informe nº 1 labo 3
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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE
SAN MARCOS(Universidad del Perú, Decana de América)
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS
Profesora: Mirian Esther Mejía Santillán
Alumnos: David Alonso De La Cruz Huallpa 12130124
Alejandro Condori Alvarado 12130080
César Riofrío Vela 12130132
Turno: Sección 1
Horario: 10:00 – 13:00
Experiencia N°1:
CARGA ELECTRICA
[UNMSM]
I. OBJETIVOS
Comprobar experimentalmente la existencia de la propiedad de
la materia llamada carga eléctrica.
Experimentar con la electrificación de cuerpos mediante los
diversos procesos.
Verificar la interacción de cuerpo de carga de igual signo y de
signos opuestos.
Conocer el funcionamiento de los principios físicos de un
generador electrostático-máquina de Wimshurst y la máquina
de Van de Graff.
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II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Se atribuye a Thales de Mileto (640-548 A.C.) haber
observado que trozo de ámbar frotado con un paño o
una piel adquiere la propiedad de atraer cuerpos
livianos. W. Gilbert (1540 – 1603) comprobó que no
solo el ámbar al ser frotado atraía cuerpos ligeros, sino
también lo hacían muchos otros cuerpos como el
vidrio, la ebonita, la resina, el azufre, etc. Cuando
sucede esto se dice que el cuerpo ha sido electrizado por
frotamiento. Aceptamos que ha aparecido en ellos una “cantidad de
electricidad” o una cierta carga eléctrica que es la causa de las atracciones,
o también las repulsiones, que se producen.
La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas
subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión
entre ellas.
Propiedades:3
[UNMSM]
1. Dualidad : La carga eléctrica se presenta en forma dual como carga
positiva y negativa. Charles du Fay comprendió la existencia de dos
tipos de carga la resinosa y la vítrea. La resinosa se debe a la carga
que obtiene el ambar al ser frotado con una tela de lana; y la vítrea se
debe a la carga que obtien el vidrio al ser frotado con seda.
Posteriormente Franklin identifica a la carga vítrea como positiva¿ y
a la resinosa como negativa ¿.
2. Conservación : En todo sistema aislado la carga eléctrica se conserva.
“La suma algebraica de las cargas eléctricas en un sistema aislado es
constante”
3. Cuantización de la carga eléctrica : La carga eléctrica de un cuerpo es
un múltiplo entero de la carga del electrón. La mínima porción de
carga eléctrica que se transmite de un cuerpo a otro es la carga del
electrón.
q±=ne−¿¿
n→Número deelectrones ganados¿
e−¿→cargadel electrón(1,6× 10−19C )¿
4. Invariancia relativista : El valor de la carga eléctrica no depende del
sistema de referencia; no depende de la velocidad del cuerpo
cargado.
Formas de cargar eléctricamente un cuerpo.
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[UNMSM]
1. Por frotamiento : Las partículas con carga eléctrica se transmiten de
un cuerpo a otro al ser frotados mutuamente. Los cuerpos, al final,
obtienen cargas diferentes.
2. Por contacto : La carga eléctrica se comparte, al final los cuerpos
obtienen el mismo tipo de carga.
3. Por inducción : Se reordena la carga, una conexión a tierra genera la
carga en un cuerpo.
Leyes Electrostáticas
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[UNMSM]
1. Ley Cualitativa .- De acuerdo a Charles du Fay y Benjamin Franklin,
existen dos tipos de cargas. Los experimentos determinaron: “Cargas
de igual signo se repelen y de signo contrario se atraen”
2. Ley Cuantitativa .- Fue enunciada por Charles Coulomb, establece
que: “La magnitud de la fuerza de atracción o repulsión entre dos
partículas cargadas es directamente proporcional al producto del
valor de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia que las separa; su dirección están en la línea que une las
partículas”
III. MATERIALES VISTOS EN CLASE
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[UNMSM]
Máquina de Wimshurst modelo U15310
Máquina de Van de Graff
Juego de equipos electrostáticos
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Péndulo de tecnoport y en medio el Electroscopio
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[UNMSM]
Barras de vidrio, acetato, vinilita y tubo de plástico
Seda y Lana
IV. PROCEDIMIENTO
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[UNMSM]
A. Ubique en la mesa de trabajo, en la posición más adecuada, la
Máquina de Wimshurst y de Van Der Graff.
