Objetivo generalIdentificar y comprender el concepto de
electricidad, cargar, descarga (por ionizacin y conduccin) y
electrosttica, con el adecuado desarrollo de las habilidades
prcticas propias de un buen aprendizaje y el desarrollo adecuado de
estas con el propsito de establecer la percepcin del estudiante
sobre su entorno y futuras condiciones de trabajo.Conceptos
necesarios
a) Carga elctrica:Es el generar una deficiencia o exceso de
electrones (in (+), in (-))b) Ley de Coulomb:La fuerza entre dos
cargas es directamente proporcional al producto de sus cargas e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las
separa.
F= K q1*q2/r2
c) Campo elctrico:Es aquel que se encuentra rodeando la carga
elctrica producida por un conjunto de cargas puntuales.d)
Distribucin de carga:En el tomo, los electrones giran alrededor del
ncleo en rbitas; los que se encuentran ms cercanos al ncleo estn
ligados ms fuertemente, pero los que se encuentran en las rbitas ms
alejadas estn ligadas dbilmente, sobre todo en los tomos de los
electrones metlicos, por lo cual es fcil que se separen.e)
Principios de operacin del generador Van de Graff:Cuando un
conductor cargado se pone en contacto con el interior de un
conductor hueco, toda la carga del primer conductor se transfiere
al conductor hueco. En principio, la carga en el conductor hueco y
su potencial pueden incrementarse sin lmites repitiendo el proceso.
El generador de Van de Graff es un aparato que permite transferir
carga a un conductor hueco. Este tipo de generador se utiliza
bastante en investigaciones de fsica nuclear
f) Formas diferentes de generar cargas elctricas diferentes:
Triboelectricidad o carga por frotamiento, que consiste en frotar
energticamente un cuerpo contra otro. Por contacto, un cuerpo se
electriza tocndolo con otro cuerpo que ya esta electrizado.
Por induccin, que consiste en acercar un cuerpo electrizado a
otro que no lo est sin tocarlo, logrando su electrizacin. g)
Convencin de Franklin:Esta establece que al frotar una barra de
vidrio con una franela o seda, al vidrio se le atribuye siempre
carga positiva.Equipo necesario para la prctica Dos soportes
universales
1 Metro de hilo camo
Una tira de polietileno
4 Barras (vidrio, madera, hule duro, plstico)
4 Excitadores(piel, seda, franela, polietileno)
1 Generador de Van de Graff
1 Esfera de cargas inducidas
1 Muestreador de cargas elctricas
1 Esfera de descarga
Cables y conectoresIntroduccin
En la actualidad tanto en nuestro entorno como en nuestra vida
diaria todo lo que manejamos y/o conocemos se mueve a travs de la
electricidad, desde lmparas, relojes, focos, electrodomsticos,
computadoras, motores, comunicacin, transporteetc. Pero en si
Cuntos de nosotros sabemos que es lo que pasa con todo esto que nos
rodea? Tenemos claro el funcionamiento de estos aparatos o qu es lo
que los mueve? Para comprender el funcionamiento de los aparatos
que se han convertido en parte de nuestra vida cotidiana en primer
lugar debemos entender que es la electricidad. He aqu la
importancia de la realizacin del siguiente trabajo en el cual se
analiza y se comprenden los diferentes aspectos en que se ve
involucrada la electricidad y como se producen los fenmenos
elctricos en nuestra vida cotidiana, los cuales no pueden ser
observados a simple vista pero si puede ser analizada, pues es
importante conocer el tema desde el campo fsico-cientfico y no
dejarlo simplemente en lo emprico.
Se sabe que en la naturaleza la materia se encuentra en
equilibrio elctrico (carga neutra). Por consiguiente se dice que
cargar elctricamente un cuerpo es generar en l un exceso o
deficiencia de electrones, dicha carga elctrica se encuentra en
reposo y el estudio de estas cargas en reposo lo llamamos
electrosttica.Electrosttica proviene del vocablo griego Elektron
(mbar), su estudio comienza con Tales de Mileto (600 a.C.) quien
sealaba que al cargar por frotamiento (triboelectricidad) un mbar
con piel de gato podra atraer a los cuerpos pequeos y ligeros como
polvo, cabello o paja. En observaciones posteriores de comprueba
que ciertos materiales al ser frotados se comportaban como el mbar,
notando que los cuerpos electrizados Posteriormente para definir la
polaridad de los cuerpos electrizados se atraan o rechazaban entre
s.Para definir la polaridad de los cuerpos cargados se emplea la
convencin de Franklin. Y por ltimo para saber la fuerza que ejercen
dos cargas entre s empleamos la Ley de Coulomb la cual establece
que dicha fuerza es directamente proporcional al producto de sus
cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que
las separa.Y una vez teniendo estos conceptos bsicos en claro
podremos analizar y entender los fenmenos que a continuacin se
presentan.Desarrollo
A continuacin teniendo los materiales antes mencionados
contemplados, comenzamos por resolviendo algunas dudas, como por
ejemplo Qu es el generador Van de Graff?Este tipo de generador se
utiliza bastante en investigaciones de fsica nuclear, pero en esta
ocasin lo utilizaremos para develar los principios de la
electrosttica. La idea bsica se describe en la figura 1.0 se
entrega carga de manera continua en un electrodo de alto voltaje
sobre una banda mvil de material aislante, el electrodo de alto
voltaje es un conductor hueco montado sobre la columna
aislante.
