Facultad Regional Concordia E j er cici ci cios os F í si ca I I
Alumnos:
B en i tez tez Raf ael ael
Rig Ri go Jaia Jai a
Rome Romerr o Geor Georgi gin n a
V el azqu azque ez V i ctor i a
TRAB AJ O PRA CTICO Nº1: LEY DE CO ULOMB
1) Dos cargas puntuales q = 3 x 10 -9 C y q´ = 10 uec se encuentran en el aire a una distancia de 15 mm una de a otra. Calcular la fuerza de repulsión en Dynas y Newton. Datos:
2) Calcular la distancia a que debe colocarse una carga de 500 uec de otra de igual signo de 3000 uec para que la fuerza de repulsión sea de 3 g. Datos:
3) Dadas tres partículas iguales m 1 = m2 = m3 que forman un triangulo rectángulo cuyo ángulo recto esta sobre m 2. La distancia entre m 1 y m2 es igual a la distancia entre m 2 y m3 m = 100 uec
d = 10 cm Calcular la fuerza actuante sobre m 2
TRAB AJ O PRA CTICO Nº1: LEY DE CO ULOMB
1) Dos cargas puntuales q = 3 x 10 -9 C y q´ = 10 uec se encuentran en el aire a una distancia de 15 mm una de a otra. Calcular la fuerza de repulsión en Dynas y Newton. Datos:
2) Calcular la distancia a que debe colocarse una carga de 500 uec de otra de igual signo de 3000 uec para que la fuerza de repulsión sea de 3 g. Datos:
3) Dadas tres partículas iguales m 1 = m2 = m3 que forman un triangulo rectángulo cuyo ángulo recto esta sobre m 2. La distancia entre m 1 y m2 es igual a la distancia entre m 2 y m3 m = 100 uec
d = 10 cm Calcular la fuerza actuante sobre m 2
d = 10 cm Calcular la fuerza actuante sobre m 2
Suponiendo que son todas cargas positivas las fuerzas actuantes entre ellas serán todas de repulsión. Datos:
100 uec
localizadas 3 cargas cargas puntuales puntuales como como se observa observa en la la figura q 1 = 20 μC, 4) A lo largo del eje X están localizadas q2 = 9 μC, μC, la separación entre ambas es de 2.5 m ¿Cual es la coordenada en X de q fuerza resultante que actúa sobre ella sea igual a cero?
3
para que la
Datos:
Debido a que la distancia debe ser positiva, la solución será X=1,46 m
5) El núcleo del átomo de helio tiene una carga de +2e y el de neón +10e. Hallar la fuerza de repulsión de ambos núcleos situados en el vacío y a una distancia de 3.10
-9
m.
Datos:
6) El átomo de hidrogeno tiene un protón en su núcleo y un electrón en su órbita. Suponiendo que la órbita que recorre el electrón es circular y que la distancia entre ambas partículas es 5,3 x 10 Hallar: a- La fuerza de atracción entre el protón y el electrón b- La velocidad lineal del electrón en m/s y en km/h
Datos:
-11
m.
⁄
a)
b)
Dado que:
Queda:
La masa de un electrón es
, entonces
=
7) Dos esferas de 3.10 -2 kg de masa cuelgan en equilibrio como se muestran en la figura. La longitud de cada hilo es de 0.15 m y el ángulo ϴ es de 5º. Encontrar la magnitud de la carga de cada esfera.
Datos:
Para el equilibrio se debe cumplir:
8) En la teoría de Bohr respecto al átomo de hidrogeno, un electrón se mueve en una órbita circular alrededor de un protón, siendo el radio de la órbita 0.529 x 10 -10 m. Encontrar: a- El valor de la fuerza eléctrica ejercida entre ambos b- Si esta fuerza es la que causa la aceleración centrípeta del electrón ¿Cuál es la velocidad de este último?
