CARGAS ELÉCTRICAS

I. OBJETIVOS.

Desarrollar y fortalecer habilidades de trabajo en grupo, así como de preparación de informes técnicos utilizando diferentes tipos de formatos.

Propiciar un espacio de trabajo para la discusión en grupo sobre temas técnicos y fortalecer el saber científico y profesional de los estudiantes.

Confrontar a los estudiantes con la problemática asociada a la toma, manipulación, organización, representación e interpretación de datos técnicos experimentales.

Familiarizar al estudiante con diversas técnicas de experimentación en física e ingeniería.

Verificar experimentalmente algunas de las predicciones de los modelos, teorías o leyes fundamentales estudiadas en clase.

Observar experimentalmente la formación de líneas equipotenciales para diversas distribuciones de carga (electrodos).

Investigar cuantos tipos de cargas existen y la forma de interactuar entre sí. Determinar el tipo de carga que posee un cuerpo cargado.

II. EXPERIMENTO.

A. MODELO FISICO.

CARGA ELÉCTRICA

La carga eléctrica es una propiedad de la materia que permite cuantificar la pérdida o ganancia de electrones.

La carga eléctrica q puede clasificarse como carga eléctrica positiva (protones) y

carga eléctrica negativa (electrones). Los fenómenos eléctricos se atribuyen a la

separación de las cargas eléctricas del átomo y su movimiento. Por esta razón el

concepto de carga eléctrica es la base para definir los fenómenos eléctricos.

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Figura Nº 01

FORMAS DE CARGAR UN CUERPO

Electrización por contacto: Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si toco un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero también queda con carga positiva.

Electrización por frotamiento: Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa. Si frotas una barra de vidrio con un paño de seda, hay un traspaso de electrones del vidrio a la seda. Si frotas un lápiz de pasta con un paño de lana, hay un traspaso de electrones del paño al lápiz.

Electrización por inducción: Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro. Como resultado de esta relación, la redistribución inicial se ve alterada: las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo electrizado se acercan a éste. En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas está cargado positivamente y en otras negativamente. Decimos entonces que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.

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Figura Nº 02

Figura Nº 03

B. DISEÑO

Péndulos eléctricos: Consiste en cargar uno de los péndulos con algún instrumento cargado ya antes ya sea la barra de baquelita, o tubo de PVC. Para poder verificar con el otro que se cargara positivamente con una barra de vidrio frotada con ceda, para ver de qué forma se cargó positivamente o negativa y nos damos cuentas si se atraen o repelen.

Electroscopio: Este diseño con el electroscopio sirvió para poder verificar también y comprobar que dos cargas de un mismo signo se repelen ya sea positivo o negativo al cargar este por contacto ya sea con una barra de vidrio o tubo de PVC.

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Figura Nº 04

Figura Nº 05

Figura Nº 06

C. MATERIALES

ELECTROSCOPIO. Es un instrumento que se utiliza para saber si un cuerpo está cargado eléctricamente. El electroscopio consiste en una varilla metálica vertical de vidrio que tiene una esfera en la parte superior y en el extremo opuesto dos láminas de aluminio muy delgado. La varilla está sostenida en la parte superior de una caja de vidrio transparente con un armazón de cobre en contacto con tierra. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electriza y las laminillas cargadas con igual signo de electricidad se repelen, separándose.

PENDULOS ELECTRICOS. Es un instrumento utilizado en los experimentos acerca de la existencia de cargas eléctricas del cual se suspende una barra de algún material electrificado, el cual puede ser una barra de caucho cargada negativamente y a esta se la acerca una barra de vidrio con carga positiva y se podrá observar que se atraen entre sí. Sin embargo si a la barra de caucho que está suspendida se le acerca una barra del mismo material, caucho, cargada negativamente se podrá observar que las dos barras se repelen. Este instrumento nos sirve para comprobar las diferentes polarizaciones de los materiales.

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Figura Nº 07

Figura Nº 08

TUBO DE PLASTICO. Nos sirve para poder cargar por contacto el péndulo eléctrico y así comprobar que carga tiene al frotar la lana con el tubo y deducir nuestras propias conclusiones respecto a la experimentación, lo mismo ocurre para la baquelita y para el vidrio.

