INFORME DE LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO N 1 FUERZA ELECTROESTATICA PRESENTADO POR: Jessica Narváez Mejía. Carlos Alfredo Calderón Pérez

Transcripción

1 INFORME DE LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO N 1 FUERZA ELECTROESTATICA PRESENTADO POR: Jessica Narváez Mejía Carlos Alfredo Calderón Pérez Kelly Dayana Pérez Ospino Rubén Darío Torres Jaime LIC. JUAN PACHECO FERNANDEZ UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR FACULTAD DE INGENIERIAS Y TECNOLOGIAS VALLEDUPAR CESAR GRUPO:

2 TABLA DE CONTENIDO o PRESENTACION o OBJETIVOS o MATERIALES o MARCO TEORICO o PROCEDIMIENTO o PREGUNTAS PARA EL ANALISIS o ANALSIS Y RESULTADOS o CONCLUSION o BIBLIOGRAFIA

3 1. PRESENTACION Los antiguos griegos ya sabían que al frotar ámbar con una piel, esta adquiría la propiedad de atraer cuerpos ligeros tales como trozos de paja y pequeñas semillas, fenómeno éste descubierto por el filósofo griego Tales de Mileto hace cerca de 2500 años. Casi 2000 años después el médico inglés William Gilbert observó que algunos otros materiales se comportan como el ámbar al frotarlos y que la atracción que ejercen se manifiesta sobre cualquier otro cuerpo, aun cuando no sea ligero. Como la designación griega correspondiente al ámbar es elektron, Gilbert comenzó a utilizar el término "eléctrico" para referirse a todo material que se comportaba como aquél, lo que derivó en los términos electricidad y carga eléctrica. Sin embargo, fue sólo hacia mediados del siglo XIX que estas observaciones fueron planteadas formalmente, gracias a los experimentos sobre la electrólisis que realizó Faraday hacia 1833 y que le permitieron descubrir la relación entre la electricidad y la materia. En al siguiente laboratorio buscaremos comprobar, de forma similar a los antiguos griegos, todas las características de las cargas eléctricas y cómo influyen la fuerza electroestática en los diferentes materiales.

4 2. OBJETIVO GENERAL Cargar cuerpos eléctricamente por frotamiento por frotamiento y observar la fuerza entre cuerpos cargados eléctricamente y además, determinar si un cuerpo posee carga eléctrica usando el electroscopio, observando el comportamiento de las cargas estáticas. 3. MATERIALES o 2 Barras de baquelita o PVC o 2 Barras de vidrio o 2 Barras metálicas o 2 Pivotes para frotación o 2 Paños de seda para frotar o 1 Electroscopio

5 MARCO TEORICO CONCEPTOS BASICOS ELECTRICIDAD: Es la rama de la física que estudia los fenómenos originados por la existencia de cargas eléctricas en la materia y por la interacción de las mismas. CARGA ELECTRICA: Los átomos constan de un núcleo, en el que se localizan los protones y neutrones, y una corteza externa donde se sitúan los electrones. El protón y el electrón tienen una propiedad denominada carga eléctrica. La carga eléctrica es una propiedad de la materia que permite cuantificar la pérdida o ganancia de electrones. No obstante, la unidad de carga eléctrica en el SI (sistema internacional) es el Culombio (c) en honor al Físico e Ingeniero militar Charles Augustin Coulomb ( ); este francés fue el primero en explicar de forma matemática la ley de atracción de las cargas. La carga eléctrica del electrón es de. TIPOS DE CARGA ELECTRICA: La carga eléctrica puede clasificarse como carga eléctrica positiva y carga eléctrica negativa. Un objeto es eléctricamente neutro si sus átomos tienen tantas cargas eléctricas positivas como negativas. Un objeto tiene carga positiva o está cargado positivamente cuando algunos de sus átomos han cedido electrones y tiene carga negativa o está cargado negativamente cuando alguno de sus átomos ha recibido