A continuacin, y una vez teniendo claro el funcionamiento de
este procedemos a la realizacin de la prctica tomamos la nuestra
franela y la tira de polietileno electrizndolas por medio de la
triboelectricidad(figura 1.1), colgamos el polietileno sobre el
hilo suspendido entre los soportes de manera que la cara frotada de
nuestro polietileno quede frente a frente como se muestra en a
figura 1.2 (Al realizar esta accin podemos observar que siendo que
toda la superficie de esa cara tiene la misma polaridad al momento
de quedar frente a frente se observa un fenmeno de repulsin).
Posterior a esta accin acercamos un cerillo encendido entre las
caras frotadas de nuestra tira como se observa en la figura 1.3
donde se observa que la carga de la tira de polietileno es
descargada, a este se le llama descarga por ionizacin.
Cargamos nuevamente la tira de polietileno, y utilizando la
convencin de Franklin determinamos la polaridad de la tira de
polietileno que resulta ser negativa, posteriormente se hace uso de
las barras que tenemos disponibles frotando cada una con los
excitadores proporcionados, para determinar as el signo de la carga
que adquiere cada uno de ellos usando como carga de prueba la tira
de polietileno. Los resultados se muestran en la siguiente tabla 1
(positivo (+) negativo (-)):
ExcitadorBarraCarga de la barra
PielVidrio+
Hule duro-
Plstico-
Madera+
SedaVidrio+
Hule duro-
Plstico+
Madera+
PolietilenoVidrio+
Hule duro-
Plstico+
Madera+
FranelaVidrio+
Hule duro-
Plstico-
Madera+
Llegamos a la parte en la que utilizamos el generador de Van de
Graff arreglndolo como se muestra en la figura 1.4 y al ponerlo a
funcionar no ms de 5 seg. se percibe un ligero sonido, una especie
de tronido que se genera por la carga electrosttica que se genera
en este, y al momento de acercar a 3 cm la esfera de descarga se
puede observar fsicamente la electricidad que pasa del generador a
hacia la esfera de descarga, posterior a esto primera instancia
utilizamos la esfera de descarga para tocar el casco del generador,
esto con el fin de hacer una descarga que se conoce como descarga
por conduccin o contacto, y comprobamos que el generador ha sido
descargado tocando el casco con la mano, posterior a esto repetimos
el proceso para experimentar la descarga por ionizacin y en efecto
al hacer la prueba y tocar el casco se comprueba que este ya esta
descargado, se repite este proceso 3 veces ms y de obtienen los
resultados de la tabla 2.Polaridad del casco conectado a
tierra+
Polaridad del casco sin conectar a tierra+
Polaridad de la base sin conectar a tierra.+
Finalmente armamos el dispositivo del generador como se muestra
en la figura 1.5. Ntese que en este caso utilizamos la esfera de
cargas inducidas y no la esfera de descarga como lo hicimos en la
prueba anterior, hacemos funcionar el dispositivo por un mximo de
10 seg. Y se determina la polaridad que toma la esfera de cargas
inducidas dando como resultado una carga positiva.
Cuestionario final
1. Explique en qu consiste la descarga por ionizacin
experimentalmente:
En acercar un cerillo encendido al material cargado cambiando as
su temperatura.2. Explique por qu con un mismo excitador, algunas
barras adquieren diferente polaridad:
Porque cada material tiene su propia composicin la cual permitir
si gana o pierde electrones3. De acuerdo con la polaridad de cada
una de las barras de la tabla 1.4, explique cmo se comporta la
carga en los excitadores correspondientes:
La carga va a cambiar dependiendo del material de los
excitadores4. En qu principio se basa el generador de van de
Graff?