PAÑO DE LANA. Nos sirve para poder cargar por contacto el péndulo eléctrico y así comprobar que carga tiene al frotar la lana con el tubo y deducir nuestras propias conclusiones respecto a la experimentación, lo mismo ocurre para la baquelita y para el vidrio.

MAQUINA DE RAMSDEM

Permite obtener carga eléctrica por inducción, haciendo girar un disco que roza

contra unos cojines de cuero.Es el mismo fenómeno que cuando se electriza un

bolígrafo frotándolo contra una chaqueta.

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Figura Nº 09

Figura Nº 10

Figura Nº 11

D. VARIABLES INDEPENDIENTES.

El voltaje de la fuente de alimentación debe considerarse 1.5 v ¿por qué no se debe recomendar mayores voltajes?

Humedad Secadora Paño de tela Paño de seda

. VARIABLES DEPENDIENTES.

¿Qué instrumentos nos proporcionan las variables dependientes y cuáles son estas variables?

Vidrio Tubo de plástico Máquina de ramsden Baquelita

E. ANALISIS .

Cargamos el vidrio por medio de frotamiento con un paño de tela pero observamos que no sucedía ningún fenómeno debido a la humedad que tiene el laboratorio de física FIEE así que usamos la secadora para poder reducir la humedad en el electroscopio y en el paño de tela para así poder apreciar el fenómeno .

Para poder identificar la carga del tubo del plástico ,primero frotamos el vidrio y luego el tubo con un trapo de lana , como ya sabemos el vidrio ya esta cargada positivamente asi que tocamos el péndulo y asi de esa manera cargamos el péndulo positivamente luego tocamos el tubo cargado al otro péndulo y como vimos se repelaron por lo que significa que la carga del tubo era positiva.

F. PROCEDIMIENTO.

a) Antes de realizar cualquier experimentacion debemos de secar los intrumentos, debido a la fuerte humedad que hay en esta zona del pais

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Figura Nº 12

b) Primero acercamos el tubo de plástico con carga neta cero al electroscopio.

c) Luego al ver que no pasa nada al inicio, frotamos el tubo con el trapo de lana y lo acercamos al electroscopio vemos como la lámina de aluminio del electroscopio cambia del lugar.

d) Luego de eso pusimos al tubo en contacto directo con el electroscopio para luego retirarlo (“cargado por contacto”).

e) Después el tubo de plástico que estaba cargado al ser frotado con la lana, lo acercamos al electroscopio (“cargado por inducción”).

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FIGURA N° 13

FIGURA N° 15

FIGURA N° 14

f) Después de haber hecho estos pasos con el tubo, vamos aprobarlos con los materiales de vidrio y baquelita y seguir los mismos pasos, podemos notar que el vidrio toma carga distinta al tubo.

g) En este paso vamos a ver cómo reaccionan los péndulos, en esta parte lo cargamos el tubo y lo hemos puesto en contacto con los péndulos, observamos que los péndulos se repelen por tener el mismo signo.

h) Luego repetimos el paso de los péndulos pero usando el vidrio y la baquelita, obteniendo el mismo resultado.

i) Ahora ponemos en contacto el tubo de plástico (cargado luego de frotarlo con la lana) con el péndulo y al otro péndulo lo cargamos por inducción al poner en contacto con los dedos, esto hace que los péndulos se atraigan.

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FIGURA N° 17

FIGURA N° 18

FIGURA N° 16

j) Hacemos el mismo procedimiento con el vidrio y baquelita, usando el trapo de seda, esto hace e el vidrio se cargue positivamente y la seda negativamente.

k) Después de haber trabajado con el electroscopio y los péndulos, hemos usado la máquina de Ramsden en donde debíamos girarlo y asi haga contacto el tubo y la lana, el tubo se carga y unos clavos que estaba en la parte superior del tubo muy cerca de este adquieren esta carga, en la cual podíamos ver como al acercar el dedo se genera como una pequeña chispa.

G. .CUESTIONARIO:

1- Grafique y explique analíticamente lo observado en los pasos seguidos en procedimiento.Lo primero que hicimos fue ordenar la mesa de trabajo con los materiales a disposición y en buen funcionamiento, luego de ello secamos los materiales con una secadora debido a la humedad que hay en esta zona del país.

