INFORME DE LABORATORIO #1 ELECTROSTTICAFUNDAMENTOS DE
ELECTRICIDAD Y MAGNETISMOPRESENTADO A: Profesor Daniel Gustavo
Surez ForeroPRESENTADO POR: Evelin Natalia Cabrera Claros, 2717788
Laura Tatiana Florin Hernndez 2517807 Ashlly Lizeth Mesa
Divantoque, 2517790 Daniel Anbal Veloza Naranjo, 2517789 Diana
Katherine Vivas Riveros, 2517815
Fecha de presentacin: 26 de febrero de
2015__________________________________________________________________________________RESUMENEl
laboratorio realizado consisti en reconocer la presencia de cargas
y el tipo de las mismas cuando se trabaja con diferentes
materiales, entender y diferenciar los procesos de carga por
induccin y conduccin e identificar un material aislante y uno
conductor. Se identific el tipo de carga adquirido por un tubo de
PVC cuando ste es cargado por friccin con diferentes materiales
(pao, asbesto). Por medio de otro experimento se carga un
electrforo por medio de la carga por induccin: frotando una lmina
de acrlico con un pao y posteriormente poniendo sobre sta el
electrforo, de forma que ste quedar cargado. Se realiz un tercer
experimento para el reconocimiento de un material aislante (se us
cinta aislante en ste caso) de uno conductor (barra metlica), el
cual consisti en: 1. Comunicar dos electroscopios por medio de una
barra metlica, luego cargar uno de los electroscopios y observar lo
ocurrido, 2. Se coloca cinta aislante en la esfera de un
electroscopio, cargando ste consecutivamente y nuevamente
examinando lo que pasa.INTRODUCCINCon esta prctica de laboratorio,
se pretende analizar fenmenos que ayuden al entendimiento de la
electrosttica.MARCO TERICOElectrostticaLa fuerza electromagntica es
la interaccin que se da entre cuerpos que poseen carga elctrica. Es
una de las cuatro fuerzas fundamentales de la Naturaleza. Cuando
las cargas estn en reposo, la interaccin entre ellas se denomina
fuerza electrosttica. Dependiendo del signo de las cargas que
interaccionan, la fuerza electrosttica puede ser atractiva o
repulsiva. La interaccin entre cargas en movimiento da lugar a los
fenmenos magnticos.La carga elctrica de cada cuerpo puede medirse
en culombios. La fuerza entre dos partculas con cargas q1 y q2
puede calcularse a partir de la ley de Coulomb
segn la cual la fuerza es proporcional al producto de las cargas
dividido entre el cuadrado de la distancia que las separa. La
constante de proporcionalidad K depende del medio que rodea a las
cargas. ElectroscopioEl electroscopio es un aparato que permite
detectar la presencia de campos elctricos en un cuerpo e
identificar el signo de la misma.El electroscopio sencillo consiste
en una varilla metlica vertical que tiene una esfera en la parte
superior (gaz) y en el extremo opuesto dos lminas de oro o de
aluminio muy delgadas. La varilla est sostenida en la parte
superior de una caja de vidrio transparente con un armazn de cobre
en contacto con tierra.
Imagen No. 1 ElectroscopioElectrforoEn la fsica experimental, el
electrforo es un generador de electricidad esttica de tipo
capacitivo formado por un condensador de plato simple, operado
manualmente. Produce cargas electrostticas mediante un proceso de
induccin electrosttica. Imagen No. 2 ElectrforoMateriales
conductores y aislantes-Material conductor: Se dice que un cuerpo
es conductor elctrico cuando puesto en contacto con un cuerpo
cargado de electricidad transmite sta a todos los puntos de su
superficie.Son conductores elctricos aquellos materiales que tienen
electrones de valencia relativamente libres.-Materiales aislantes:
Los materiales aislantes tienen la funcin de evitar el contacto
entre las diferentes partes conductoras (aislamiento de la
instalacin) y proteger a las personas frente a las tensiones
elctricas (aislamiento protector). La mayora de los no metales son
apropiados para esto pues tienen resistividades muy grandes. Esto
se debe a la ausencia de electrones libres.
