ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO CEDEÑO PUENTES KATHERINE DÍAZ MARTINEZ MARÍA ALEJANDRA SAAVEDRA DURAN INGRID YURANY TRABAJO PRESENTADO EN LA ASIGNATURA ELECTROMAGNETISMO BEEDCN54 PROFESOR: MARIO ARTURO DUARTE R. UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA FACULTAD DE EDUCACIÓN PROGRAMA LICENCIATURA CIENCIAS NATURALES: FÍSICA, QUÍMICA Y BIOLOGÍA NEIVA, JUNIO 30 2016
CONTENIDO OBJETIVOS 1. RESUMEN 2. ORIENTACIÓN TEORICA 3. PROCEDIMIENTO 4. RESULTADOS 5. CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA ANEXOS
OBJETIVOS Reconocer la forma de cómo se realiza la electrización de materiales y por frotamiento. obtener electricidad por fricción e identificar interacciones entre cuerpos cargados eléctricamente, explicar las propiedades que adquieren los cuerpos electrizados y demostrar habilidades para sintetizar conclusiones.
RESUMEN Este informe de laboratorio sobre electrización por frotamiento, se centra principalmente en el reconocimiento de la forma en cómo se puede obtener electricidad por fricción y a su vez busca identificar las interacciones entre cuerpos cargados eléctricamente. De acuerdo con lo anterior se presenta un procedimiento, el cual muestra la metodología empleada para la realización final del presente informe; seguidamente se da a conocer los resultados y análisis de objetos que son cargados eléctricamente por frotamiento, generando fuerzas apreciables entre sí de tipo atractivo y repulsivo, el comportamiento de la jaula de Faraday y finalmente se encuentran unas imágenes y un video de la experiencia obtenida por medio de un simulador.
ORIENTACIÓN TEORICA 1. Qué nombre recibió la electricidad que se obtenía del ámbar y del vidrio al ser frotados con piel y con seda respectivamente? El término electricidad, proveniente de la palabra elektron, que en griego significa ámbar. Esta electricidad se obtenía para materiales resinosos (ámbar, cera, caucho, etc.) al ser frotados con piel o lanas se le denominó electricidad resinosa, y suele ser electricidad negativa. La electricidad que se obtenía para materiales vítreos electricidad vítrea y suele ser electricidad positiva. se le denominó 2. Cuáles son las características de cargas eléctricas? La carga eléctrica es una magnitud fundamental de la física, responsable de la interacción electromagnética. Sus características son: La dualidad de la carga: Todas las partículas cargadas pueden dividirse en positivas y negativas de forma que las de un mismo signo se repelen mientras que las de signo contrario se atraen. Conservación de la carga: En cualquier proceso físico, la carga total de un sistema aislado se conserva, es decir, la suma algebraica de cargas positivas y negativas presente en cierto instante no varía. Cuantificación de la carga: La carga eléctrica siempre se presenta como un múltiplo entero de una carga fundamental, que es la del electrón. 3. Cómo es el funcionamiento del electroscopio? El electroscopio es un instrumento que se utiliza para saber si un cuerpo está cargado eléctricamente. Este consiste en una varilla metálica vertical de vidrio que
tiene una esfera en la parte superior y en el extremo opuesto dos láminas de aluminio muy delgado. La varilla está sostenida en la parte superior de una caja de vidrio transparente con un armazón de cobre en contacto con tierra. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electriza y las laminillas cargadas con igual signo de electricidad se repelen, separándose, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido. La fuerza de repulsión electrostática se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera, las láminas, al perder la polarización, vuelven a su posición normal. 