Upload
marcosuribe
View
24
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
fisica 3
Citation preview
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN
MARCOS
FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA Y
ELECTRICA
TEMA:
CARGAS ELÉCTRICAS Y CUERPOS ELECTRIZADOS
PROFESOR:
GUILLEN GUEVARA ARTURO
CURSO:
LABORATORIO DE FÍSICA III
INTEGRANTES:
1. OBJETIVOS
1. Comprobar experimentalmente la existencia de una de las propiedades
fundamentales de la materia llamada carga eléctrica.
2. Experimentar con la electrificación de los cuerpos mediante las diversas formas.
3. Verificar la interacción electrostática entre cargas de igual signo y signos
opuestos.
4. Conocer el funcionamiento y los principios físicos de un generador
Electrostático - máquina de Wimshurt y la máquina de Van der Graff.
2. MATERIALES
Juego de equipos de electrostática u8491500 ( tablero de destello, cubierta de electrodos
esféricos, rueda con punta, barra de fricción de plástico con clavijero de 4mm soporte de
depósito, rodamiento de agujas con clavija de conexión, soporte de gancho para péndulo
doble de bolitas de sauco, clavija de conexión en pantalla de seda en varilla, trozos de
medula de sauco, tablero de base en clavija y conexión y carril de rodamiento con bolas,
cadenas de conexión, esfera conductora de 30mm de diámetro con clavija de conexión,
cubierta con electrodos de punta pie de soporte, varilla de soporte aislada, con
manguitos de soporte y de conexión y juego de campanas).
Péndulos de tecnoport.
Electroscopio.
Barras de acetato y vinilita.
3. FUNDAMENTO TEORICO
Inducción electrostática Consideremos el conductor neutro mostrado en las figuras si
acercamos al conductor (sin tocarlo) otro cuerpo cargado positivamente o
negativamente; va a suceder que la s cargas sufren modificaciones, se van a mover (es
decir existe en fenómeno de influencia)
Figura 1: influencia electrostática
Lo electrones libres en el conductor son atraídos por el cuerpo cargado positivamente
hacia el extremo A y debido a este desplazamiento el extremo B del conductor quedara
deficiente de electrones, es decir cargado positivamente. Se debe tener presente que en
este proceso solo se produjo en el conductor una separación de cargas, el conductor
seguirá neutro, esta separación de cargas en un conductor debido a la aproximación de
un cuerpo cargado se denomina ``electrostatica´´.
Figura 2: inducción electrostática
El cuerpo que produjo la inducción se le llama inductor y las cargas que aparecen en los
extremos del conductor se llaman cargas inducidas. Para demostrar la existencia de
fenómenos de existencia utilicemos dos péndulos de hilo conductor. Se observan que
los péndulos se separan. Si se toca con un dedo durante un pequeño instante un región
del conductor, el operador constituirá un único conductor con el suelo y con toda la
carga positiva se neutralizara. El péndulo del extremo B cae y enseguida quitamos el
cuerpo cargado, la carga negativa que queda en el conductor se reparte en toda la
superficie de forma de realizar una nueva distribución de equilibrio, observando,
entonces que el conductor adquirió así carga negativa. Esta es una de las formas de
electrización por inducción.
4. CUESTIONARIO
1. ¿Cómo puede usted determinar el signo de las cargas de las esferas de
tecnopor?
Por medio de la inducción magnetica cargamos con carga positva (σ+) o
negativa (σ-) a la espera de tecnoport.
Lo acercamos lentamente a la máquina de Van de Graff cargada negativamente y
observamos si este atrae o repele
Carga del Tecnoport
Positiva (σ+) Atrae el tecnoport
Negativa (σ-) Repele el tecnoport
2. En las experiencias efectuadas. ¿Cómo podría explicar el principio de
superposición?
Al tener únicamente las cargas uno y dos no se puede aplicar el principio de
superposición, pero si tomamos en cuenta la carga de la barra podemos hallar la
fuerza total que interactúa sobre la barra, de la siguiente manera:
F total = F1 + F2
3. ¿Del experimento realizado, se puede deducir que tipo de carga se traslada
de un cuerpo a otro?
Lo hacen indirectamente. Todas las "partículas" (desde el punto de vista del
observador), se mueven a causa de las fuerzas internas que actúan entre ellas. Esto
ahora lo hemos demostrado a través de los experimentos utilizando los métodos y
condiciones necesarias para la observación y análisis del movimiento de los
cuerpos a causa de estas fuerzas. Podemos afirmar que las partículas que se
mueven son electrones debido a que se desplazan de un cuerpo a otro por exceso
(repulsión) o defecto (atracción).
4. Enuncie los tipos de electrización, explique cada caso.
Formas para cambiar la carga eléctrica de los cuerpos
Se denomina electrización al efecto de ganar o perder cargas eléctricas,
normalmente electrones, producido por un cuerpo eléctricamente neutro. Los
tipos de electrificación son los siguientes:
1. Electrización por contacto: Cuando ponemos un cuerpo cargado en
contacto con un conductor se puede dar una transferencia de carga de un
cuerpo al otro y así el conductor queda cargado, positivamente si cedió
electrones o negativamente si los ganó.