Conduccin elctricaLa conduccin elctrica es el movimiento de
partculas elctricamente cargadas a travs de un medio de transmisin
(conductor elctrico). El movimiento de las cargas constituye una
corriente elctrica. El transporte de las cargas puede ser a
consecuencia de la existencia de un campo elctrico, o debido a un
gradiente de concentracin en la densidad de carga, o sea, por
difusin.Induccin electrostticaLa induccin electrosttica es la
redistribucin de la carga elctrica en un objeto, causada por la
influencia de cargas cercanas. La induccin electrosttica no debe
confundirse con la induccin electromagntica aunque normalmente
ambas se conocen como induccin.Conexin a tierraEl trmino "Conexin a
tierra" se refiere a un cuerpo conductor, generalmente la tierra.
"Conectar a Tierra" a una herramienta o un sistema elctrico
significa crear intencionalmente un paso de baja resistencia a la
tierra. Cuando est instalada correctamente, la corriente de un
corto circuito o de un rayo sigue este camino, previniendo de esta
manera la acumulacin de voltajes que, de otra forma, podran
resultar en una descarga elctrica, una lesin o muerte.
MONTAJE
RESULTADOSPreguntasDibuje mostrando en cada caso la distribucin
de cargas:a. Un electroscopio cargado
b. El electroscopio cargado del punto (a) En presencia de un
objeto con carga del mismo signo que el electroscopio
c. El electroscopio cargado del punto (a) En presencia de un
objeto con carga del signo contrario que el electroscopio.
1. Dibuje un electroscopio cargado. Muestre la distribucin de
las cargas.
2. Dibuje el electroscopio descargado cerca de uno cargado
3. Dibuje, mostrando en cada caso la distribucin de cargas:a. Un
electroscopio cargado
Despus de frotar la barra con el tallo de un electroscopio:1.1
Se carga el electroscopio? Si1.2 Se carga la barra con el tallo del
electroscopio? Si1.3 Se carga la barra? Si1.4 Cmo es el signo de la
carga de la barra respecto a la carga del electroscopio? Son cargas
iguales1.5 Cmo puede descargar la barra? Con una conexin a
tierra1.6 Cmo lo verific? Volviendo a poner la barra en contacto
con el electroscopio, las laminillas no presentan movimiento, por
lo tanto est descargada. Despus de frotar la barra con un pao:1.7
Cul es el signo de la carga actual de la barra? Se utiliz una barra
de PVC, la cual qued positiva. Despus de descargar la barra y
frotarla con tela asbestada y acercarla al electroscopio:1.8 Cmo es
ahora el signo de la carga de la barra? Positivo, y es igual con
respecto al electroscopio. 1.9 Se puede esperar que al frotar un
material siempre adquiera carga del mismo signo? Segn la prctica
realizada se dira que s, puesto que el experimento se hizo siempre
con el PVC, y con telas que son ms positivas que este (polyester y
seda). Pero si se compara con la serie triboelctrica el PVC se
puede cargar signo negativo si se frota con un material ms negativo
que l, como por ejemplo el tefln. Por lo cual se concluira que
depende de la relacin entre los dos materias y que tan positivos o
negativos sean entre s. 1.10 Se podr cargar un objeto si se frota
con otro del mismo material? No, puesto que al ser el mismo
material el ncleo atrae a los electrones con la misma fuerza, por
lo cual no hay transferencia de carga. 1.11 Qu papel juega la
friccin el proceso de carga? Al frotar dos cuerpos elctricamente
neutros (nmero de electrones = nmero de protones), ambos se cargan,
uno con carga positiva y el otro con carga negativa. 1 2.1 Cmo
puede verificar que el electrforo est completamente descargado?
Acercando ste al electroscopio, las laminillas se separan Despus de
cargar la lmina de acrlico con trozos de pao, y poner el electrforo
sobre sta ya cargada, cargando este como consecuencia:2.2 Por qu se
puede esperar que ocurra esta distribucin de carga? Porque el
electrforo tambin es un conductor, y este recibe la carga
polarizada del acrlico distribuyendo nuevamente estas cargas. Toque
el disco con un dedo. Aproxime el electrforo al electroscopio 2.3
Qu ocurre en el electroscopio? Queda con una carga igual a la del
electrforo, ya que las laminillas se repelen2.4 Est cargado el
electrforo? S. Alejado el electrforo del electroscopio2.5 Est
cargado el electroscopio? S. Se repiti el proceso para cargar el
electrforo y se transfiri la carga del electrforo al electroscopio
acercando posteriormente la lmina con la que se carg el
electrforo.2.6 El electroscopio y la lmina tienen cargas del mismo
signo o de signo contrario? (usar dibujos para explicarlo) Signos
opuestos Distribucin de cargas de la interaccin
(Lamina-electrforo-electroscopio-lamina):
Se carga el electroscopio por induccin a partir del electrforo
cargado nuevamente a partir de la lmina previamente frotada.2.7 Cmo
es la carga del electroscopio respecto a la de la lmina?