B. Experimente la interacción entre las barras cargadas y las esferas
de tecnopor que está suspendida en el péndulo eléctrico.
A-1. Máquina de Wimshurst
3. Identifique las partes de las máquinas electrostáticas.
4. Gire lentamente la manivela en sentido horaria, los conductores
transversales deben señalar, por arriba, hacia la izquierda y, por
debajo, hacia la derecha, en un ángulo de 45º, en relación con la
barra de aislamiento.
5. Mantenga el interruptor de aislamiento abierto y anote lo
observado.
No se realiza descarga alguna porque el circuito está abierto.
6. Ahora cierre el interruptor, anote lo observado.
Ahora si se realiza descarga.
7. Conecte las botellas de Leyden, anote lo observado. Los pasos 5, 6
y 7 se efectúan girando las manivelas del equipo.
8. Determine la polaridad del generador electrostático por medio de
un electroscopio, este último se carga con un electrodo y se toca
luego con una barra de plástico previamente frotada con lana.
Anote el signo de la carga.
9. Ahora acerque una lámpara de fluorescente y anote lo observado,
identifique la polaridad de la lámpara.
No se realizó este paso.
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10. Descarga de punta; colocar la rueda de punta sobre el rodamiento
de agujas en el soporte, conectar la fuente de carga y transmitir la
carga, anote lo observado.
Este gira en sentido horario si se ve desde arriba porque al
cargarse, en donde tiene menor superficie sus electrones empiezan
a moverse y también mueve los electrones que tiene el aire y esto
pareciera que estuviera botando aire y es así como gira.
11. Péndulo doble; colocar un péndulo de bolitas de saúco en soporte
con gancho, conectar a la fuente de carga y transmitir una carga a
través de esta, anote lo observado.
No se realizó este paso.
12. Clavija de conexión en pantalla de seda; conectar la clavija de
conexión en pantalla de seda sobre el soporte, conectar a las
fuentes de carga y acrecentar lentamente la carga aplicada, anote
lo observado.
No se realizó este paso.
13. Juego de campanas; colocar sobre el juego de campanas,
conectar la fuente de carga y aumentar lentamente la carga
suministrada, anote lo observado.
Se observa que los péndulos empiezan a sonar levemente.
14. Tablero de destellos; colocar el tablero de destellos en el soporte,
conectar las fuentes de carga y aumentar lentamente el volumen de
la carga suministrada, anote lo observado.
Se observa como la descarga pasa por cada placa de estaño y
parece ser que todas las descargas son al mismo tiempo pero no es
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[UNMSM]
así las descargas pasan de una placa a otra pero con una gran
velocidad.
15. Danza eléctrica; colocar el tablero de base sobre el soporte,
colocar sobre él bolitas de saúco de 5 a 8 unidades, y poner
encima de la cubierta con electrodos esféricos invertida, conectar
la fuente de carga y aumentar lentamente la cantidad de carga
suministrada, anote lo observado.
Se observa como las bolitas se mueven a través del medio interno
ya que adentro tiene una intensidad de campo eléctrico.
16. Aparato fumívoro; colocar el tablero de base sobre el soporte,
invertir sobre este la cubierta con electrodos de punta y conectar la
fuente de carga. Hace penetrar en la cubierta el humo de un
cigarro o de una vela de humo, anote lo observado.
No se realizó este paso.
17. Carril de rodamiento con bolas; colocar sobre el soporte la placa
de base y el carril de rodamiento de bolas. Al hacerlo, asegúrese
de que los distanciadores del carril de rodamiento con bolas no
caigan hacia un lado. Coloca la bola, limpia y seca, sobre la placa
de base de tal manera que entre en contacto con el canto del
electrodo esférico superior. Conectar la fuente de alimentación y
suministrar lentamente la carga, anote lo observado.