Electrizacin por contacto e induccin de carga.5. Haga un esquema
del generador de van de Graff y explique cada uno de sus
componentes:
Un conductor metlico hueco (A) de forma aproximadamente esfrica,
est sostenido por soportes aislantes de plstico, atornillados en un
pie metlico (C) conectado a tierra. Una correa o cinta de goma (no
conductora) D se mueve entre dos poleas E y F. La polea F se
acciona mediante un motor elctrico. Dos peines G y H estn hechos de
hilos conductores muy finos, estn situados a la altura del eje de
las poleas. Las puntas de los peines estn muy prximas pero no tocan
a la correa
6. Diga si en los experimentos de esta prctica se cre carga
elctrica. Explique:
S, porque al frotar los materiales con los excitadores se
crearon cargas tanto positivas como negativas.7. Explique el
proceso de carga por frotamiento:
Al frotar dos materiales se transfieren gran cantidad de
electrones de uno al otro creado as que un material se carge
positivamente y el otro negativamente.8. Explique la descarga por
conduccin:
Acercando al material cargado otro materia sin carga conectado a
tierra.9. Explique la descarga por ionizacin(tericamente):
La ionizacin es el proceso qumico fsico mediante el cual se
producen iones estos son tomos molculas cargadas elctricamente.10.
Segn lo desarrollado en la prctica, Qu entiende por carga
elctrica?:
A la cantidad de electrones que tiene un material, si el
material gana demasiados electrones se dice que est cargado
negativamente, caso contrario, si pierde, est cargado
positivamente.11. Investigue algunas aplicaciones de la
electrosttica:
Una importante aplicacin de la descarga elctrica en gases es un
dispositivo llamado precipitador electroesttico. Este aparato se
utiliza para eliminar partculas de materia de los gases de
combustin, reduciendo de ese modo la contaminacin del aire. En
especial es til en centrales carboelctricas y en operaciones
industriales que generan grandes cantidades de humo. Los sistemas
actuales son capaces de eliminar ms del 99% de la ceniza y el polvo
(en peso) del humo.12. Cul es el objetivo de cargar elctricamente
los cuerpos?
Siguiendo con la respuesta anterior, para facilitar la captura
de partculas de polvo cargndolas negativamente y con la ayuda de un
electroimn atraerlas y no generar tanta contaminacin en el
ambiente.AplicacionesLa electroesttica en la electricidad
estticaposeemuchas aplicaciones entre las mscomunes e importantes
de la electrosttica, son los aparatos elctricos, son televisiones,
computadoras, celulares,etc. Estos aparatos nos han dado grandes
ventajas, ahorran tiempo, trabajoosimplemente nos
entretienenofacilitan la vida, sin embargo, las ondas
electromagnticas que emiten pueden llegar a tener efectos negativos
en nuestra salud. Por otro lado los principios de la electrosttica
han sido la base para el desarrollo de diversos dispositivos con
diferentes aplicaciones. Entre estos se encuentran los generadores
electrostticos para acelerar partculas elementales, los
precipitadores electrostticos utilizados para reducir la
contaminacin atmosfrica de las centrales carboelctricas, y la
xerografa que ha revolucionado la tecnologa del procesamiento de
imgenes siendo de suma importancia para nuestra vida actual y
futura.ConclusionesA partir de la prctica realizada, pudimos
aprender y entender lo referente a las cargas electrostticas y las
diferentes formas de cargar y descargar los cuerpos y los efectos
que cada uno de ellos produce sobre otros, determinando as las
diferentes propiedades de carga. Con esto, estamos capacitados para
dar respuesta a las interrogantes que pudieran surgir a lo largo de
nuestra vida personal y laboral sobre dichos temas.Es as como
comprendemos que muchos de los fenmenos que pasan en nuestro
entorno en la cotidianeidad no son ms que productos de la fsica
elctrica y de las cargas electrosttica. Bibliografa:[1] Hans C.
Ohanian, John T. Market, Fsica para ingeniera y ciencias
McGraw-hill.[2] Ing. Norma Soto, Ing No Gonzalez, Apuntes de
prcticas de electricidad y magnetismo, FES Aragn
2009.e-grafa:http://id12b.wikispaces.com/Aplicaciones+de+la++Electrostaticahttp://es.slideshare.net/jorgebustillo/lab-1-experienciahttp://www.fceia.unr.edu.ar/fisica3/guia1.pdf
Figura 1.0 Generador Van de Graff
Figura 1.1 Triboelectricidad
Figura 1.2
Figura 1.3
Tabla de resultados 1
Tabla de resultados 2
Figura 1.4 Descarga por conduccin o contacto
Figura 1.5 Carga por induccin
