péndulo durante un corto inter$alo de tiempo. 'note sus obser$aciones. Al tocar la barra de vidrio con la esfera de sauco del péndulo hizo que se pegaran por un breve periodo de tiempo.
4escargue la esfera toc(ndola con los dedos y repita el procedimiento anterior empleando la barra de poliestireno. 'note sus obser$aciones. Al tocar la barra de poliestireno con la esfera de sauco del péndulo hizo que se pegara con mayor fuerza y es más evidente la fuerza de atracci#n.
%&plique lo ocurrido, obtenga sus conclusiones. Al acercar por más tiempo la barra de vidrio cargada, esta adquiere mayor carga por lo que las fuerzas de atracci#n o repulsi#n son mayores.
;ue$amente cargue la esfera de médula de sauco, poniéndola en contacto con la barra de $idrio, pre$iamente frotada con el pa5o de lana. %&plique sus obser$aciones. La esfera adquiere la carga de la barra de vidrio .
'hora, acerque suficientemente la esfera cargada del péndulo eléctrico, sin hacer contacto, primero a la barra de $idrio cargada y después a la barra de poliestireno frotada con el pa5o de lana. %&plique sus obser$aciones y se5ale que sucede con el espacio que rodea a un cuerpo cargado. 'note sus conclusiones. La esfera de caucho está cargada igual que la barra de vidrio, por lo que al acercar ambas estas se repelen. %omo la barra de poliestireno presenta una carga de naturaleza diferente, al acercarla con la esfera de caucho estas se atraen. Lo que sucede con el espacio que rodea a un cuerpo cargado es que se presenta un sistema de fuerzas de atracci#n o repulsi#n conocido como campo eléctrico. "l campo eléctrico son el con&unto de fuerzas que e&erce una carga sobre otras.
III.Co5-"#o$!% < '%-o$!% 4ispositi$o7 'rme el dispositi$o que se muestra en la figura A.
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P$o"!-'8'!5#o: oque el e&tremo ' de la barra de poliestireno con la barra de oque d e $idrio cargada, pre$iamente, por frotamiento con el pa5o de lana. Bbser$e el péndulo eléctrico. ;o sucedió nada cuando la barra de $idrio cargada se puso en contacto con la de poliestireno. 4escargue la barra de $idrio y colóquela en el soporte aislante, en lugar de la barra de poliestireno y cargue esta #ltima repitiendo el procedimiento. ampoco sucedió nada cuando la barra de poliestireno cargada se puso en contacto con la de $idrio.
I.E%7!"#$o% I. E%7!"#$o% -! C87o E;"#$'"o. 2ierta el aceite de ricino en la cuba electrost(tica, hasta tener una capa de 6 mm de profundidad. %spol$oreé un poco de aserrín e instale una lenteja y el arillo grande +figura C, en los porta electrodos de la cuba y éstos a su $ez conéctelos a tierra y a la esfera del generador de 2an de Draaff, respecti$amente.
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P$o"!-'8'!5#o: )onga a funcionar el generador y obser$e que pasa con el aserrín. 9ealice un dibujo de lo obser$ado.
)onga a funcionar el generador y obser$e que pasa con el aserrín. 9ealice un dibujo de lo obser$ado. %l aserrín comenzó a acercarse a la lenteja, esto es debido a que las líneas de fuerza que ejerce la lenteja se dirigen hacia ella.
9ealizado lo anterior desconecte el generador, pero antes desc(rguelo tocando la esfera con un alambre, conectado pre$iamente a tierra, y remue$a por medio del agitador el aceite de ricino con el aserrín e in$ierta e in$ierta las cone&iones en los porta electrodos, de tal manera que la lenteja esté conectada a la esfera del generador y póngalo a funcionar. %l aserrín comenzó alejarse de la lenteja, debido a que las líneas de fuerza que ejerce la lenteja se hacía a fuera.
%&plique su obser$ación de7 a 4os cargas puntuales puntuales de diferen diferente te signo.
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%l aserrín dibuja líneas de atracción hacia la carga negati$a.
b 4os cargas cargas puntu puntuale aless del mismo mismo signo. signo. %l aserrín dibuja líneas de repulsión como ondas que chocas entre sí.
c 4os placas placas paralelas paralelas cargadas cargadas de diferente diferente signo que que simulen simulen un condensador de placas paralelas. 'e dibu&an líneas de fuerza con direcci#n a la placa negativa y perpendicular a esta.
d 4os arillos arillos circulares circulares cargados cargados con con diferente diferente carga, carga, de tal manera que que simulen un condensador de placas cilíndricas. "l aserrín de distribuye uniformemente hacia el anillo grande que está cargado negativamente.
e Un cuerpo cuerpo con punt punta a y una placa placa cargada cargada con signos contrarios. "l aserrín es atraído hacia el cuerpo con punta que está cargado negativamente .
