UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA-ENERGÍA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

“CARGA ELECTRICA”

INTEGRANTES:

- Yanac Durand Lucas Andres 1317220179 -García Alarcón Patrick Joel 1317110012 - Cáceres Sánchez, Christian Kevin 1317120277 -

PROFESOR:

Lic. DIAZ LEIVA; Nelson.

RESUMEN

En el presente informe de laboratorio como ya sabemos, utilizando el programa Data Studio analizaremos el tema de carga eléctrica muy ligado a lo que es la electroestática, para comprender de que se trata el tema a trabajar y sus características, exploraremos la naturaleza de las interacciones eléctricas, realizando una serie de actividades en el laboratorio, como son electrización por fricción, contacto e inducción.

Palabras claves: carga, ley de coulomb, conservación de carga eléctrica.

I.INTRODUCCION

Electroestática es la ciencia que estudia las propiedades y acción reciproca de las cargas eléctricas con respecto al sistema inercial de referencia elegido para su estudio. La carga eléctrica es una de las propiedades básicas de la materia. Aunque la comprensión extensa de sus manifestaciones se resistió durante siglos al escrutinio de la ciencia, ya hacia el año 600 a.C. los filósofos griegos describieron con detalle el experimento por el cual una barra de ámbar frotado atrae pequeños pedacitos de paja u otro material ligero (electrización por frotamiento).Los fenómenos eléctricos, indivisiblemente unidos a los magnéticos, están presentes en todas partes, ya sea en las tormentas, la radiación solar o el cerebro

humano. Modernamente, sus propiedades se aprovechan en múltiplos campos de actividad, y la electricidad se ha convertido en una forma esencial de consumo y transporte de energía.

[1]http://es.slideshare.net/WinnoDom/informe-carga-elctrica-y-ley-de-coulomb

La esencia de la electricidad es la carga eléctrica. Esta cualidad existe en dos clases distintas, que se denominan cargas positivas y negativas. Las cargas eléctricas de la misma clase o signo se repelen mutuamente y las de signo distinto se atraen.En realidad la carga eléctrica de un cuerpo u objeto es la suma de las cargas de cada uno de sus constituyentes mínimos: moléculas,

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átomos y partículas elementales. Por ello se dice que la carga eléctrica esta cuantizada. Además, las cargas se pueden mover o intercambiar, pero sin que se produzcan cambios en su cantidad total (ley de conservación de la carga).

II. ESQUEMA EXPERIMENTAL

1. Interface Science Workshop2. Electroscopio 3. Kit de materiales electroestático4. Probadores planos5. Cubeta de Faraday6. Esferas conductoras7. Fuente de voltaje electroestática8. Sensor de carga9. Regla metálica de 30cm, Piel 10. Electrómetro

Fig1: Imagen de la experiencia en el laboratorio y equipo utilizado durante todas las actividades

Fuente: Elaborado por los autores

III. EXPERIMENTACIO Y CÁLCULO

Primera actividad:

Para hacer la primera actividad primero usamos una varilla de acrílico y la frotamos usando la piel en él, durante

aproximadamente 1 minuto para luego acercarlo al electroscopio y verificar la existencia de la carga eléctrica por fricción lo cual fue correcta al observar un ligero giro entre la lámina y la varilla de aluminio perteneciente al electroscopio( la cual dice también que como la lámina y la varilla adquieren el mismo signo de carga se repelen), luego frotando con la franela ocurrió la misma experiencia, lo cual no sucedió usando la varilla de pvc debido a las condiciones de temperatura en la cual se encontraba nuestro laboratorio.

Fig. 2: Imagen de la primera actividad: Electrización por fricción

Fuente: Elaborado por los autores

Fig3: segunda imagen de la primera actividad usando el electroscopio

Fuente: Elaborado por los autores

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Segunda actividad:

En esta actividad comenzó tomando medidas del radio interno y radio externo del a cubeta de Faraday:

Rinterno = 48,87 mmRexterno = 73,75 mm

Unas ves conectadas todos los equipos, usando un probador blanco frotamos en una esfera conductora durante 30 segundos para luego introducirla el probador en la cubeta de Faraday sin tocar las paredes de metal; usando el programa Data Studio generamos una gráfica diferencia de potencial vs tiempo

Fig. 4 Grafica Diferencia de potencial vs Tiempo generada durante 4 ensayos repetidos.

Fuente: Elaborado por los autores

Fig. 5

Equipos usados en actividad 2Cubeta de Faraday, Esfera Conductora

Fuente: Elaborado por los autores

∆V1 = -308,335 voltios∆V2 = -303,946 voltios∆V3 = -253,560 voltios∆V4 = -234,019 voltios

Para luego determinar la magnitud y signo de la carga inducida al introducir cada uno de los probadores mediante la fórmula:

Q =

∆V

K (ln( r .internor . e xterno )) … (*)

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Dónde:

K = 9.109 Nm2/C2

∆V es la diferencia de potencial registrada al introducir el probador blanco en la cubeta de Faraday.

Entonces usando (*) y los datos tomados:

Q1 = 8.325.10-8 CQ2 = 8.207.10-8 CQ3 = 6,84.10-9CQ4 = 6.3186.10-8C

Tercera Actividad

La tercera actividad consistió en el tema de carga por contacto por contacto y separación de cargas el cual nos guio a utilizar 2 esferas conductoras una cargada mediante la terminal de +3000V de la fuente electrostática para así cargarla y la otra descargada para luego colocar la esfera cargada a 50 cm de la cubeta y la frotarla con un probador blanco durante 30 segundos para luego intrucirla en la cubeta de Faraday y ver la existencia de la carga por inducción , lo cual recopilaremos en nuestro programa data studio formandouna gráfica diferencia de potencial vs tiempo tal como se muestraLuego de hecho la primera parte de la 3ra actividad pasaremos a la segunda parte que consiste en usar la segunda esfera descargada y colocarla a 1 cm de nuestra primera esfera cargada y conectada al terminal de +3000V durante 1 minuto tal como muestra la fig. 6

Fig. 6 Esferas conductoras a 1 cm de distancia

Luego la alejamos 50 cm de la primera esfera.