Datos:
a)
b)
⁄
TRAB AJ O PRA CTICO Nº2: CA MPO EL ÉCTRICO
TRAB AJ O PRA CTICO Nº2: CA MPO EL ÉCTRICO
1) Hallar la intensidad del campo eléctrico E en el aire a una distancia de 30 cm de la carga q1 = 5 x 10-9 coul y la fuerza que actúa sobre una carga q2 = 4 x 10-10 coul situada a 30 cm de q1. F=
)() (
F=2x10-7 N
E=
2) Hallar la intensidad del campo eléctrico en el aire entre 2 cargas puntuales de q1 = 20 x 10-8 coul y q2 = -5 x 10-8 coul distante 10 cm. A
( )
E=18x10-4 N/C a- Calcular la fuerza que actúa sobre una carga de 4 x 10-8 C situada en el punto medio que une las dos cargas.
( )( ) =
F1-2
;(de repulsión)
F1-2= 0,029 N F2-3=
)();(de atracción) (
F2-3= -7,2x10-3 N
Ambas actúan en el mismo sentido y en la misma recta de acción por lo tanto las mismas se suman:
F= 0,036 N La intensidad total en dicho sistema es la suma de los módulos de E E1= = 720.000 N/C
= -180.000 N/C E= 2
E= E1 + [E2]= 900.000 N/C
1
y E2:
E= E1 + [E2]= 900.000 N/C b- Si en lugar de la carga de -5 x 10-8 coul se coloca otra de 5 x 10-8 C, calcular la intensidad del campo eléctrico F1-2= 0,029 N F2-3=
)();(de repulsión) (
F2-3= 7,2x10-3 N
En este caso ambas fuerzas actuantes tienen la misma dirección pero sentidos opuestos por lo tanto el valor de la resultante será:
F= F1-2 – F2-3 = 0,0218 La intensidad del campo en este caso será la diferencia entre E 1 y E2. E1= = 720.000 N/C
= 180.000 N/C E= 2
E= E1 – E2
E= 540.000 N/C 3) La intensidad del campo eléctrico entre 2 laminas es E = 30000 N/C. a- ¿Cuál es la fuerza ejercida sobre un electrón que pasa entre ellas? b- ¿Cuál es la aceleración de un electrón cuando está sometido a esa fuerza? a- ¿Cuál es la fuerza ejercida sobre un electrón que pasa entre ellas? F= E.q F= 30000 N/C . 1,602x10 -19 C
F= 4,8x10-15 N
b- ¿Cuál es la aceleración de un electrón cuando está sometido a esa fuerza? a= F/m a= 4,8x10 -15 N/ 9,11x10-31 Kg
a= 5,27x1015 m/s2
4) Se proyectan varios protones con una velocidad inicial Vi = 9.55 x 103 m / s en una región donde se encuentra un campo eléctrico uniforme E = -720 N/C. Los protones deben alcanzar una distancia horizontal de 1.27 mm desde el punto por donde los protones atraviesan el plano y entran al campo eléctrico. Calcular:
a- Los dos ángulos de proyección que logren el resultado esperado.
θ1= arcsen((0.00127m x 6.88x1010 / (9.55x103)2) / 2) θ1= 36
18'
゜
θ2= (180 θ2= (180 θ2= 53
- 2 x (θ1)) / 2
゜
- 2 x (36
゜
18')) / 2
゜
19'
゜
b- El tiempo total de vuelo para cada una de las trayectorias.
Para
Para
⁄ ⁄
5) Un dipolo formado por un electrón y un protón separados una distancia de 4 x 10-8 cm está colocado de modo que su eje coincide con el eje X, su punto medio coincide con el origen y el electrón queda a la izquierda del origen. Calcular y representar las componentes del campo eléctrico creado por el dipolo en: a- El origen del plano XY
√
b- En los puntos de la bisectriz del eje del dipolo.
6) Una pequeña pelota de plástico de 5 g de masa se encuentra colgando de un hilo de 20 cm de largo en un campo eléctrico uniforme como se ilustra en la figura. Si la pelota está en equilibrio cuando forma un ángulo de 10° con la vertical. ¿Cuál es la carga neta de la pelota?
T x cos Ө = m x g T x sen Ө = F = qp x E T= mxg Cos Ө T = 0,049 [N]
qp = T sen Ө E qp = 8,64 x 10-6[C]
7) Una esfera no conductora de radio a, tiene una densidad de carga volumétrica uniforme ρ y una carga total positiva Q. Calcular el campo eléctrico en: a. Un punto exterior a la esfera.
