I. OBJETIVO

Comprobar experimentalmente la existencia del a propiedad fundamental de la materia llamada carga eléctrica.

Observar experimentalmente cómo se cargan cuerpos mediante el proceso de frotamiento.

Experimentar la electrización por contacto y la inducción eléctrica.

Observar cualitativamente el comportamiento de los cuerpos cargados.

II. EXPERIMENTO

A. MODELO FÍSICO

Desde la Antigua Grecia se conoce que al frotar ámbar con una piel, ésta adquiere la propiedad de atraer cuerpos ligeros tales como trozos de paja y plumas pequeñas. Su descubrimiento se le atribuye al filósofo griego Tales de Mileto (ca. 639-547 a.C.), quién vivió hace unos 2500 años.

El médico inglés William Gilbert (1540-1603) observó que algunos materiales se comportan como el ámbar al frotarlos y que la atracción que ejercen se manifiesta sobre cualquier cuerpo, aun cuando no fuera ligero.

El primero en proponer la existencia de dos tipos de carga es Charles du Fay, aunque fue Benjamin Franklin quién al estudiar estos fenómenos descubrió como la electricidad de los cuerpos, después de ser frotados, se distribuía en ciertos lugares donde había más atracción; por eso los denominó positivo (+) y negativo (-).

Sin embargo, fue solo hacia mediados del siglo XIX cuando estas observaciones fueron planteadas formalmente, gracias a los experimentos sobre la electrólisis que realizó Michael Faraday, hacia 1833, y que le permitieron descubrir la relación entre la electricidad y la materia.

Posteriormente, los trabajos de Joseph John Thomson al descubrir el electrón y de Robert Millikan al medir su carga, fueron de gran ayuda para conocer la naturaleza discreta de la carga. La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de la materia que se presenta en dos tipos. Éstas llevan ahora el nombre con las que Benjamin Franklin las denominó: cargas positivas y negativas. Cuando cargas del mismo tipo se encuentran se repelen y cuando son diferentes se atraen.

La carga eléctrica es una cantidad escalar, la que se adquiere por un proceso de cargar un cuerpo.

UN CONVENIO IMPORTANTE. Al frotar VIDRIO con SEDA (inicialmente neutros), se define la electricidad que adquiere el vidrio como POSITIVA y la que adquiere la seda

como NEGATIVA. El electrón es eléctricamente negativo y el protón positivo como consecuencia de esta definición arbitraria y no porque ellos tengan intrínsecamente algo negativo o positivo.

B. DISEÑO

PROCESO DE CARGAR POR:

Frotamiento

-Los cuerpos inicialmente se encuentran neutros (carga neta nula).-Hay transmisión de carga como resultado del frotamiento.-Una vez transmitida la carga; la suma algebraica de las cargas positivas y negativas se alteran en ambos cuerpos.-Al final del proceso los cuerpos se cargan eléctricamente, pero con signo diferentes.

Contacto

-Uno de los cuerpos debe estar cargado eléctricamente (positiva o negativamente).-Se produce transmisión de carga por parte de los cuerpos.-Dada la transferencia de cargas, produce diferencia de potencial entre la superficie de los cuerpos.-Después del contacto, la carga acumulada por cada cuerpo es la misma, es decir quedan cargadas eléctricamente iguales.

Inducción

-Uno de los cuerpos está cargado.-Para cargar un cuerpo solo es necesario tenerlo cerca de otro que posea carga.-Una vez cerca de la carga puntual, el cuerpo queda polarizado, por un la da cargas positivas y por otro lado cargas negativas.-Finalmente el cuerpo inducido queda cargado en forma definitiva si mantenemos fijo la posición del cuerpo inducido.

C. MATERIALES Dos péndulos eléctricos Un electroscopio Un tubo de plástico (PBC) Un paño de lana UN paño de seda Una máquina de Ramsden Una barra de vidrio Una barra de baquelita

D. RANGO DE TRABAJO

Debido a que la experiencia se realizó desde un aspecto cualitativo no hubo necesidad de utilizar equipo de medición y materiales a escala para obtener datos cuantitativos.