6 electrones de otros átomos. De ello se deduce que la cantidad de carga eléctrica que tiene cualquier objeto es un múltiplo entero de la carga del electrón. Cuando un objeto adquiere carga eléctrica no intervienen en los procesos ni los protones ni los neutrones. INTERACCION ENTRE CARGAS ELECTRICAS: La carga eléctrica se puede transferir de un cuerpo a otro; por lo general un cuerpo con exceso de carga positiva cede electrones a otro, cargándolo negativamente. Experimentos simples permiten deducir las siguientes propiedades relativas a las interacciones eléctricas. Las interacciones entre cargas eléctricas pueden ser atractivas o repulsivas, es decir, cargas del mismo signo se repelen y cargas de signo contrario se atraen. La carga eléctrica neta de un cuerpo es la suma algebraica de sus cargas positivas y negativas; un cuerpo que tiene cantidades iguales de electricidad positiva y negativa (carga neta cero) se dice que es eléctricamente neutro. Tipo de interacción (atractiva o repulsiva) entre Cargas de igual y distinta naturaleza.

7 Cuando a un cuerpo se le dota de propiedades eléctricas quitándole o entregándole electrones, se dice que ha sido cargado eléctricamente. Existen dos formas de cargar eléctricamente un cuerpo: por contacto y por inducción. La carga por contacto, se produce cuando al frotar un cuerpo cargado negativamente con otro neutro, algunos electrones se ceden de un cuerpo al otro, quedando este cargado negativamente. La carga por inducción, sucede de manera similar, pero sin que haya contacto entre los cuerpos, debido a los efectos de la fuerza eléctrica, un cuerpo cargado negativamente en las proximidades de un neutro atraerá hacia si a las cargas positivas. CONDUCTORES Y ASILANTES: La electricidad es una forma de energía que se puede trasmitir de un punto a otro. Todos los cuerpos presentan esta característica, que es propia de las partículas que lo forman, pero algunos la trasmiten mejor que otros. Los cuerpos, según su capacidad de trasmisión de la corriente eléctrica, son clasificados en conductores, aisladores. Conductores: son aquellos materiales donde los electrones pueden moverse libremente, permitiendo que los atraviese el flujo de la corriente o de cargas eléctricas en movimiento. Ejemplos de materiales conductores: los metales, el grafito, las sales, el agua, la tierra, el cuerpo humano etc. Aislantes: son aquellos materiales donde los electrones no pueden moverse libremente y por consiguiente no conducen la electricidad. Ejemplos de materiales Aislantes o Dieléctricos: el ámbar (resina vegetal fósil de color pardo amarillento), el caucho, la madera, el vidrio, los plásticos, la porcelana, etc.

8 ELECTROSCOPIO Es un instrumento de prueba que se usa para comprobar si un cuerpo se encuentra cargado o no de electricidad, así como también para identificar el tipo de carga que éste posee. 4. PROCEDIMIENTO 4.1 Frote 2 barras de baquelita o PVC con el paño de lana y dos barras de vidrio con un paño de seda. Coloque una de las barras frotadas de PVC sobre uno de los pivotes y una de las barras de vidrio sobre el otro pivote y acérqueles, a cada una de ellas, primero la barra de vidrio frotada y luego la otra barra de PVC. Tome nota de lo observado. OBSERVACIONES PVC + PVC Se tomaron los tubos de PVC y se frotaron cada una respectivamente con el paño de lana, luego colocamos uno de los tubos en el pivote y acercamos el tobo de PVC. Pudimos observar una repulsión rápida entre ambos tubos. Esto se da a que el frotamiento produjo una transferencia de electrones del paño de lana a su cada