Opuesta.2.8 Qu papel desempea el contacto a tierra en el proceso de
carga por induccin? Explicar lo que ocurre considerando:a. Que las
cargas que pueden moverse en un metal son las positivasb. Que las
cargas que pueden moverse en un metal son las negativas. Cambia el
resultado? (usar dibujos) El papel de un polo a tierra es eliminar
las cargas extras presentes en un objeto, por lo tanto las eliminar
independientemente de su signo.
3.1 Qu necesita para transferir carga entre dos objetos? Un
material conductor y exceso de carga en alguno de los dos
materiales.
3.2 Cmo puede mantener la carga un objeto cargado? Estando en un
ambiente en el cual no haya factores que afecten su carga, es
decir, que no est presente un polo a tierra que lo afecte, o exista
un flujo continuo de energa. Comunicadas las esferas de dos
electroscopios descargados, por medio de una barra metlica, se
carga uno de los electroscopios.3.3 Qu ocurre en el otro
electroscopio? Tambin es cargado por la barra de PVC previamente
cargada por friccin. 3.4 Explicar y dibujar lo ocurrido con las
cargas elctricas.
Se realiz la excitacin de uno de los electroscopios por medio de
induccin utilizando dos paos y un tubo de PVC, observndose que la
carga inducida al primero, tambin se diriga al segundo
electroscopio puesto que estn conectados con una barra metlica que
acta como conductora. Para motivos de anlisis se asignar como
negativa la carga que se encuentra en el extremo de los
electroscopios, aunque es irrelevante cul carga se tome como la
inducida, por lo menos para efecto de este experimento.Una vez
cargado, el electroscopio mantendr su carga hasta que sea
descargado por un polo a "tierra" o inducido de alguna otra manera
por otro elemento. Posteriormente se realiz un nuevo experimento
con el electroscopio cargado, al cual posteriormente se le acerc el
fuego de una llama producida por un fsforo, el cual, casi
inmediatamente descarg el electroscopio, el resultado esencial de
dicha experiencia fue que las cargas del electroscopio y la llama
de fuego eran contrarias por lo que las lminas se unieron
inmediatamente y el fuego absorbi la carga contenida por el
electroscopio.3.5 Cambian sus explicaciones si la carga es del otro
tipo? Como se mencion anteriormente es irrelevante el signo de la
carga inducida. -> Cargado el electrforo por induccin, se acerca
a uno de los electroscopios descargados, hasta que se escuche el
sonido de una descarga.3.6 Qu ocurri? Las lminas del electroscopio
se separaron lo cual indica que este se carg por induccin. 3.7 Se
carg el electroscopio? S.3.8 Explicar y dibujar lo ocurrido
Cuando el electrforo est cargado y se aproxima al electroscopio,
ste reacciona y se electriza, sin necesidad de que entren en
contacto. Esto se debe a que el electrforo induce a distancia un
reordenamiento de los electrones en el electroscopio.Al alejar el
electrforo, el electroscopio mantiene su carga durante un tiempo,
mientras se reorganizan las cargas internas de ste, por el
contrario si la electrizacin se hace por contacto, esta carga
permanece en el tiempo, hasta que interacte de nuevo con otro
cuerpo3.9 Cambian sus explicaciones si la carga es del otro
tipo?No, la carga es indiferente. 3.10 Qu facilita la transferencia
de carga entre dos objetos? Que est presente un medio o material
conductor 3.11 Qu la dificulta? Que est presente un medio o
material aislante.
ANALISIS. 1er problemaQu cree que determina el signo de la carga
que adquiere un objeto cuando se frota? Depende de la relacin en la
serie triboelctrica que tenga el objeto a frotar y el objeto con
que es frotado, por el ejemplo si el PVC es frotado con seda, al
ser el PVC ms negativo, la seda queda cargada negativamente y el
PVC positivo, pero si ste llega a ser frotado con tefln que es ser
ms negativo, el PVC tendra una carga negativa y el tefln
positiva.