2. Electrización por fricción: Cuando frotamos un aislante con cierto tipo de
materiales, algunos electrones son transferidos del aislante al otro
material o viceversa, de modo que cuando se separan ambos cuerpos
quedan con cargas opuestas.
3. Carga por inducción: Si acercamos un cuerpo cargado negativamente a
un conductor aislado, la fuerza de repulsión entre el cuerpo cargado y los
electrones de valencia en la superficie del conductor hace que estos se
desplacen a la parte más alejada del conductor al cuerpo cargado,
quedando la región más cercana con una carga positiva, lo que se nota al
haber una atracción entre el cuerpo cargado y esta parte del conductor.
Sin embargo, la carga neta del conductor sigue siendo cero (neutro).
4. Carga por el Efecto Fotoeléctrico : Sucede cuando se liberan electrones
en la superficie de un conductor al ser irradiado por luz u otra radiación
electromagnética.
5. Carga por Electrólisis: Descomposición química de una sustancia,
producida por el paso de una corriente eléctrica continua.
6. Carga por Efecto Termoeléctrico: Significa producir electricidad por la
acción del calor.
5. ¿Por qué el cuerpo humano es buen conductor de la electricidad? Explique
detalladamente.
Como se sabe, existen cuerpos que poseen la propiedad de presentar mayor o
menor resistencia al paso de los electrones, conocidos como aislantes o
conductores respectivamente; dependiendo esta propiedad de las características del
cuerpo o materia por donde circule dichos electrones. El cuerpo humano es un
buen conductor de la electricidad, debido a que el 98% del mismo está formado por
agua y fluidos, los cuales poseen diferentes tipos de minerales y compuestos, tales
como: sales, ácidos, hierro, calcio, etc. los cuales ya se ha demostrado son ele-
mentos conductores. Tal es así que dependiendo de otros factores (psicológicos,
somáticos), existen personas que puede "percibir" o sentir magnitudes de potencial
hasta el rango de los mV (milivoltios).
6. En la ilustración 6 considere que la bola 1 tiene una carga Q y la bola 2 está
descargada. Considere además que las bolas tienen radio r. ¿Qué sucederá?
Como las 2 esferas tienen el mismo radio, entonces estaríamos hablando de dos
cuerpos de masas iguales, pero con cargas distintas; una Q y la otra carga Nula,
entonces en la interacción entre dos cargas descrita por el ingeniero francés
Charles A. de Coulomb, sabemos que “la interacción electrostática entre dos
partículas cargadas es proporcional a sus cargas e inversamente proporcional
al cuadrado de la distancia entre ellas y su dirección es según a recta que las
une”. Entonces concluimos que la Fuerza entre ambas esferas esta dada por la
ecuación F= K q Q / d2 ; de donde F es igual a 0. Concluimos que la partícula
con carga Q no ejerce fuerza eléctrica sobre la partícula descargada.
Así mismo sabemos que toda carga genera un campo eléctrico que esta dado por
E, donde E= K Q / d2; de donde concluimos que nuestra partícula 1 genera un
campo eléctrico sobre la partícula 2.
7. Siguiendo la ilustración 6, suponga que mediante algún deslizamiento de
hilo la esfera 1, que contiene una carga Q se pone en contacto con la esfera
2, que está descargada ¿Qué es lo que se observará?¿Cuál será la carga que
adquiere de la esfera 2?
Se observa q a medida que se acerca la esfera 1 a la esfera 2 esta le está
induciendo carga esto acurre por la “Conservación de la carga eléctrica” la cual
nos dice que en un sistema eléctricamente aislado, la suma algebraica de todas
las cantidades de carga permanecen constante debido a que la carga reside en los
átomos y estos no se pueden crear o destruirse.
Σ = Σ
-La carga que adquiere la esfera 2 será igual a la mitad de la carga Q.
8. Respecto a la pregunta 5, suponga que la bola 1 tiene un radio 2r y la bola 2
un radio r. Si la bola 1, que contiene una carga Q, se pone en contacto con
la bola 2;¿Cuál será la carga que adquiere de la esfera 2?
-La carga 2 quedara cargada con Q/3 ya que las cargas tienen que ser
directamente proporcionales (DP) a los radios.
9. En un experimento de electrostática se observa que la distancia entre las
esferas idénticas 1 y 2, inicialmente descargadas es de 12 cm, (Ilustracion 6).
Luego de transmitirles la misma carga q a ambas esferas estas se separan
hasta 16 cm ¿Cuál es el valor de esta carga, si la masa de cada una de ellas
es de 5g y la longitud de los hilos en que los están suspendidas las esferas es
de 30 cm?
30cm 30cm
30cm
-------12cm-------- -2cm-
--------------16cm-------------
Entonces analizando una de las esferitas podemos sacar el siguiente diagrama de
fuerzas:
Por lo tanto se conoce los valores de α y β
Por la Ley de Lamy tenemos:
α Por lo tanto resolviendo hallamos:
k(q)(q)/ q=3.08x
β
mg
TanΘ = 30/2
Θ = arctan (15)
Θ= 86.19
10. Un objeto cargado positivamente se acerca a la esfera de un electroscopio y
se observa que las laminillas se cierran; y cuando se sigue acercando, sin
tocar la esfera, de pronto las hojuelas se abren. ¿Qué tipo de carga tiene el
electroscopio?