No se realizó este paso.
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A-2. Máquina de Van Der Graff:
18. Conecte la máquina de Van Der Graff, a la fuente de 250V de C.
A., tenga cuidado, si tiene dudas consulte al profesor.
19. Una vez encendido, la faja vertical comenzara a girar, identifique
el signo de la carga de la esfera, con la ayuda de un electroscopio,
anote lo observado.
20. Utilice los dispositivos efectuados en los procesos del 9 al 16,
anote lo observado.
21. Acerque el electroscopio lentamente a la esfera y anote el máximo
valor del ángulo que se desvía las hojuelas.
B. Péndulo eléctrico
1. Acerque cualquiera de las barras, sin frotarla, a las esferas de
tecnopor que está suspendida en el péndulo eléctrico. Anote lo
observado.
No se observa ningún cambio en su reposo de las esferas de
tecnoport.
2. Frote la barra de acetato con el paño de seda, luego acérquela a la
esfera de tecnopor. Repita la operación frotando la barra de
vinilito. Anote sus observaciones.
La barra de acetato atrae al tecnoport y la barra de vinilito no
atrae.
3. Ponga frente a frente dos esferas de tecnopor suspendidas en los
péndulos eléctricos. A continuación frote la barra de vinilito con el
paño de lana, luego toque a la esfera 1 y a la esfera 2. Anote sus
observaciones.
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Las 2 esferas de tecnoport se repelen ya que se cargan de igual
signo las 2 esferas.
4. Frote nuevamente la barra de acetato con el paño de seda y la
barra de vinilito con el paño de lana y toque la esfera 1 con la
barra de acetato y a la esfera 2 con la barra de vinilito. Anote sus
observaciones.
Las 2 esferas se juntan por poco tiempo ya que al juntarse el
sistema que forman las esferas se vuelve neutro.
5. Asigne el nombre que usted desee a las cargas eléctricas obtenidas
en los pasos 3 y 4.
Cuando el acetato se frota con seda y se toca una esfera, la esfera
tiene una carga X.
Cuando el vinilito se frota con lana y se toca una esfera, la esfera
tiene una carga Y.
Tomamos que la carga X es contraria a la carga Y.
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6. Frote nuevamente la barra de acetato con el paño de seda, luego
toque la esfera 1 y la esfera 2. Anote sus observaciones.
Las esferas se repelen entre si ya que adquieren las mismas cargas
X al tocarlas con el acetato frotado con seda.
7. Frote nuevamente la barra de vinilito con el paño de lana, luego
toque la esfera 1 y la esfera 2. Anote sus observaciones.
Las esferas se repelen entre si ya que adquieren las mismas cargas
Y al tocarlas con el vinilito frotado con lana.
8. Acerque sin tocar la barra de acetato a la esfera 1,
simultáneamente acerque sin tocar la barra de vinilito a la esfera 2.
Anote sus observaciones.
Se observa que las barras se juntan.
9. La ilustración 3 nos muestra un electroscopio, aparato que nos
permite observar si un cuerpo está electrizado o no lo está.
Acerque la barra de acetato previamente frotada con el paño de
seda a la esfera metálica del electroscopio. Anote sus
observaciones.
Se observa que la esfera se encuentra cargada.
10. Manteniendo cerca la esfera metálica, la barra de acetato, coloque
un dedo de su mano sobre la esfera. Anote sus observaciones.
Se observa que no hay ninguna reacción.
11. Manteniendo cerca la esfera metálica, la barra de acetato, retire el
dedo que había colocado sobre ella. Anote sus observaciones.
Se observa que no hay ninguna reacción.
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12. Retire la barra de acetato de la vecindad de la esfera metálica.
Anote sus observaciones.
Se observa que no hay ninguna reacción.
13. Repita los pasos 9, 10, 11, 12 con la barra de vinilito frotada con el
paño de lana.
Se observa que hay reacción en todos los casos. Y que también la
esfera se encuentra cargada.
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V. EVALUACIÓN
1. ¿Cómo puede usted determinar el signo de las cargas de las
esferas de tecnopor?, explique.