Fig. 7 Esferas alejadas a 50cm

Para luego frotar el probador blanco en la segunda esfera y repetir lo hecho en la primera parte y tomamos datos nuevamente en nuestro programa Data Studio.

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IV. CONCLUSIONES

- Logramos verificar que existe la atracción y repulsión de cuerpos cargados eléctricamente. .

- Logramos determinar también que existe la cantidad de carga transferida por contacto y por inducción tal como vemos en nuestros experimentos 2 y 3.

V. CUESTIONARIO

1. En la carga del electroscopio por inducción ¿Cuál es el signo de la carga residual?

El signo correspondiente es el signo positivo, debido a que esta es opuesta al cuerpo de la carga.

2. En la carga por fricción ¿Que determina el signo de la carga adquirida por un determinado material?, explique

Lo determina el exceso o defecto de electrones en el material. Si tiene exceso de electrones está cargado negativamente y si tiene defecto de electrones está cargado positivamente.

3. Para la segunda actividad, dado que se conoce la magnitud y signo de la carga inducida, determine el número de electrones removidos por fricción.

Q = n * qe ;qe = 1,6.10-19 ; n = número de e-

Q1= 8,325.10-8 entonces n1 = 5,146875.1011

Q2 = 8.207.10-8 entonces n2 = 5,129375.1011

Q3 = 6,846.10-9 entonces n3 = 4,27875.1010

Q4 = 6,3186.10-8 entonces n4 = 3,94912.1011

4. De lo obtenido en la segunda actividad ¿Diría usted que la carga se conserva?, explique

De lo obtenido en nuestra 2da actividad notamos que nuestro programa Data Studio boto dos pares de resultados iguales lo cual es correcto en el tema de conservación de la carga , ya que como sabemos para un sistema electrizado la carga inicial siempre será igual a la carga final.

5. Al poner en contacto la esfera cargada con otra descargada del mismo radio, al separarlas ¿ambas esferas tendrán la mitad de la carga que tenía la primera esfera inicialmente?, explique

Si porque la variación es muy poca en cuando a modulo además teóricamente depende directamente proporcional al radio.

6. En la tercera actividad ¿La magnitud de la carga transferida variaría si el radio de la esfera conductora descargada fuera mayor a la de la esfera cargada?

Para que haya transferencia de carga debe haber una diferencia de potencial, si el potencial 1 y 2 son iguales entonces dejaría de haber transferencia de carga. Como esta es DP a los radio entonces si varia.

7. En la polarización de cargas ocurrida al acercar el cuerpo carga al cuerpo descargado ¿La fuerza de repulsión es de la misma magnitud para ambos elementos?

Sí. Por la tercera Ley de Newton.

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8. ¿Cómo explica usted la descarga eléctrica atmosférica durante una tormenta?

Las pequeñísimas gotitas de agua que conforman las nubes, pueden cargarse eléctricamente por fricción mutua debido a corrientes de aire dentro de las nubes. Se obtienen así nubes cargadas positiva o negativamente. Una nube cargada positivamente induce cargas negativas en otra nube o la superficie de la tierra.

9. En el experimento de Millikan para demostrar que la carga eléctrica esta cuantizada, ¿De qué manera se cargan eléctricamente las gotas de aceite?

El aparato de Robert Millikan incorpora un par de placas metálicas paralelas horizontales. Al aplicar una diferencia de potencial entre las placas, se crea un campo eléctrico uniforme en el espacio entre ellas. Se utilizó un anillo de material aislante para mantener las placas separadas. Cuatro agujeros se cortaron en el anillo, tres para la iluminación con una luz brillante, y otra para permitir la visualización a través de un microscopio.

Una fina niebla de gotas de aceite se roció a una cámara por encima de las placas. El aceite era de un tipo utilizado normalmente en aparatos de vacío y fue elegido porque tenía una presión de vapor extremadamente baja. El aceite ordinario se evaporaría bajo el calor de la fuente de luz causando que la masa de la gota de aceite cambiara durante el transcurso del experimento. Algunas gotas de aceite se cargaban eléctricamente a través de la fricción con la boquilla cuando fueron rociadas, mientras otras se descargaban hasta hacerse cationes y otras se volvían neutras. Como alternativa, la carga podría

llevarse a cabo mediante la inclusión de una fuente de radiación ionizante (como un tubo de rayos X).

10. Explique el funcionamiento de un generador de Van de Graff.

El generador consiste en una cinta transportadora de material aislante motorizada, que transporta carga a un terminal hueco. La carga es depositada en la esfera por inducción en la cinta, ya que la varilla metálica o peine, está muy próxima a la cinta pero no en contacto. La carga, transportada por la cinta, pasa al terminal esférico nulo por medio de otro peine o varilla metálica que se encarga de producir energía.

VI. BIBLIOGRAFIA. Serway Electricidad y Magnetismo Tomo 3, Editorial Interamericana de México..Guía de Laboratorio de Física III; FCNM-UNAC 2012. Berkeley physics course-volumen 2 – Electricidad y Magnetismo

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