∫
∫ Donde: A es la superficie de la esfera a cuyo radio se encuentra la carga; E como ε son constantes, por lo que salen fuera de la integral:
es igual a 1; y tanto
∫
b. Un punto interior a la esfera.
Donde:
∫
8) Un electrón entra a la región de un campo eléctrico uniforme E = 200 N/C con una velocidad inicial vi = 3 x 106 m/s. La longitud horizontal de las placas es L = 0.1 m a- Determinar la aceleración del electrón mientras se encuentra entre las placas. b- Determinar el tiempo que el electrón se encuentra bajo la acción del campo eléctrico c- Si suponemos que el electrón entra al campo en yi = 0 cuál es la separación mínima que deben tener las placas para que el electrón pueda salir sin impactar.
E = 200N/C
E = 200N/C Vi = 3x106 m/s L = 0,1 m qe = 1,602x10 -19 C me = 9,11x10-31 kg a.
b.
c.
a = 3,517x10 13 m/s2
⁄ t = 3,33x10-8 s
y = 0,019m
9) Tres cargas están colocadas en las esquinas de un cuadrado, como se muestra en la figura. Cada lado del cuadrado es de 30 cm. Calcular: - El campo eléctrico E en la cuarta esquina p. - ¿Cuál sería la fuerza sobre una carga de 6 μC situada en la esquina vacante?
q1 = 8 μC = 8x10-6 C q2 = -5 μC = -5x10-6 C q3 = -4 μC = -4x10-6 C d = 30 cm = 0,3 m qp = 6 μC = 6x10 -6 C a.
i.
i.
E 1 = 400.000 N/C
ii.
E 2 = 500.000 N/C
iii.
E 3 = 400.000 N/C E x = 400.000 N/C (cos 45 0) – 400.000 N/C E x = -117.157,29 N/C 0 E y = 500.000 N/C – 400.000 N/C (sin 45 )
E y = 217.157,29 N/C
E = 246.745,049 N/C
b.
F = 1,48 N
TRAB AJ O PRA CTICO Nº 3: POTENCIAL
TRAB AJ O PRA CTICO Nº 3: POTENCIAL
1) ¿Cuál debe ser la magnitud de una carga puntual positiva para que el potencial eléctrico en un punto a 10 cm de ella sea de 100 V?
Datos:
2) Supongamos 4 cargas colocadas en los vértices de un cuadrado, cada uno de los lados del cuadrado mide una distancia a = 1 m ¿Cuál es el potencial eléctrico en el centro del cuadrado, en el centro de la distancia entre q ¿Cuál es el potencial eléctrico sobre la carga q 2 debido a las cargas q 3, q4 y q1? q1 = 1.10-8 C q2 = -2.10-8 C q3 = 3.10-8 C q4 = 2.10-8 C
Datos:
Potencial eléctrico en el centro del cuadrado (p): Datos:
√
1
y q2?
√
[ ] [ ]
Potencial eléctrico en el centro de la distancia entre
√
y
(P1):
Datos:
Potencial sobre la carga
√
[ ] [ ] :
Datos:
[ ]
3) Para mover una carga de 0,5 μC de un punto a otro se requieren 9 μJ. ¿Qué diferencia de potencial existe entre los dos puntos y cuál es la distancia entre ellos?
Datos:
Hallo la diferencia de potencial entre los dos puntos:
La distancia (r) entre los puntos no se puede calcular, necesitamos otra carga externa.
4) Dos esferas conductoras A y B de 5 cm de radio están colocadas de modo que sus centros distan 1 m. Si la esfera A tiene una carga de 50.10 -9 C y la B de -25.10 -9 C.
Calcular el potencial de cada una y dibujar el potencial en el centro y sobre la superficie de la esfera. ¿Cuál es la diferencia de potencial entre las esferas?
Calcular el potencial de cada una y dibujar el potencial en el centro y sobre la superficie de la esfera. ¿Cuál es la diferencia de potencial entre las esferas?
A
B d=1 m
Datos:
El potencial dentro de las esferas es cte. Calculo los potenciales en A y en B.