Por medio de la inducción magnética cargamos la esfera negativa
o positivamente, luego la acercamos a la máquina de Van de Graff
que estará cargada negativamente y si se atrae es porque tiene una
carga positiva y si se repele es porque tiene una carga negativa.
2. En las experiencias efectuadas, ¿cómo podría aplicar el principio
de superposición?
En los experimentos realizados se puede usar el principio de
superposición para: Evaluar que carga tiene cada bola de acero, a
qué distanciase encuentran, en qué sentido gira la máquina de
Wimshurst si esta tiene un objeto que hace que las cargas se
orienten siempre al mismo sentido, si la máquina de Wimshurst
está conectada a otro objeto del experimento, porque se atraerían o
repelerían, etc.
3. ¿Del experimento realizado, se puede deducir que tipo de carga se
traslada de un cuerpo a otro?
Si, se deduce que lo que se traslada de un cuerpo a otro son los
electrones que quedaron libres.
4. Enuncie los tipos de electrización, explique cada caso.
Por frotamiento: Las partículas con carga eléctrica se transmiten
de un cuerpo a otro al ser frotados mutuamente. Los cuerpos, al
final, obtienen cargas diferentes.
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Por contacto: La carga eléctrica se comparte, al final los cuerpos
obtienen el mismo tipo de carga.
Por inducción: Se reordena la carga, una conexión a tierra genera
la carga en un cuerpo.
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5. ¿Por qué el cuerpo humano es un buen conductor de la
electricidad? Explique detalladamente.
Porqué casi el 70% del organismo consta de agua ionizada, un
buen conductor de electricidad. De acuerdo con la
electrofisiología, ciencia que estudia las reacciones que produce la
corriente eléctrica, cada uno de los tejidos de nuestro cuerpo
reacciona cuando una descarga circula por el organismo y los
efectos biológicos dependen de su intensidad.
6. En la ilustración 6 considere que la bola 1 tiene una carga Q y la
bola 2 está descargada. Considere además que las bolas tienen
igual radio r. ¿Qué sucederá?
No sucederá nada, pues no existe una fuerza entre ambas bolas, ya
que la bola 2 no tiene carga, lo cual hace que no atraiga ni repele a
la bola 1.
7. Siguiendo con la ilustración 6, suponga que mediante algún
deslizamiento del hilo la esfera 1, que contiene una carga Q, se
pone en contacto con la esfera 2 , que esta descargada ¿Qué es lo
que observará? ¿Cuál será la carga que adquiere de la esfera 2?
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Por conservaciónde la carga→q1 f+q2 f=Q… (¿)
q1 f
r=q2 f
r→q1 f=q2 f
Reemplazandoen (¿)→q2 f=Q2
8. Respecto a la pregunta 5, suponga que la bola 1 tiene un radio 2r y
la bola 2 un radio r. Si la bola 1, que contiene una carga Q, se
pone en contacto con la bola 2; ¿Cuál será la carga que adquiere la
esfera 2?
Por conservaciónde la carga→q1 f+q2 f=Q… (¿)
q1 f
2 r=q2 f
r→q1 f=2q2 f
Reemplazandoen (¿)→q2 f=Q3
9. En un experimento de electrostática se observa que la distancia
entre las esferas idénticas 1 y 2, inicialmente descargadas es de 12
cm. Luego de transmitirles la misma carga q a ambas esferas estas
se separan hasta 16 cm. ¿Cuál es el valor de esta carga, si la masa
de cada una de las esferas es de 5g y la longitud de los hilos en los
que están suspendidas las esferas es de 30 cm?
sin θ= 115
F sin θ=mg sinθ
20
θ
12 cm
30 cm
16 cm
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F=kq2
0,1 62 =¿
q=√¿¿¿Comoelmedio esel aire , entonces k=9×109
q=2,64×10−8C
10. Un objeto cargado positivamente se acerca a la esfera de un
electroscopio y se observa que las laminillas se cierran; y
cuando se sigue acercando, sin tocar la esfera, de pronto las
hojuelas se abren. ¿Qué tipo de carga tiene el electroscopio?