9 uno de los tubos de PVC, haciendo que estos quedaran cargados negativamente debido al exceso de electrones y se produce una fuerza de repulsión. PVC + METAL Se tomaron el tubo PVC y de metal, se frotaron con el paño de lana cada uno respectivamente, colocamos el tubo de PVC en el pivote y luego procedimos a acercar el tubo de PVC. Observamos una atracción del tubo de metal hacia el PVC a una velocidad normal. PCV + VIDRIO Se tomaron el tubo PVC y el de vidrio, se frotaron con el paño de lana cada uno respectivamente, colocamos el tubo PVC en el pivote y acercamos el tubo PVC. Observamos que los tubos se atrajeron, debido a esto podemos deducir que al frotar el tubo PVC adquiere una carga negativa debido a los electrones que el paño de lana le transfiere, y el vidrio adquiere carga positiva debido a los electrones que este transfiere al paño de seda. Entonces, de acuerdo a las leyes de interacción, cargas contrarias se atraen. VIDRIO + METAL Se tomaron el tubo de vidrio y el de metal, se frotaron con el paño de seda cada uno respectivamente, colocamos el tubo metal en el pivote y acercamos el tubo de vidrio. Observamos una ligera atracción entre las barras. VIDRO + VIDRIO Se tomaron los dos tubos de vidrio y se frotaron con el paño de seda cada uno respectivamente, colocamos uno de los tubos de vidrio en el pivote y acercamos el otro tubo. Observamos que se produjo una repulsión muy leve entre las barras debido a que la frotación realizada a los tubos, produjo que ambos se cargaran positivamente dado que los electrones se transfieran de las barras de vidrio al paño de seda.

10 METAL + METAL Se tomaron ambos tubos de metal y se frotaron con el paño de seda cada uno respectivamente, colocamos uno de los tubos en de metal en el pivote y acercamos el otro tubo. Observamos que no hubo ningún tipo de reacción debido que ambos tubos quedaron con una carga neutra y por esta razón no una interacción eléctrica entre ellas. 4.2 Acerque el plato del electroscopio a cada una de las barras frotadas. Observe si hay deflexión en su hojilla. OBSERCANCIONES TUBO DE PVC Se tomó el tubo PVC y se froto con el paño de seda, luego procedimos a acercar el tubo al electroscopio. Observamos que se da una deflexión en la hojilla del electroscopio ya que la seda transfiere los electrones al tubo de PVC, adquiero así una carga eléctrica negativa. TUBO DE METAL Se tomó el tubo de metal y se froto con el paño de seda, luego procedimos a acercar el tubo de metal al electroscopio. Observamos que el tubo de metal no produjo ningún tipo de reacción, es decir, que no tuvo ningún efecto en el electroscopio. Esto se debe a que el metal es un material conductor. TUBO DE VIDRIO Se tomó el tubo de vidrio y se froto con el paño de seda, luego procedimos a acercar el tubo de vidrio al electroscopio. Observamos la reacción en el electroscopio debido que la barra de vidrio adquirió una carga eléctrica positiva debido a los electrones que transfirió a la seda durante el frotamiento.

11 PREGUNTAS PARA EL ANALISIS a) Explique a que se debe la atracción o repulsión de las barras La atracción o repulsión de la barra se debe al frotamiento realizado, ya que se cargan positiva o negativamente. Inicialmente las barras fueron cargadas por frotamiento, de esta manera, al acercar las barras cargadas, de acuerdo al tipo de carga que ha adquirido cada una de ellas, se atraerán o se repelerán. Si ambas barras tienen el mismo tipo de carga se repelen, como sucede cuando se acercan dos barras del mismo material, si por el contario se acercan dos barras con cargas contrarias habrá atracción, como sucede cuando se acerca una barra de vidrio y una barra de PVC. b) Qué puede decir sobre los tipos de carga que aparecen sobre las barras de PVC y de vidrio? Al realizar el frotamiento de la barra de PVC se puede concluir que se cargó negativamente por ser frotada con la lana, en esta caso la lana le transfiere electrones al PVC y queda cargada negativamente y con la barra de vidrio queda cargada positivamente debido a que fue frotada con seda y entonces el vidrio le transfiere electrones a la seda, quedando con deficiencia de carga negativa y la barra de vidrio queda con carga positiva. c) De qué tipo es la carga que aparece en la hojilla del electroscopio al acercarle un cuerpo cargado? El tipo de carga eléctrica que aparece en la hojilla del electroscopio cuando se le acerca un cuerpo cargado depende de la atracción o repulsión de su hojilla. Si esta se separa el electroscopio y el cuerpo tienen el mismo tipo de carga, si no se separa, el electroscopio posee una carga y el cuerpo posee cargar contrarias o diferentes.