V
A
B
8775 -
4250
1500
0,1
-4050
0,25
X
Luego hallo la diferencia de potencial entre las esferas A y B:
5) En los puntos A y B se colocan cargas eléctricas de 200 pC y -100 pC, respectivamente, siendo la distancia entre ambas de 1 m y el medio existente el aire. a- Calcular el trabajo necesario para trasladar una carga de 5 x 10 -4 C desde el punto C distante 0.8 m de A hasta el punto D ubicado a 20 cm de A. Ambos puntos se encuentran entre A y B b- Determinar cuál de los dos puntos se encuentra a mayor potencial.
̅ ̅ ̅ ̅ Datos:
a-
b-
̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅
6) Dos cargas puntuales de 12.10 -9 C y -12.10 -9 C están separadas 10 cm como indica la figura. a- Calcular los potenciales en los puntos a, b y c b- Calcular la energía potencial de una carga puntual de 4.10 -9 C cuando se encuentra colocada en los puntos a, b, y c. c- Cual es la diferencia de potencial entre los puntos a y b, b y a, b y c. d- Que trabajo sería necesario para llevar una carga puntual de 4.10 -9 C desde a hasta b, sin aumentar su energía cinética? ¿Y de c hasta a?
Datos:
a-
b-
c-
d-
7) ¿Cuál es el potencial para cada una de las siguientes distancias, medidas desde una carga de 2 μC: r = 10 cm y r = 50 cm? b- ¿Cuánto trabajo se requiere para mover una carga de 0.05 μC desde un punto en r = 50 cm hasta un punto en r = 10 cm?
Datos:
aCon
Con
b-
Con
TRABAJO PRACTICO Nº1 DE LABORATORIO: ELECTROESTATICA
Objetivos: Interpretar los fenómenos de la electricidad estática entre las cargas eléctricas, utilizando el generador de Van der Graaf.
CONSIDERACIONES TEÓRICAS:
El término electricidad, y todos sus derivados, tienen sus orígenes en las experiencias realizadas por Tales de Mileto, un filósofo griego que vivió en el siglo sexto antes de Cristo. Tales estudió el comportamiento de una resina fósil, el ámbar -en griego elektron-, observando que cuando era frotada con un paño de lana adquiría la propiedad de atraer hacia sí pequeños cuerpos ligeros; los fenómenos análogos a los producidos por Tales con el ámbar o elektron se denominaron fenómenos eléctricos y más recientemente fenómenos electrostáticos.
La electrostática es la parte de la física que estudia este tipo de comportamiento de la materia, se preocupa de la medida de la carga eléctrica o cantidad de electricidad presente en los cuerpos y, en general, de los fenómenos asociados a las cargas eléctricas en reposo. Como sucede con otros capítulos de la física, el interés de la electrostática reside no sólo en que describe las características de unas fuerzas fundamentales de la naturaleza, sino también en que facilita la comprensión de sus aplicaciones tecnológicas. Desde el pararrayos hasta la televisión una amplia variedad de dispositivos científicos y técnicos están relacionados con los fenómenos electrostáticos.
Cuando a un cuerpo se le dota de propiedades eléctricas se dice que ha sido electrizado. La electrización por frotamiento permitió, a través de unas cuantas experiencias fundamentales y de una interpretación de las mismas cada vez más completa, sentar las bases de lo que se entiende por electrostática.
Si una barra de ámbar (de caucho o de plástico) se frota con un paño de lana, se electriza. Lo mismo sucede si una varilla de vidrio se frota con un paño de seda. Aun cuando ambas varillas pueden atraer objetos ligeros, como hilos o trocitos de papel, la propiedad eléctrica adquirida por frotamiento no es equivalente en
ambos casos. Así, puede observarse que dos barras de ámbar electrizadas se repelen entre sí, y lo mismo sucede en el caso de que ambas sean de vidrio. Sin embargo, la barra de ámbar es capaz de atraer a la de vidrio y viceversa.
