GUÍA DE LABORATORIO No. 1 FUERZA ELECTROSTÁTICA INTEGRANTES:

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1 GUÍA DE LABORATORIO No. 1 FUERZA ELECTROSTÁTICA INTEGRANTES: MAESTRE ÁVILA ISMAEL ENRIQUE MIELES MORENO RICARDO ANDRÉS PEÑALOZA SOTO ANDRÉS ALFONSO VELILLA PAVA OSCAR ALEJANDRO LIC. JUAN PACHECO FERNANDEZ Asignatura: Electromagnetismo Grupo: 11 UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR FALCULTAD DE INGENIERIAS Y TECNOLÓGICAS VALLEDUPAR - CESAR 2015

2 INTRODUCCIÓN La electricidad en la actualidad hace parte de nuestro estilo de vida y además con ella podemos mostrar nuestro gran desarrollo tecnológico, ya que con esta pudo prosperar el ingenio del hombre para generar nuevas tecnologías que usamos en la vida diaria ya sea como por ejemplo radios, televisores, computadores, etc. En el presente informe podremos ver cómo se cargan eléctricamente ciertos materiales, qué sucede cuando esto ocurre y cómo evidenciamos esa interacción entre ellos. La finalidad del informe es producir carga eléctrica por contacto y poder visualizar los fenómenos que ocurren. Para lograr este objetivo se deben frotar los materiales con paños y acercarlos entre sí, para ver su reacción o interacción.

3 OBJETIVOS Producir cargas eléctricas sobre materiales por frotamiento. Observar la fuerza entre cuerpos cargados eléctricamente. Determinar si un cuerpo posee carga eléctrica usando el electroscopio.

4 MATERIALES Y EQUIPOS FIGURA CANTIDAD NOMBRE ESPECIFICACIONES A 2 Barras de baquelita o PVC. B 2 Barras de vidrio. C 2 Barras metálicas. D 2 Pivotes. Elementos a frotar, para electrizarlos. Soporte de las barras para rotación. E 2 Paños de seda. Para frotar las barras. F 1 Electroscopio. Instrumento que permite para demostrar la presencia de las cargas eléctricas. Figura A. Figura B. Figura C. Figura D. Figura E. Figura F.

5 MARCO TEÓRICO Interacción entre cargas eléctricas. Hay muchos experimentos sencillos que demuestran la existencia de fuerzas electrostáticas. Por ejemplo, después de peinarse el pelo, puede comprobarse que el peine atrae trocitos de papel. La fuerza de atracción electrostática es a veces tan intensa que puede suspender los trocitos de papel en el aire. Se produce el mismo efecto cuando se frotan otros materiales, como el vidrio o el caucho. Carga eléctrica. Cuando los materiales se comportan del modo descrito anteriormente, decimos que están cargados eléctricamente. Puede cargar su propio cuerpo eléctricamente al caminar sobre una alfombra de lana o deslizarse sobre el asiento de un carro. Puede entonces sentir y eliminar la carga de su cuerpo tocando a otra persona. (Este experimento funciona mejor si el tiempo es seco, puesto que, si el aire está excesivamente húmedo, puede proporcionar un camino para que la carga salga del cuerpo). Cómo cargar un cuerpo? Existen varias formas de cargar un cuerpo eléctricamente, entre ellas, por influencia (inducción electrostática). Es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo. Si acercamos un objeto con carga a una superficie conductora, aún sin contacto físico los electrones se mueven en la superficie conductora. Para explicarlo mejor podemos poner como ejemplo dos esferas metálicas aisladas A y B, las cuales no tienen carga y se encuentran en contacto, de modo que forman en efecto un solo conductor sin carga. Posteriormente se acerca una barra con carga negativa a la esfera A. La barra repele los electrones del metal y el exceso de carga negativa se desplaza a la esfera contigua, con lo cual la primera esfera queda con exceso de carga positiva. La carga en ambas esferas ha sido redistribuida por lo que se dice que ha sido inducida en ellas. Como la barra con carga no toca las esferas, conserva su carga inicial. Cuando permitimos que las cargas salgan de un conductor por contacto, decimos que lo estamos poniendo a tierra. Durante las tormentas eléctricas se llevan a cabo procesos de carga por inducción. La parte inferior de las nubes, de carga negativa, induce una carga positiva en la superficie terrestre. Benjamín Franklin fue el primero en demostrar este hecho a través de su famoso experimento de la cometa, que le permitió comprobar que los rayos son un efecto eléctrico. Franklin descubrió también que la carga fluye con facilidad hacia o desde objetos puntiagudos y así se construyó el primer pararrayos. Tipos de carga. Los experimentos demuestran también que hay dos tipos de carga eléctrica, denominados carga positiva y negativa por Benjamín Franklin. La figura 1 muestra la interacción entre dos tipos de carga. Una varilla de caucho (o plástico) que se ha frotando con pelo de un animal (o un tejido acrílico) se suspende de un hilo.