4. Cuál es el funcionamiento de la balanza de torsión que uso coulomb para establecer las interacciones entre cargas eléctricas? Este aparato permitió establecer y comprobar la ley que rige la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas, además de resultar muy útil en otros experimentos de gran importancia científica. Se basa en el principio demostrado por Coulomb que dice la fuerza de torsión es proporcional al ángulo de torsión. El aparato se compone de una base de madera sobre la que se apoya una caja cilíndrica de cristal con una cinta graduada a su alrededor colocada a media altura y cerrada en su parte superior por una cubierta que está atravesada en su centro por un cilindro hueco de cristal que se prolonga hasta el interior de la caja. Este cilindro se cierra en su extremo superior por el micrómetro del aparato: dos tambores metálicos, uno graduado en su borde, con giro suave del uno sobre el
otro. Sujeto a este elemento se encuentra un hilo muy fino de plata que pende por el interior de este cilindro hueco y se prolonga hasta el interior de la caja de cristal; en este otro extremo el hilo de plata sostiene una aguja o varilla horizontal de goma laca. Por un orificio en la cubierta se introduce una bolita aislada, con un mango de vidrio, que podrá ser electrizada convenientemente desde el exterior. El proceso consistía en medir los ángulos de torsión que sufría la varilla móvil unida al hilo de plata como resultado de la fuerza de atracción o repulsión con la esferita fija previamente electrizada, a partir de estos se deducían las fuerzas existentes entre ambos elementos debido a la carga eléctrica, quedando establecidas las variables de las que depende dicho valor y en qué medida lo hace concluyendo en la conocida Ley de Coulomb. 5. Cuál es valor de la constante de coulomb? La constante K es la Constante de Coulomb cuyo valor es 8.987 10 9 N m 2 /C 2 que es aproximadamente 9 10 9 N m 2 /C 2 6. Qué se entiende por permitividad del espacio libre? Cuál es su valor? La permitividad (o impropiamente constante dieléctrica) es una constante física que describe cómo un campo eléctrico afecta y es afectado por un medio. La permitividad del vacío es 8,8541878176x10-12 F/m. La permitividad está determinada por la tendencia de un material a polarizarse ante la aplicación de un campo eléctrico y de esa forma anular parcialmente el campo interno del material.
7. Cuáles son las características de los conductores, aisladores y semiconductores? Un conductor es un material a través del cual se transfiere fácilmente la carga. Un aislante es un material que se resiste al flujo de carga. Un semiconductor es un material intermedio en su capacidad para transportar carga. 8. Elabore una lista de conductores aisladores y semiconductores Conductores: Oro, plata, aluminio, cobre, hierro, etc. Aisladores: Vidrio, porcelana y materiales cerámicos. Semiconductores: Silicio, germanio, azufre, etc. 9. Cuál es la masa y la carga eléctrica del protón del electrón y del neutrón? Carga y masa del electrón, protón y neutrón Partícula Carga (C) Masa (Kg) Electrón (e) - 1,602x10-19 9,10x10-31 Protón (p) + 1,602x10-19 1,67x10-27 Neutrón (n) 0 1,67x10-27
PROCEDIMIENTO Diagrama de flujo: ELECTRIZACION POR FROTAMIENTO Observe el video: https://www.youtube.co m/ watch?v=qpcyhdgd5d4 Acerque el tubo de plástico a los pedacitos de madera y observe que ocurre. Repetir el procedimiento anterior con las tiras de papel normal y de aluminio. Seguidamente, frote fuertemente el tubo con la tela plastica y acercar ell tubo a las virutas de madera. Luego acerque el tubo de plastico a la tela plastica. observar Repetir todo lo anterior con una barra de vidrio. Observar y describir lo que ocurre. Luego acerque la barra de plastico previamente frotada con la tela a un chorro de agua. Finalmente acerque la barras de plastico y vidrio, previamente frotadas en la tela a las esferas de icopor del pendulo. Repetir el procedimeiento con el electroscopio.