E. VARIABLES INDEPENDIENTES

La variable independiente será la carga positiva (frotamiento de barra de vidrio y seda).

F. VARIABLES DEPENDIENTES

La carga que adquieren los péndulos y el electroscopio en cada experiencia.

G. DATOS DIRECTOS E INDIRECTOS

Datos directos:

Al acercar el tubo de plástico sin ser frotado al electroscopio no se aprecia ningún efecto en dicho instrumento.

Al frotar el tubo de plástico con el paño de lana lo acercamos al electroscopio y vemos que sus laminillas internas se mueven un poco (hacia afuera). Al repetir la experiencia con la barra de vidrio y baquelita el efecto es leve.

Nuevamente el tubo de plástico es frotado con lana y se carga por contacto los dos péndulos y al acercarlos son repelidos. Al repetir la experiencia con la barra de vidrio y baquelita los péndulos se repelen con menos intensidad.

El tubo de plástico es frotado con lana y se carga por contacto un péndulo y el otro por inducción al acercarlos inmediatamente son atraídos entre sí. Al repetir la experiencia con la barra de vidrio y baquelita el efecto es leve.

Al experimentar con la máquina de Ramsden se pudo observar que producía pequeñas descargas eléctricas cuando un estudiante tocaba con la mano la parte superior de dicha máquina.

Datos indirectos:

Surgen resultados más notorios con el tubo de plástico en comparación con la barra de vidrio y baquelita.

H. ANÁLISIS

Partiendo de que la barra de vidrio frotada con un paño de seda queda cargada positivamente, y considerando que cargas del mismo tipo se encuentran se repelen y cuando son diferentes se atraen.

El efecto de atracción y repulsión observado en la experiencia fue mayor cuando se uso el tubo de plástico y resulto leve cuando se uso la barra de vidrio y baquelita. Es decir, que la tendencia a electrizarse de un cuerpo depende del material con el que se realice la experiencia.

I. CUESTIONARIO

1. Grafique y explique analíticamente lo observado en los pasos seguidos en procedimiento.

Al acercar el tubo de plástico sin ser frotado al electroscopio no se aprecia ningún efecto en dicho instrumento.

Al frotar el tubo de plástico con el paño de lana lo acercamos al electroscopio y vemos que sus laminillas internas se mueven un poco (hacia afuera).

Al repetir la experiencia con la barra de vidrio y baquelita el efecto es leve.

Nuevamente el tubo de plástico es frotado con lana y se carga por contacto los dos péndulos y al acercarlos son repelidos.

Al repetir la experiencia con la barra de vidrio y baquelita los péndulos se repelen levemente.

El tubo de plástico es frotado con lana y se carga por contacto un péndulo y el otro por inducción al acercarlos inmediatamente son atraídos entre sí.

Al repetir la experiencia con la barra de vidrio y baquelita el efecto es leve.

Al experimentar con la máquina de Ramsden se pudo observar que producía pequeñas descargas eléctricas cuando un estudiante tocaba con la mano la parte superior de dicha máquina, es decir estaba cargado eléctricamente (electricidad estática).

2. Si dos esferitas conductoras y sin carga que penden de dos hilos de seda, se les acerca en su plano una barra cargada eléctricamente, con la cual no entran en contacto, ¿Qué es lo que observaría? Grafique y explique detalladamente.

Ambas esferitas serán atraídas por la barra cargada eléctricamente, ya que se reordenaran las cargas internas de dichas esferas debido a la carga eléctrica de la barra.

3. ¿Por qué el cuerpo humano es buen conductor de electricidad? Explique.Por todos los compuestos químicos de los cuales se conforma el cuerpo humano, incluyendo el agua, la sangre y los minerales dentro de ella. Además de las siempre constantes pulsos eléctricos de nuestro sistema neurológico que está presente en todo nuestro cuerpo.