Las experiencias de electrización pusieron de manifiesto que:
“Cargas eléctricas de distinto signo se atraen y cargas eléctricas de igual signo se repelen”
Cuando se frota la barra de vidrio con el paño de seda, se observa que tanto una como otra se electrizan ejerciendo por separado fuerzas de diferente signo sobre un tercer cuerpo cargado. Pero si una vez efectuada la electrización se envuelve la barra con el paño de seda, no se aprecia fuerza alguna sobre el cuerpo anterior. Ello indica que a pesar de estar electrizadas sus partes, el conjunto paño-barra se comporta como si no lo estuviera, manteniendo una neutralidad eléctrica.
Se ha visto que existen en la Naturaleza dos tipos de cargas, positiva y negativa, y que la cantidad más pequeña de carga es el electrón (misma carga que el protón, pero de signo contrario). También se ha visto que existe una fuerza entre las cargas.
La unidad natural de carga eléctrica es el electrón, que es: La menor cantidad de carga eléctrica que puede existir.
Como esta unidad es extremadamente pequeña para aplicaciones prácticas y para evitar el tener que hablar de cargas del orden de billones o trillones de unidades de carga, se ha definido en el Sistema Internacional de Unidades el culombio: Un Culombio es la cantidad de carga que a la distancia de 1 metro ejerce sobre otra cantidad de carga igual, la fuerza de 9 x 109 N.
De todo lo anterior concluimos que los electrones y los protones tienen una propiedad llamada carga eléctrica, los neutrones son eléctricamente neutros ya que carecen de carga. Los electrones tienen una carga negativa mientras que los protones la tienen positiva.
El átomo está constituido por un núcleo. Un átomo normal es neutro, ya que tiene el mismo número de protones o cargas positivas que de electrones o cargas negativas. Sin embargo, un átomo puede ganar electrones y quedar cargado negativamente, o bien puede perderlos y cargarse positivamente.
Electroscopio El electroscopio consta de una base de metal sobre la que se ha montado un aro de blindaje, de hierro, para la distribución de campo definida. El aro de hierro está provisto de un clavijero de 4 mm para la conexión a tierra. El soporte para el indicador, montado en punta, se encuentra aislado dentro del aro de blindaje. El indicador está suspendido de manera asimétrica, de modo que su propio peso forma un par antagonista. Conectado al soporte del indicador, y en la parte superior del equipo, en el aislador, se encuentra un clavijero de 4 mm para el alojamiento de la esfera y de la base del condensador.
Experiencia
Carga del electroscopio por contacto con un cuerpo previamente cargado • •
•
Insertar la esfera o la base del condensador en el electroscopio. Frotar con fuerza las varillas de frotación con el material adecuado (PVC, o bien varillas de vidrio con, por ejemplo, láminas de plástico). Tocar la esfera o la base del condensador con la barra previamente frotada. El indicador se desvía. Alejar la varilla de frotación. El indicador mantiene su desviación.
•
Tocar la esfera con la mano. El indicador retorna a su posición original.
Carga del electroscopio por inducción • • • • •
Acercar la varilla previamente frotada a la esfera (o a la base del condensador), pero sin que llegue a tocarla. El indicador se desvía. Alejar la varilla. El indicador retorna a su posición anterior. Acercar nuevamente la varilla. El indicador se vuelva a desviar. Tocar brevemente la esfera con un dedo para así descargarla. El indicador retorna a su posición anterior. Alejar ahora la varilla. El indicador se vuelve a desviar.
Generador de Van der Graff: El generador de Van der Graff, GVG, es un aparato utilizado para crear grandes voltajes. Se basa en los fenómenos de electrización por contacto y en la inducción de carga. Este efecto es creado por un campo intenso y se asocia a la alta densidad de carga en las puntas.
Descripción:
Consta de: 1.-
Una esfera metálica hueca en la parte superior.
2.- Una columna aislante de apoyo que no se ve en el diseño de la izquierda, pero que es necesaria para soportar el montaje.
3.- Dos rodillos de diferentes materiales: el superior, que gira libre arrastrado por la
correa y el inferior movido por un motor conectado a su eje.
4.- Dos “peines” metálicos (superior e inferior) para ionizar el aire. El inferior está conectado a tierra y el superior al interior de la esfera.
5.-
Una correa transportadora de material aislante.
6.-
Un motor eléctrico montado sobre una base aislante cuyo eje también es el eje del cilindro inferior.