6 Cuando se acerca a la varilla de caucho una varilla de vidrio que se ha frotado con seda, la varilla de caucho es atraída hacia la de vidrio (figura 1a). Por lo contrario, si se acerca dos varillas de caucho (o dos varillas de vidrio), como se observa en la figura 1b, la fuerza que aparece entre ambas es repulsiva. Este hecho experimental demuestra que el caucho y el vidrio tienen tipos de carga diferentes. Se usa la convención propuesta por Franklin: la carga eléctrica de la varilla de vidrio se denomina positiva y la de la varilla de caucho se denomina negativa. A partir de observaciones como ésta, podemos generalizar diciendo que las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de signo contrario se atraen. Otra característica importante de la carga eléctrica es que la carga neta de un sistema aislado siempre se conserva. Cuando dos objetos, inicialmente descargados, se cargan frotando uno contra el otro, no se crea carga en el proceso. Los objetos se cargan porque hay una transferencia de electrones de un objeto a otro. Conductores y aislantes. Las cargas eléctricas pueden también desplazarse de una posición a otra dentro de un objeto; este desplazamiento de carga se denomina conducción eléctrica. Es conveniente clasificar las sustancias dependiendo de la facilidad con la que permiten que la carga se desplace en su interior: Un conductor es un material en el que la carga puede moverse de manera relativamente libre; un aislante es un material en el que la carga no puede moverse libremente. 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 (Figura 2).

7 Cuando un electroscopio se carga con un signo conocido, puede determinarse el tipo de carga eléctrica de un objeto aproximándolo a la esfera. Si las laminillas se separan significa que el objeto está cargado con el mismo tipo de carga que el electroscopio. De lo contrario, si se juntan, el objeto y el electroscopio tienen signos opuestos. A. Producción de Cargas PROCEDIMIENTO 1. Frotamos las diferentes barras: las de PVC con lana y/o piel, las de vidrio y metal con paño de seda, y las acercamos entre sí inmediatamente después de haber sido frotadas, de la siguiente manera: Imagen 1: Acercamiento del tubo de PVC con la barra de vidrio. Imagen 2: Acercamiento de tubo PVC y barra metálica.

8 Imagen 3: Acercamiento entre los tubos de PVC Imagen 4: Acercamiento entre las barras de metal y de vidrio. Imagen 5: Acercamiento entre barras de vidrio. Imagen 6: Acercamiento entre barras de metal. B. Determinación de la Carga: Para evidenciar la presencia de carga eléctrica, frotamos las diferentes barras y las fuimos acercando al plato del electroscopio una por una, de la siguiente manera: Imagen 7: Acercamiento del tubo de PVC. Imagen 8: Acercamiento de la barra de vidrio. Imagen 9: Acercamiento de la barra de metal.