12 d) Por qué las dos barras metálicas no interaccionan entre ellas, pero si interaccionan con las barras de baquelita o de vidrio? Las barras de metales no interactúan entre ellas porque el metal es un gran conductor de electricidad, es decir, que los electrones se mueven libremente en ellas, y esta al ser un conductor pasaría por quien la esté sujetando, descargando la barra. e) La teoría afirma que sólo existen dos tipos de carga eléctrica (negativa y positiva), esto implica que si un cuerpo A atrae eléctricamente a otro cuerpo cargado B y también atrae a un tercer cuerpo cargado C, entonces los cuerpos B y C deben repelerse eléctricamente. Cómo se explica entonces, que en el punto 3 del procedimiento, la barra metálica se atrae con la barra de PVC frotada y con el de vidrio frotado pero las barras de vidrio y PVC no se repelen si no que se atraen? Falla la teoría? La teoría no falla ya que el vidrio está cargado negativamente y el PVC positivamente por esto se atraen, por tener cargas contrarias. Mediante las cargas obtenidas por las barras, se atrae el tubo PVC se atrae con carga negativa desplazando su carga positiva hacia el extremo de la interacción, mientras la negativa se desplaza al extremo opuesto. Del mismo modo se atrae con carga positiva (la del tubo del vidrio), desplazando su carga negativa hacia el extremo de la interacción, mientras la positiva se desplaza al extremo opuesto. 5. ANÁLISIS Y RESULTADOS Al realizar el laboratorio paso a paso con cada una de las barras podemos analizar los tipos de fuerzas como podemos ver en la tabla 1.

13 Tabla 1 BARRAS PVC + PVC PVC + METAL PVC + VIDRIO VIDRIO + METAL VIDRIO + VIDRIO METAL + METAL FUERZAS ATRACCION REPULSION NINGUNA El segundo procedimiento del laboratorio podemos analizar los siguientes resultados en el electroscopio como podemos ver en la tabla 2. Tabla 2 BARRAS PVC METAL VIDRIO MOVIMIENTOS EN EL ELECTROSCOPIO SI NO Con la realización del laboratorio podemos decir que los cuerpos del mismo signo de cargan tenderán a repelerse mientras que los cuerpos con signo de carga contrario tendrían a atraerse, pero en algunos casos el cuerpo o el material como el metal no tendrían ninguno de los fenómenos anteriores ya que al ser un materia conductor se descargarían fácilmente al ser contacto con alguna parte del cuerpo, en este caso nuestra mano. También podeos decir que un material con carga

14 neutra puede adquirir o no una carga neta positiva o negativa dependiendo del material frotado. En el caso del electroscopio podemos darnos cuentas el efecto que pueden tener las cargas eléctricas en este instrumento. 6. CONCLUSION Con la realización del laboratorio conocimos y aprendimos acerca de las cargas eléctricas (positivas y negativas). Con varios ejercicios realizados con diferentes materiales nos condujeron a dos resultados fundamentales: Las cargas iguales se repelen. Cargas distintas se atraen. Nos dimos cuenta de que hay materiales que cargan más que otros, esto depende de las características de dichos cuerpos que pueden ser conductores como el metal y aislantes como el vidrio, y los plásticos. De igual forma podemos decir que las cargas eléctricas no se crean, sino que para adquirir cargas eléctricas consiste en ceder electrones de un cuerpo a otro por diferentes métodos como por frotación, inducción o por contacto. Entre los átomos se transfiere tan solo electrones, nunca protones. Un cuerpo con carga negativa tiene un exceso de electrones, mientras que un cuerpo con carga positiva le faltan electrones, a este fenómeno se le conoce como electrización.

15 7. BIBLIOGRAFIA Google libros: Física y Química 1º Bachillerato o By Dulce María Andrés Cabrerizo, Juan Luis Antón Bozal, Javier Barrio Pérez Física para la ciencia y la tecnología, Volume 2 o By Paul Allen Tipler, Gene Mosca La fisica y el mundo natural grado 11. Autor: Lic. Gustavo Afolfo Cuello Rangel o o a_electr.html o s.html o _electro.html o

16 ANEXOS