Funcionamiento: Una correa transporta la carga eléctrica que se forma en la ionización del aire por el efecto de las puntas del peine inferior y la deja en la parte interna de la esfera superior. Veamos el funcionamiento de uno didáctico construido con un rodillo inferior recubierto de moqueta de fibra y el rodillo superior hecho de metal. El rodillo inferior está fuertemente electrizado (+), por el contacto y separación (no es un fenómeno de rozamiento) con la superficie interna de la correa de caucho. Se electriza con un tipo de carga que depende del material de que está hecho y del material de la correa. El rodillo induce cargas eléctricas opuestas a las suyas en las puntas del “peine” metálico.
El intenso campo eléctrico que se establece entre el rodillo y las puntas del “peine” situadas a unos milímetros de la banda, ioniza el aire. Los electrones del peine no abandonan el metal pero el fuerte campo creado arranca electrones al aire convirtiéndolo en plasma. El aire se vuelve conductor, los electrones golpean otras moléculas, las ionizan, y son repelidas por las puntas acabando por depositarse sobre la superficie externa de la correa.
Las cargas eléctricas negativas (moléculas de aire con carga negativa) adheridas a la superficie externa de la correa se desplazan hacia arriba. Frente a las puntas inferiores el proceso se repite y el suministro de carga está garantizado. La carga del rodillo inferior es muy intensa porque la carga que se forma al rozar queda acumulada y no se retira, mientras que las cargas depositadas en la cara externa de la correa se distribuyen en toda la superficie, cubriéndola a medida que va pasando frente al rodillo. La densidad superficial de carga en la correa es mucho menor que sobre el rodillo. Por la cara interna de la correa van cargas opuestas a las del cilindro, pero estas no intervienen en los procesos de carga de la esfera.
Recuerda que la correa no es conductora y la carga depositada sobre ella no se mueve sobre su superficie.
Parte superior: Supongamos que nuestro generador tiene un rodillo de teflón que se carga negativamente por contacto con la correa. Este rodillo repele los electrones que llegan por la cara externa de la correa. El peine situado a unos milímetros frente a la correa tiene un campo eléctrico inducido por la carga del cilindro y de valor intenso por efecto de las puntas. Las puntas del peine se vuelven positivas y las cargas negativas se van hacia el interior de la esfera. Un generador de Van der Graff no funciona en el vacío. La eficacia depende de los materiales de los rodillos y de la correa. El generador puede lograr una carga más alta de la esfera si el rodillo superior se carga negativamente e induce en el peine cargas positivas que crean un fuerte campo frente a él y contribuyen a que las cargas negativas se vayan hacia la parte interna de la esfera.
El campo creado en el “peine” por efecto de las puntas ioniza el aire y lo transforma en plasma con electrones libres chocando con moléculas de aire. Las partículas de aire cargadas positivamente se alejan de las puntas (viento eléctrico positivo). Las cargas positivas neutralizan la carga de la correa al chocar con ella. La correa da la vuelta por arriba y baja descargada. El efecto es que las partículas de aire cargadas negativamente se van al peine y le ceden el electrón que pasa al interior de la esfera metálica de la cúpula que adquiere carga negativa. Por el efecto Faraday (que explica el por qué se carga tan bien una esfera hueca) toda la carga pasa a la esfera y se repele situándose en la cara externa. Gracias a esto la esfera sigue cargándose hasta adquirir un gran potencial y la carga pasa del peine al interior.
Principios en que se basa el GVG
Electrización por frotamiento: Faraday explicó la transmisión de carga a una esfera hueca. Cuando se transfiere carga a una esfera tocando en su interior, toda la carga pasa a la esfera porque las cargas de igual signo sobre la esfera se repelen y pasan a la superficie externa. No ocurre lo mismo si tratamos de pasarle carga a una esfera (hueca o maciza) tocando en su cara exterior con un objeto cargado. De esta manera no pasa toda la carga. Inducción de carga. Efecto de las puntas: ionización
CUESTIONARIO 1- Explicar la causa del fenómeno Observado. Dos láminas delgadas, de aluminio, A, están fijas en el extremo de una varilla metálica, B, que pasa a través de un soporte. C. Cuando se toca la bola del electroscopio con un cuerpo cargado, las hojas adquieren cargas del mismo signo y se repelen, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido.