CUESTIONARIO 1. =0ué =0ué es la carg carga a eléct eléctric rica> a> 1 2
La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subat#micas (pérdida o ganancia de electrones) que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos
. =!u(ntas =!u(ntas clases clases de carga carga identifi identificó có en este este e&periment e&perimento> o> $ositivas y *egativas
@. =!ómo se comportan comportan las cargas cargas eléctri eléctricas cas entre entre sí> sí> Las cargas se comportan como fuerzas de atracci#n y repulsi#n dependiendo del valor de la carga.
6. =0ué interpret interpretación ación se da al principi principio o de la conser$ación conser$ación de la carga carga eléctrica, eléctrica, cuando se carga la barra de $idrio por frotamiento con el pa5o de lana> +ue la energía en este caso la carga no se crea ni se destruye solo se transforma, y cuando se frota la barra de vidrio con el pao la carga solo es transformada.. transformada
A. =!ómo se podría podría usar una barra, barra, cargada cargada negati$amen negati$amente, te, para cargar cargar,, por inducción, dos barras met(licas, de manera que una quede con carga positi$a y otra con carga negati$a> C. =!u(l es la diferenc diferencia ia entre entre un conductor conductor y un aislador aislador> > -n conductor un es un material que permita el paso de la corriente eléctrica a través de él. -n aislante no permite el flu&o de la corriente eléctrica.
E. =!ómo afecta afecta el medio medio ambiente ambiente a estos estos e&perimento e&perimentos> s> La humedad impide el intercambio de cargas entre materiales .
-. =!ómo se se descubrió descubrió que la carga carga eléctrica eléctrica estaba estaba cuantiz cuantizada> ada> $or medio del eperimento realizado por %harles Augustin %oulomb con la balanza de torsi#n. torsi#n .
F. %&pliq %&plique ue la la Ley de !oul !oulomb omb.. La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interact/an dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la
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magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
1G. 4efina los siguientes términos7 a !ampo, b )olarización, c 4ipolo, d 3onización, e !arga puntual, f Dradiente de potencial a !ampo7 influencia que una o m(s cargas ejercen sobre el espacio que las rodea. b )olarización7 es el campo $ectorial que e&presa la densidad de los momentos eléctricos dipolares permanentes o inducidos en un material dieléctrico. c 4ipolo7 compuesto por dos cargas eléctricas. d 3onización7 es el proceso químico o físico mediante el cual se producen iones, éstos son (tomos o moléculas cargadas eléctricamente debido al e&ceso o falta de electrones respecto a un (tomo o molécula neutra. e !arga )untual7 es una carga eléctrica hipotética, de magnitud finita, contenida en un punto geométrico carente de toda dimensión, en otras palabras una carga puntual consiste en dos cuerpos con carga que son muy peque5os en comparación con la distancia que los separa. separa . f Dradiente de )otencial7 es la relación que da un campo eléctrico en cualquier punto del aislamiento, en función de la posición de este punto. 11. =)or qué las líneas de fuerza nunca se cruzan> $orque representan la magnitud del campo eléctrico de una carga, son líneas separadas uniformemente y perpendiculares al campo campo..
1. Bbtenga el $alor de %, entre las placas de un condensador, a partir de la Ley de Dauss. " 0 +1 r2
1@. =0ué es una superficie equipotencial> "s el lugar geométrico de los puntos de un campo escalar en los cuales el 3potencial de campo3 o valor numérico de la funci#n que representa el campo, es constante.
16. 4os cargas, de magnitud y signos desconocidos, est(n separados una distancia d. la intensidad del campo eléctrico es cero en un punto situado entre ellas, en la línea que las une. =0ué se puede decir respecto a las cargas> La suma de las fuerzas de atracci#n o repulsi#n que e&ercen ambas cargas es cero, es decir que se anulan entre sí.
1A. %&plique la Ley de Dauss 1 4
"stablece que el flu&o eléctrico neto a través de cualquier superficie cerrada es igual a la carga neta de la superficie dividida por la permitividad eléctrica del medio.
CONCLUSION !omo pudimos $er el campo magnético es producido por la corriente eléctrica que circula por un conductor. a ambién analizamos que este campo de fuerzas est( formado por cargas eléctricas en mo$imiento, que se manifiestan por la fuerza que e&perimenta una carga eléctrica al mo$erse en su interior. )or lo tanto e&isten materiales que conducen m(s que otros y que almacenan mejor su carga al polarizarse.
ILIOGRAF=A :ísica moderna de "erHay, Ic DraH Jill omo 33 4iccionario %nciclopédico "al$at, K 1F-A "al$at %ditores !olombia ".'. 4iccionario de la lengua espa5ola,1FF,%d. %spasa calpe ".'
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