9 PREGUNTAS: Antes de explicar lo ocurrido, resolvamos los siguientes interrogantes para tener más claridad en el análisis de resultados. 1. Explique a qué se debe la atracción o repulsión de las barras. Se debe a la electrización de los cuerpos que es una transferencia de partículas eléctricas. En condiciones normales, un cuerpos tiene igual número de electrones que de protones, esto significa que son eléctricamente neutros. Por otra parte, al ser electrizado los cuerpos pueden captar o ceder electrones. Pero si un cuerpo neutro adquiere electrones de otro cuerpo posee una cantidad excesiva de electrones en comparación con la cantidad normal. En estos casos está cargado negativamente. En cambio, si un cuerpo neutro pierde electrones, tendrá más cargas positivas que negativas, en este caso está cargado positivamente. Los cuerpos electrizados con el mismo tipo de electricidad se repelen y los electrizados con diferente tipo, se atraen. 2. Qué puede decir sobre los tipos de carga que aparecen sobre las barras de PVC y de vidrio? Que son cargas contrarias una de la otra, ya que se atraen entre sí. 3. De qué tipo es la carga que aparece en la hojilla del electroscopio al acercarle un cuerpo cargado? Si la hojilla se mueve, inferimos que las cargas del objeto son diferentes al tipo de carga que posee el electroscopio. 4. Por qué las dos barras metálicas no interaccionan entre ellas, pero si interaccionan con las barras de baquelita o de vidrio? Al ser el metal un conductor, las cargas pueden moverse de manera relativamente libre, se desprenden fácilmente, y las barras no interactúan con evidencia al ojo humano; mientras que en los aislantes ocurre lo contrario, los electrones están fuertemente unidos a los núcleos, lo que les permite ejercer una fuerza sobre otras partículas. Como es el caso de las barras de baquelita o de vidrio, sobre los metales. 5. 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 la de

10 vidrio frotado pero las barras de vidrio y PVC no se repelen si no que se atraen? Falla la teoría? No falla la teoría. Lo que ocurre, es el fenómeno de inducción entre la barra metálica y al de PVC. En los materiales conductores como el metal, las cargas fluyen sobre toda la superficie y cuando se acercan a cargas específicas ya sean positivas o negativas, éstas se reorganizan; de tal manera que las contrarias se acercan entre sí, mientras que las de igual carga se alejan. Esto no quita, que las barras de metal y PVC sean de cargas opuestas, al contrario reafirman la teoría. ANÁLISIS DE RESULTADOS Veamos lo que ocurre en cada una de las imágenes, para analizar lo sucedido: Imagen 1: Lo que se observa es una leve atracción entre la barra de vidrio y el PVC. Imagen 2: Se evidencia una pequeña atracción entre el tubo de PVC y la barra metálica. Imagen 3: Los tubos tienden a separarse, es decir se repelen. Imagen 4: Se observa una atracción entre las barras. Imagen 5: Las barras se repelen Imagen 6: No ocurrió algún cambio visible. Explicación: Esta interacción entre las barras, se debe a las fuerzas eléctricas que se producen al frotar las barras, las cuales se energizan o electrizan. Lo que no sabemos con seguridad es que tipo de carga son, pero si podemos decir que cuando las barras se repelen; las cargas son opuestas, y cuando se atraen las barras están cargadas con el mismo tipo de carga. Determinación de la Carga: Acercamiento de las barras al electroscopio. Imagen 7: Hubo movimiento de la hojilla. Imagen 8: Hubo movimiento leve de la hojilla. Imagen 9: No hubo movimiento alguno. Explicación: Esto ocurre debido a una transferencia de electrones hacia la hojilla, pasando por el disco conductor del instrumento. Comprobamos que las barras están electrizadas o cargada.

11 CONCLUSIÓN Podemos concluir que las cargas eléctricas producidas en los objetos de vidrio, metal y PVC, dependen de las propiedades que estos poseen y las condiciones climáticas, como es el caso del vidrio que en presencia del vapor de agua se descarga rápidamente. En los materiales aislantes cargados eléctricamente se conserva la carga en la superficie que se frota. El electroscopio se puede utilizar como instrumento para determinar si un cuerpo está cargado o no.

12 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Física Fundamental 2. Michel Valero. Editorial Norma. Física. Resnick, Halliday, Krane. Volumen 2. 5ta Edición. CECSA. Consultado el 23/03/2015