El electroscopio tiene carga negativa ya que a un principio se encuentran
separadas las laminillas, cuando se acerca la carga negativa de las laminillas se
van a la esfera y quedan con carga neutra. Al acercarse más el objeto cargado
positivamente, mayor cantidad de carga negativa se va a la esfera metálica y
nuevamente las laminillas quedan cargadas y se separan pero esta vez con carga
positiva.
11. ¿Qué función cumplen las botellas de Leyden en la máquina de Wimshurst?,
explique detalladamente.
La botella de Leyden es un dispositivo que permite almacenar cargas eléctricas
comportándose como un condensador o capacitor. La varilla metálica y las hojas
de estaño conforman la armadura interna. La armadura externa está constituida
por la capa que cubre la botella. La misma botella actúa como un material
dieléctrico (aislante) entre las dos capas del condensador. El nombre de
condensador proviene de las ideas del siglo XIX sobre la naturaleza de la carga
eléctrica que asimilaban ésta a un fluido que podía almacenarse tras su
condensación en un dispositivo adecuado como la botella de Leyden.
Este es el principio por el cual, si un rayo cae por diferencia de potencial en un
avión, este no sufrirá en su interior ningún tipo de descarga ni alteración
eléctrica.
12. Durante el uso del generador electrostático se percibe un olor característico,
investigue a que se debe. Explique detalladamente.
Tras aquellos experimentos percibió un olor característico, único y punzante,
alrededor del generador; van Marum se refirió al mismo como «el olor de la
materia eléctrica». Este olor era producto de la formación de ozono, siendo el
primero en describirlo científicamente.[
Es el olor a Ozono (O3) variedad alotrópica del Oxigeno (O2), que se genera a
partir de él, por efecto de las chispas. También se percibe cuando hay una
tormenta eléctrica.
13. Explique el poder de las puntas, y sus aplicaciones.
En Electrostática, el poder de las puntas está íntimamente relacionado con el
concepto de la rigidez dieléctrica. Ésta es el mayor valor de campo eléctrico que
puede aplicarse a un aislante sin que se vuelva conductor. Este fenómeno fue
descubierto hace 200 años por Benjamin Franklin, al observar que un conductor
con una porción puntiaguda en su superficie, descarga su carga eléctrica a través
del aguzamiento y por lo tanto no se mantiene electrizado.
Actualmente se sabe que esto se produce debido que en un conductor electrizado
tiende a acumular la carga en la región puntiaguda. La concentración de carga en
una región casi plana es mucho menor que la acumulación de carga eléctrica en
un saliente acentuado. Debido a esta distribución, el campo eléctrico de las
puntas es mucho más intenso que el de las regiones planas. El valor de la rigidez
dieléctrica del aire en la porción más aguzada será sobrepasado antes que en las
otras regiones, y será por ello que el aire se volverá conductor y por allí escapará
la carga del conductor.
14. Mencione aplicaciones del equipo de Van Der Graff.
Las diferentes aplicaciones de esta máquina incluyen la producción de rayos X,
esterilización de alimentos y experimentos de física de partículas y física
nuclear.
- Gracias al generador podemos hacer experimentos de ruptura
dieléctrica en alta tensión sin peligro para el que los realiza.
- Su utilidad es amplia, usándose tanto en experimentos docentes como en
procesos Industriales (acelerador de partículas.)
- Existen otras variantes del generador de Van de Graaff, como son el
Vivitron o el Pelletron capaces de conseguir tensiones de 30
Megavoltios.
CONCLUSIONES
Del trabajo se concluye que existen diversas formas de electrizar un
cuerpo, ya sea por frotación, contacto, etc.
También al inducir carga a un cuerpo este hace que se transmita la carga
dividiéndose proporcionalmente entre ellos.
Llegamos a conocer los diferentes tipos de instrumentos del laboratorio y
su correcto uso.
Todo cuerpo al ser frotado se carga, pero no se llega a saber con
exactitud que signo es el que tiene la carga.
Y llegamos a comprobar que 2 cargas del mismo signo se repelen, y 2
cargas de diferente signo se atraen.
5. BIBLIOGRAFIA
1- http://www.ciencia-ficcion.com/glosario/c/cargelec.htm
2- http://www.ciencia-ficcion.com/glosario/f/fuerelec.htm
3- FISICA Jorge Mendoza Dueñas
4-FISICA Vol II CAMPOS Y ONDAS Marcelo Alonso - Eduardo Finn
5-Miztegui Alberto P.-sabato Jorge A. , Fisica, VolI, Editorial Kapelusz, 1972. pag:
187-223.
6-Tipler Paul A., Fisica para la ciencia y la tecnología, Vol II, Editorial Reverte,
2001. pag: 798-799
7-Experimentos de Fisica, 1979. Pag: 17-21, 40-48, 62-63.