4. ¿Cómo se manifiesta la presencia de cargas eléctricas? Explique.

La electricidad se manifiesta a través de interacciones (fuerzas) a distancia entre cargas eléctricas o entre cuerpos cargados. Las cargas eléctricas residen en las partículas elementales que constituyen el átomo.

5. Estas experiencias indican por sí solas ¿Qué tipo de partículas se mueven? ¿Por qué?

Ante todo para realizar adecuadamente la experiencia se tuvo que asumir que la carga adquirida por una barra de vidrio frotada con un paño de seda es POSITIVA.

6. ¿Cómo identifica la carga eléctrica que tiene el tubo de plástico al frotarse con lana?

Para ello se utilizo el péndulo eléctrico y el electroscopio

7. ¿Qué diferencias existen entre las fuerzas eléctricas y las fuerzas gravitatorias? Explique las semejanzas y diferencias.

DIFERENCIAS

FUERZA ELECTRICA FUERZA GRAVITATORIA-La fuerza eléctrica se produce en cuerpos cargados; una atracción hacia los cuerpos de carga opuesta, y una repulsión a los de carga idéntica.

-la fuerza eléctrica es modificada por el medio (Permitividad).

-La fuerza eléctrica no afecta a los fotones.

-La fuerza eléctrica está íntimamente asociada a la fuerza magnética (de hecho, se consideran dos fenómenos de la misma fuerza).

-La fuerza gravitatoria se produce entre todos los cuerpos con masa, a mayor masa mayor atracción (no hay repulsión, sólo atracción).

-No hay nada que oponga resistencia a la gravedad (no depende del medio en el que interactúa).

-La gravedad afecta a los fotones, que en reposo tienen masa nula, pero sí en movimiento.

-La fuerza gravitatoria no está asociada a ninguna otra fuerza.

SEMEJANZAS- Ambos tipos de fuerzas son proporcionales al producto de dos entidades de igual naturaleza, masas o cargas, en cada caso, e inversamente proporcionales al cuadrado de una distancia.

- Son fuerzas de acción a distancia, es decir, no es necesario que las entidades

antes mencionadas se encuentren en contacto, y su acción se puede expresar por medio de un CAMPO: el campo gravitatorio en un caso, y el campo eléctrico en el otro.

8. ¿Por qué un peine cargado atrae trocitos de papel?

Cuando se frota un peine en el cabello, los electrones del cabello se desplazan hacia el peine, quedando el cabello cargado “positivamente” y el peine con carga negativa. Cuando acercas el peine a los pedacitos de papel, éstos son atraídos por el peine (ya que su masa es pequeña).

9. ¿Por qué en el Laboratorio de Física FIEE los experimentos electrostáticos no se manifiestan fácilmente visibles? ¿Qué hace para obtener mejores resultados? Explique.

Se debe a que el aire saturado de humedad no es un aislador prefecto. Todos los experimentos de electrostática son muy sensibles a la presencia de humedad en el ambiente. La humedad actúa como elemento conductor de la electricidad haciendo que los elementos se descarguen rápidamente. Por ello es imprescindible que el aire y los materiales se encuentren lo más secos posible.

En la experiencia de laboratorio se seco el equipo con un secador de cabello y en ese caso el funcionamiento es óptimo.

III. CONCLUSIONES

Se comprobó la existencia de la carga eléctrica mediante los experimentos realizados.

Se verificó la electrificación por diversos procesos: frotación, contacto e inducción.

Se aprecio el efecto al interactuar con la máquina de Ramsden.

IV. BIBLIOGRAFIA

LEYVA, Humberto. Física III. Tercera edición. 2003. Perú. Pág. 1-5.

ICH. Compendio Académico de Física. Primera edición. 2003. Perú. Pág. 215-218.

BURBANO, Santiago. Física General. Primera Edición. 2009. España. Pág. 395-397.

V. ENLACES

http://espanol.answers.yahoo.com es.wikipedia.org/wiki/Carga_eléctrica