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.