Positivo, pues en el sistema se realiza un reordenamiento de
cargas, las cargas negativas se dirigen a la esfera, pues son
atraídas por el objeto cargado positivamente, mientras que las
cargas positivas se dirigen a las laminillas pues son repulsadas
por el objeto; las laminillas al estar cargadas positivamente se
repelen entre si y es por eso que se separan.
11. ¿Qué función cumple las botellas de Leyden en la máquina de
Wimshurst, explique.
La botella de Leyden es un dispositivo que permite almacenar
cargas eléctricas comportándose como un condensador. La
varilla metálica y las hojas de estaño o aluminio conforman la
armadura interna. La armadura externa está constituida por la
capa que cubre la botella. La misma botella actúa como un
material dieléctrico (aislante) entre las dos capas del
condensador. El nombre de condensador proviene de las ideas
del siglo XIX sobre la naturaleza de la carga eléctrica que
asimilaban ésta a un fluido que podía almacenarse tras su
condensación en un dispositivo adecuado como la botella de
Leyden.
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12. Durante el uso del generador electrostático se percibe un color
característico, investigue a que se debe. Explique
detalladamente.
La causa se encuentra en la ionización del aire circundante al
conductor debido a los altos niveles de tensión en la línea. En el
momento que las moléculas de aire se ionizan, éstas son capaces
de conducir la corriente eléctrica y parte de los electrones pasan
de la línea al aire. Tal circulación provoca un incremento de
temperatura en el gas, dándole un color rojizo para niveles bajos
de temperatura o azulado para niveles altos. Esto provoca que se
pueda cuantificar su intensidad según el color del halo. El color
azulado se debe a la ionización del ozono.
13. Explique el poder de las puntas y sus aplicaciones.
En Electrostática, el poder de las puntas está íntimamente
relacionado con el concepto de la rigidez dieléctrica. Ésta es el
mayor valor de campo eléctrico que puede aplicarse a un
aislante sin que se vuelva conductor. Este fenómeno fue
descubierto hace 200 años por Benjamin Franklin, al observar
que un conductor con una porción puntiaguda en su superficie,
descarga su carga eléctrica a través del aguzamiento y por lo
tanto no se mantiene electrizado.
Actualmente se sabe que esto se produce debido que en
un conductor electrizado tiende a acumular la carga en la región
puntiaguda. La concentración de carga en una región casi plana
es mucho menor que la acumulación de carga eléctrica en un
saliente acentuado. Debido a esta distribución, el campo
eléctrico de las puntas es mucho más intenso que el de las
regiones planas. El valor de la rigidez dieléctrica del aire en la
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porción más aguzada será sobrepasado antes que en las otras
regiones, y será por ello que el aire se volverá conductor y por
allí escapará la carga del conductor.
14. Mencione al menos 5 aplicaciones del equipo de Van de Graff.
1. Generar Rayos-X mediante grandes flujos de energía.
2. Para esterilizar alimentos.
3. Experimentos de física de partículas y física nuclear.
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VI. CONCLUSIÓN:
Los electrones se conservan, por lo tanto no se crean ni se
destruyan solo se trasladan.
Los fenómenos de electrización son por frotamiento, por
contacto y por inducción, los cuales alteran el equilibrio de
cargas eléctricas que se encuentran en los cuerpos.
Se comprueba experimentalmente que los cuerpos con cargas
eléctricas de igual signo se repelen mientras que los tiene
cargas de distinto signo se atraen.
La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia,
es por eso que se concluye, que adquieren una carga eléctrica,
que consiste en ceder electrones de un cuerpo, de tal modo que
uno de ellos tenga un exceso de carga y el otro tenga un
déficit de carga.
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VII. RECOMENDACIONES :
Tener cuidado al manipular los instrumentos cuando están
cargados ya que puede producir dolor muscular en los dedos al
tocarlos.
Al cambiar de experimento en la máquina de Wimshurst,
descargar el equipo con franela para que la carga de la
máquina disminuya.
Tener cuidado al conectar el tomacorriente el voltaje correcto
porque se podría malograr el equipo.
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