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.La barra electrizada cargada la esfera por inducción, además ya en objetivo se muestra la atracción de la barra a la esfera.

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Figura Nº 19

3- ¿Por qué el cuerpo humano es buen conductor de electricidad? Explique.Esto se debe a que en el cuerpo humano se encuentra el agua en un 70% y es un buen conductor eléctrico, también por los impulsos eléctricos en el cuerpo.

4- ¿Cómo se manifiesta la presencia de cargas eléctricas? Explique detalladamente.La presencia de cargas eléctricas se pueden manifestar de distintas puede ser mediante fenómenos como en las descargas eléctrica, rayos eléctricos, flujos de corriente, al entrar en contacto con el cuerpo, por la atracción y repulsión de cuerpos que interactúan entre sí, etc.

5- Estas experiencias indican por si solas. ¿Qué tipo de partículas se mueven?, ¿Por qué?En el laboratorio se presenció el movimiento que realizaban las partículas como los electrones de cargarse por inducción o con el simple hecho de contacto entre ellas, debido también a que los cuerpos que entre ellos buscaran el equilibrio eléctrico.

6- ¿Cómo identifica la carga eléctrica que tiene el tubo de plástico al frotarse con lana?La forma experimental de comprobar qué carga tiene el tubo es frotar el tubo con la lana, a su vez, frotar un pedazo de vidrio con seda, de esta forma cargamos el vidrio con carga positiva. Luego por contacto de vidrio y un péndulo eléctrico añadimos la carga positiva al péndulo, en seguida hacemos lo mismo con el tubo y el otro péndulo y, añadiremos la carga desconocida del tubo. Para finalizar acercamos los dos péndulos eléctricos y si observamos que ellas se repelen podremos decir que el tubo estuvo cargado con carga positiva y si por el contrario ellas se atraen entonces diremos que el tubo está cargado con negativamente.

7- ¿Qué diferencias existen entre las fuerzas eléctricas y las fuerzas gravitatorias? Explique las semejanzas y diferencias.Las diferencias y semejanzas las conoceremos en el siguiente cuadro

CARACTERISTICAS INTERACCION ELECTROSTATICA

INTERACCION GRAVITATORIA

Propiedad relacionada Carga MasaPartícula a la que afecta Partícula cargada Toda partícula

Carácter de fuerza Repulsión y atracción Siempre de atracciónDependencia del medio Permeabilidad del medio Es una constante universal

8- ¿Por qué un peine cargado atrae trocitos de papel?Debido que al frotar el peine con el cabello, el peine se carga negativamente y al acercar los trozos de papel que no poseen un buen peso, estos son atraídos.

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

Porque la UNAC y por lo tanto la FIEE se encuentra ubicada cerca al mar por lo que la humedad es como del 97% lo que hace que los instrumentos ya sea de laboratorio o para otras cosas se encuentren húmedas impidiendo realizar los experimentos que se pueda realizar en los laboratorios.Para poder realizar los experimentos necesitamos reducir la humedad casi al máximo que se encuentren secos, se podría utilizar un secador eléctrico, para asi poder observar con claridad las manifestaciones electroestáticas.

III. CONCLUSIONES:

A medida de los experimentos realizados llegamos a saber en forma práctica la teoría que dos cargas del mismo signo se repelen y si son de signos contrarios se atraen. También que un cuerpo neutro puede cargarse por frotación o por inducción.En algunos casos estos cuerpos pueden verse afectado por el clima que se presente en el momento, en este caso el problema fue la humedad que habitaba en el lugar donde se realizó el experimento

IV. BIBLIOGRAFIA:

FISICA, SEGUNDA EDICION, JERRY WILSON, EDITORAIL PEARSON. CLASSICAL ELECTRODYNAMICS, INC. SEGUNDA EDICION, JOHN WILEY

& SONS. FISICA UNIVERSITARIA, VOLUMEN 2, ZEMANSKY, EDITORIAL PEARSON

EDUCACION. FISICA CONCEPTUAL, NOVENA EDICION, PAUL HEWITT, EDITORIAL

PEARSON.

V. ENLACES:

https://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctrica

http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/gispud/RAIZDC/contenidoprogramatico/capitulo1/carga.html

http://www.tipos.co/tipos-de-carga-electrica/

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