Se podr cargar un objeto si se frota con otro del mismo
material?No, puesto que al tener la misma naturaleza tienen la
misma configuracin electrnica y atraen con la misma fuerza sus
electrones, por lo cual no hay ninguna transferencia de carga.
Qu papel juega la friccin en el proceso de carga?La friccin
entre dos objetos a veces conduce a la transferencia de carga de un
cuerpo a otro, uno de los cuerpos adquiere un exceso de carga
positiva y el otro, un exceso de carga negativa. En cualquier
proceso que ocurra en un sistema aislado, la carga neta no cambia,
por ejemplo, por ms de que se frote una varilla de metal no
conseguir que atraiga trozos de papel, no puede quedar cargada,
pero si el objeto fuera de algn tipo de material aislante, los
electrones no podran desplazarse a travs de l, toda carga acumulada
en algn punto de su superficie all se quedara.
2do problemaCmo se puede cargar un objeto metlico por
induccin?Se puede hacer acercando un objeto previamente cargado por
friccin, generando la redistribucin de carga en ste. Fue correcta
su prediccin sobre cmo cargar un objeto metlico por induccin?S, fue
correcta puesto que se asumi que este objeto se poda cargar por
induccin como los otros materiales utilizados en el
laboratorio.
3er problemaQu diferencia un medio conductor de un medio
aislante?Las propiedades elctricas de conduccin de un material,
estn determinadas por el nmero banda de valencia, sta determina la
diferencia entre un medio conductor y uno aislante, en el primero
la atraccin del ncleo a los electrones en la banda de valencia es
muy dbil, lo permite el flujo de carga por distribucin electrnica,
y en el segundo los electrones de la banda de valencia son atrados
fuertemente por el ncleo lo cual impide que exista un flujo de
carga.
CONCLUSIONES.
Durante la prctica se evidenci ciertamente la existencia de
nicamente dos tipos de cargas elctricas, histricamente denominadas:
positivas y negativas, desafortunadamente la experiencia no nos
permite con seguridad sealar cul de ellas era negativa o positiva,
por lo que basados en los efectos y observaciones en el
electroscopio dicha asignacin se realiz de manera arbitraria. No
obstante se pudieron analizar las reacciones entre ellas, donde se
sabe que cargas con igual signo son repulsivas y cargas de
diferente signo se atraen, como lo es indiscutible segn la teora y
las observaciones realizadas en esta prctica.
Se estableci la diferencia esencial entre los procesos de carga
por conduccin y por induccin, la cual es el contacto entre los
objetos, es decir, en el proceso de carga por conduccin, la carga
de un elemento se transmite a otra por contacto, dicho fenmeno
observado con el electrforo en contacto con la lmina, mientras que
la carga de un objeto por induccin no se produce por contacto
directo sino por acercamiento de los objetos, lo que produce un
reordenamiento de las cargas del objeto que fue acercado a aquel
que ha sido cargado, polarizndose. De acuerdo con la actividad se
pudo entender que el efecto en la electrizacin por induccin sucede
gracias a la accin del Campo Elctrico de la distribucin de la carga
sobre determinada regin en su entorno, la cual le da la propiedad
al objeto cargado de modificar el ordenamiento de las cargas de un
elemento neutro que entre en su campo producido. Se comprendi la
existencia de ciertos materiales que debido a su formacin
estructural permiten transportar cargas elctricas desde un medio a
otro con mayor facilidad, rapidez y magnitud, los cuales son
conocidos como conductores elctricos, en el laboratorio observamos
dichos materiales tales como el tubo de PVC, el cobre y el
electrforo como tal, formado por una disco de metal. Por otro lado,
se tienen los materiales aislantes que son aquellos que no
transportan la carga elctrica con facilidad, o lo hacen de una
forma muy dbil, casi imperceptible a los equipos usados en la
experiencia de este laboratorio, entre stos encontramos materiales
como el vidrio, la madera y el plstico. Se observ que los fenmenos
relacionados a la transferencia de cargas son ms evidentes si se
efectan en ambientes secos ms que hmedos, ya que esta ltima
condicin afecta el funcionamiento de instrumentos como el
electroscopio, debido a la excesiva humedad en el aire, la cual
genera o influye en una fuga de electrones del cuerpo electrizado
hacia la tierra.
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