RESULTADOS 1. Al acercar el tubo plástico a los pedacitos de viruta de madera, no se observa ningún comportamiento. 2. La tela plástica no produce ningún comportamiento sobre la viruta de madera. 3. Al frotar la barra plástica con la tela plástica, se ve que ocurre un efecto de atracción con la viruta de madera, pues la barra adquiere cargas negativas lo cual provoca que la virura de madera se peguen de la barra. Esto se debe a los electrones que saltan de un objeto hacia el otro generando fuerza atractiva. 4. Si se toca el tubo de plástico y luego se acerca, se aprecia que el tubo de plástico ha perdido la carga. 5. Al repetir el proceso y utilizar tiras de papel, pedacitos de papel aluminio y una tira de aluminio se ve que se genera de nuevo atracción entre estos objetos. 6. Al repetir los procesos cambiando la barra de plástico por la barra de vidrio, se ven los mismos comportamientos pero con una fuerza menor a la generada con la barra de plástico. 7. Cuando se frota la barra plástica con la tela plástica y después de esto es acercada al tarrito de aluminio, se encuentra que la fuerza es tan grande que este es atraído girando. 8. Al realizar el mismo procedimiento con el agua cayendo, se encuentra que es desviada de su trayectoria. Esto ocurre por la carga que gano el tubo al momento de ser frotado por la tela, ya que el agua como otros materiales también posee electrones. 9. El electroscopio ha arrojado en una escala, la fuerza generada por la carga que tiene la barra plástica.
10. Al acercar la barra plástica a las bolas de icopor, se puede ver que existe atracción. Pero luego de tocar ambas bolas de icopor, estas quedan cargadas con el mismo tipo de carga en la barra de plástico y se genera repulsión. 11. Al realizar los procedimientos anteriores con la barra de vidrio se encuentra el mismo comportamiento, pero esta vez es debido a una carga diferente. 12. Se encuentra que al recubrir las bolas de icopor con papel aluminio el efecto aumenta esto es debido a que se acumula mejor la carga. 13. La jaula de Faraday elimina el paso de la carga eléctrica producida hacia las tiritas de papel internas. Sin embargo las tiras de papel externas o las que se encuentra por fuera de la jaula si tienden a sufrir una fuerza de atracción por parte del tubo plástico. ANALISIS SE LA SIMULACIÓN Algunos materiales atraen electrones más que otros; es decir, son más electro afines. Por tanto, al ser frotados dos materiales, el material más electro afín adquirirá una carga negativa porque atrae electrones hacia sí. Por el contrario, el material menos electro afín adquirirá una carga positiva ya que pierde electrones, esto se puede evidenciar perfectamente en la simulación de los globos y el saco ya que al frotar el globo sobre el saco, algunos electrones pasan de este hacia el globo, debido a que el globo es más electro afín que el saco. De este modo, el globo tiene exceso de electrones y el saco tiene deficiencia de electrones. Por tanto, el globo adquiere carga negativa por exceso de electrones y el saco adquiere carga positiva por deficiencia de electrones.
CONCLUSIONES Las cargas que poseen los mimos signos se repelan entre sí, por ejemplo una carga (+) rechaza a otra carga (+) del modo que no se podrán acercar entre ellas. Por otro lado las cargas de distintos signos se atraen entre sí, ejemplo una carga (+) atraerá a una (-) hasta el punto de hacer contacto. En cualquiera caso estos fenómenos pierden o ganan electrones, pero el número de electrones cedidos por uno de los cuerpos en contacto es igual al número de electrones aceptado por el otro, de ahí que en conjunto no hay producción ni destrucción de carga eléctrica. Un material puede llegar a poseer una carga eléctrica, entre ellas positiva, negativa o neutra, esta misma puede perderse o adquirirse por medio de frotamiento, contacto o inducción empleando diferentes materiales. Por efecto de la fricción, los electrones externos de los átomos de la tela plástica son liberados y cedidos al tubo de plástico, con lo cual éste queda cargado negativamente y la tela plástica positivamente.
BIBLIOGRAFIA Serway, Raymond A, Jewett John W. 2009. Física para ciencias e ingeniería con física moderna. Volumen 2. 7a edición. Editorial CENGAGE Learning. Young, Hugh D, Freedman, Roger A. 2005. Física Universitaria con Física Moderna. Volumen 2. 11a edición. Editorial Pearson. INFOGRAFÍA Electrización, visto el 30 / 06 /2016 http://www.etitudela.com/electrotecnia/principiosdelaelectricidad/cargaycampoelect ricos/contenidos/01d56993080930f36.html Electricidad por frotamiento, visto el 30 / 06 /2016 http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/elecmagnet/campo_electrico/fuerza/fuerza.html
ANEXOS SIMULACION Anexamos en esta parte algunos pantallazos de la simulación trabajada.