2- ¿De qué forma podemos determinar cuando un cuerpo es conductor o aislador utilizando un Electroscopio? Si conectamos un extremo de un hilo de cobre a la bola de un electroscopio, estando el otro extremo sostenido por una barra de vidrio, como indica la figura. Si se toca con una barra de ebonita cargada el extremo más alejado del hilo, las hojas del electroscopio se separarán inmediatamente. Se ha transmitido, por tanto, una descarga a lo largo del hilo, y se dice que el hilo es un conductor. Si se repite el experimento utilizando una fibra de seda o una cinta de goma, en lugar del hilo de cobre, las hojas del electroscopio no divergen y se dice que la seda o la goma son un dieléctrico o aislador, para nuestro propósito podemos decir que los conductores permiten el paso cargas a través de ellos, mientras que los aisladores no lo permiten.
DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA:
Aguja de Descarga: La aguja de descarga se enchufa en la parte superior de la cúpula con la aguja señalando hacia arriba. A oscuras se puede observar una descarga de la punta. La corriente que fluye desde la aguja se puede medir y también se observa que la cúpula no puede producir una chispa grande puesto que la cúpula no puede alcanzar un voltaje muy alto si una punta afilada está unida a la cúpula. También se puede acercar la llama de una vela a la punta y el viento electrostático generado por la ionización del aire hará mover e incluso apagar la llama.
Flujo de Cargas Hacia las puntas: En esta demostración clásica, el profesor o un estudiante voluntario se encuentra sobre una base aislada y coloca su mano en la esfera del generador. Un asistente se convierte en el generador, y el pelo del asistente en punta. Se podrá ver que a medida que el asistente se va cargando sus pelos se separan a causa de la repulsión de cargas de igual signo.
CUESTIONARIO
1- Describir y fundamentar las experiencias realizadas con el generador de Van der Graaff.
Flujo de Cargas hacia las puntas Mientras la persona, que se encuentra aislada de tierra, está en contacto con la esfera, se enciende el generador. Las cargas generadas en la esfera, por efecto de electrización por contacto, se conducen a la persona y, por efecto de punta, buscan los extremos que tengan menor radio que se hallan en el pelo. Las cargas en los extremos tienen el mismo signo y por lo tanto se repelen, provocando que los pelos se paren y separen.
Descargas eléctricas
La esfera cargada ioniza el aire que la rodea, es por esto que al acercarnos sentimos pequeñas descargas eléctricas, ya que actuamos de medio conductor más cercano. Podemos observar chispas o también arcos voltaicos, que serán más evidentes cuanto menor sea el radio de curvatura, como en la yema de los dedos, y cuanto mayor tiempo haya estado funcionando el generador (está mas cargado). El efecto también se pudo observar y con mayor notoriedad, al acercar una esfera de cobre de menor radio de curvatura que la esfera del generador.
Viento eléctrico Las cargas que ionizan el aire provocan el movimiento del mismo, causando un efecto de viento que se hace evidente al acercar una llama a la esfera.
Tubo fluorescente En el campo eléctrico producido por la esfera, acercamos un tubo fluorescente que contiene un gas inerte, sostenido por una persona de manera tal que uno de los bornes esté cerca de la superficie de la esfera. La diferencia de potencial entre sus extremos produce una descarga interna que hace que el gas se ionice, produciéndose una coloración dentro del tubo.
Aspas giratorias Se ubica un aspa de tres brazos cuyas puntas están afiladas sobre un soporte que le permite girar, este se coloca en la parte más alta de la esfera. Se pone en funcionamiento el generador y se observa que el aspa empieza a girar en sentido contrario a la dirección de las puntas de cada brazo, ya que estas están cargadas con el mismo signo y se repelen.
2- Llegado al punto donde la carga es máxima, calcule: a. El valor de la carga: Teniendo en cuenta el potencial, podemos asegurar; que si el Potencial es máximo, la carga ha llegado a su punto máximo y el valor de la misma esta dado por:
