Informe 1 - Cargas Eléctricas y Cuerpos Electrificados(1) (1)

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

(Universidad del Perú, Decana de América)

CURSO : Laboratorio de Física III

ALUMNOS :________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

TEMA : Cargas Eléctricas y Cuerpos Electrificados

HORARIO : jueves de 02:00 - 04:00 pm

Ciudad Universitaria, Abril del 2014

Facultad de Ciencia Físicas Laboratorio de Física III INFORME N° 1

Procedimiento Experimental

A. Ubique en la mesa de trabajo en la posición más adecuada la Maquina de Wimshurst y de Van De Graff.

B. Experimente la interacción entre las barras cargadas y las esferas de tecnoport que está suspendida en el péndulo eléctrico.

A-1 - Maquina de Wimshurst1. Identifique las partes de las maquinas electrostáticas.2. Gire lentamente la manivela en sentido horario, los conductores transversales deben

señalar, por arriba, hacia la izquierda y por debajo, hacia la derecha, en un ángulo de 45°, en relación con la barra de aislamiento.

3. Mantenga el interruptor de aislamiento abierto y anote lo observado.

Observamos chispas eléctricas continuamente las cuales son transferencia de electrones de un electrodo a otro.

4. Ahora cierre el interruptor, anote lo observado.

Cuando se cierra el interruptor se intensifica la transferencia de electrones.

5. Conecte las botellas de Leyden, anote lo observado. Los pasos 3, 4 y 5 se efectúan girando las manivelas del equipo.

Cuando se conecta las botellas de Leyden se intensifica mucho más las chispas de electricidad por lo tanto también se intensifica la transferencia de electrones.

6. Determine la polaridad del generador electrostático por medio de un electroscopio. Este último se carga con un electrodo y se toca luego con una barra de plástico previamente frotada con lana, anote el signo de la carga.

El signo de la carga es negativo, pues la barra de plástico frotada con lana se carga negativamente y en el electroscopio se observó la separación de las laminillas de pan de oro.

7. Ahora arranque una lámpara de fluorescente y anote lo observado, identifique la polaridad de la lámpara.

La lámpara es solo para poder secar el medio ambiente del instrumento ya que el ambiente puede estar húmedo.

8. Descarga de punta (figura 04); colocar la rueda de punta sobre el rodamiento de agujas en el soporte, conectar a la fuente de carga y transmitirla carga, anote lo observado.

2Universidad Nacional Mayor de San Marcos


Observamos que empieza a girar, y eso se debe a una propiedad de los metales, ya que las cargas se concentran mucho más en las puntas, y divido a eso, como las puntas poseen cargas iguales, empiezan a repelerse.

9. Péndulo doble (figura 05); colocar un péndulo de bolitas de sauco en soporte con gancho, conectar a la fuente de carga a través de ésta, anote lo observado.

Observamos que al llegar la carga, las bolitas se electrizan con la misma carga, y eso origina una fuerza de repulsión, es por ello que las bolitas de sauco se separan.

10. Clavija de conexión en la pantalla de seda sobre el soporte, conectar a las fuentes de carga y acrecentar lentamente la carga aplicada, anote lo observado.

11. Juego de campanas (figura 07); colocar sobre el juego de campanas, conectar la fuente de carga y acrecentar lentamente la carga aplicada, anote lo observado.

Se observó que debido a las fuerza que se originan por las cargas, provocan que las campanas empiecen a chocar.

12. Tablero de destellos (figura08); colocar el tablero de destellos en el soporte, conectar las fuentes de carga y aumentar lentamente el volumen de la carga suministrada, anote lo observado.

Se observan destellos de luz debido a que las cargas empiezan a interactuar.

13. Danza eléctrica (figura 09); colocar el tablero de base sobre el soporte, colocar sobre él bolitas de saúco de 5 a 8 unidades, y poner encima de la cubierta con electrodos esféricos invertida, conectar la fuente de carga y aumentar lentamente la fuente de carga suministrada, anote lo observado.

En este experimento se observa como las bolitas de saúco empiezan a elevarse y a girar en forma de tornado.

14. Aparato fumívoro (figura 10); Colocar el tablero de base sobre el soporte, invertir sobre éste la cubierta con electrodo de punta y conectar la fuente de carga. Hacer penetrar en la cubierta el humo de un cigarro o de una vela de humo, anote lo observado.

15. Carril de rodamiento con bolas; Colocar sobre el soporte la placa de base, y el carril de rodamiento de bolas. Al hacerlo, asegúrese de que la distancia del carril de rodamiento con bolas no caigan hacia un lado. Coloca la bola, limpia y seca, sobre la placa de base de tal manera que entre en contacto con el canto del electrodo esférico superior. Conectar la fuente de alimentación y suministrar lentamente la carga, anote lo observado.

Se observa que las bolitas empiezan a girar en forma de espiral dentro de la placa base.



A-2 - Maquina de Van Der Graff1. Conecte la máquina de Van Der Graff, a la fuente de 250V de C.A. Tenga cuidado, si

tiene dudas consulte al profesor.2. Una vez encendido, la faja vertical comenzara a girar, identifique el signo de la carga

de la esfera, con ayuda de un electroscopio, anota lo observado.

Por teoría la máquina de Van De Graff se carga negativamente, y con el electroscopio se pudo determinar dicho resultado.

3. Utilice los dispositivos efectuados en los procesos del 7 al 15, anote lo observado.

Sucede lo mismo, pero con más intensidad, ya que la máquina de Van De Graff almacena más carga que el Wimshurst.

4. Acerque el electroscopio lentamente a la esfera y anote el máximo valor de ángulo que se desvía las hojuelas.

El valor aproximadamente es 40°.

B - Péndulo Eléctrico1. Acerque cualquiera de las barras, sin frotarla, a la esfera de tecnoport que está

suspendida en el péndulo eléctrico como muestra la ilustración 5. Anote lo observado.

No ocurre absolutamente nada.

2. Frote la barra de acetato con el paño de seda, luego acérquela a la esfera de tecnoport. Repita la operación frotando la barra de vinilito. Anote sus observaciones.

La esfera de tecnoport se acerca a la barra de acetato, asimismo lo hace con la barra de vinilito.

3. Ponga frente a frente dos esferas de tecnoport suspendidas en los péndulos eléctricos. A continuación frote la barra de vinilito con el paño de lana, luego toque a la esfera 1 y a la esfera 2. Anote sus observaciones.

Las esferas tienden a separarse debido a que adquieren la misma carga.

4. Frote nuevamente la barra de acetato con el paño de seda y la barra de vinilito con el paño de lana y toque la esfera 1 con la barra de acetato y a la esfera 2 con la barra de vinilito. Anote sus observaciones.

Las esferas se empiezan a atraer debido a que las esferas 1 y 2 adquieren diferentes cargas.

5. Asigne el nombre que usted desee a las cargas eléctricas obtenidas en los pasos 3 y 4.



6. Frote nuevamente la barra de acetato con el paño de seda, luego toque la esfera 1 y esfera 2. Anote sus observaciones.

7. Frote nuevamente la barra de vinilito con el palo de lana, luego acérquela a la esfera 1 y esfera 2. Anote lo observado.

8. Acerque sin tocar la barra de acetato a la esfera 1, simultáneamente acerque sin tocar la barra de vinilito a la esfera 2. Anote sus observaciones.

9. La ilustración 3 nos muestra un electroscopio, aparato que nos permite observar si un cuerpo esta electrizado o no lo está. Acerque la barra de acetato previamente frotada con el paño de seda a la esfera metálica del electroscopio. Anote sus observaciones.

10. Manteniendo cerca de la esfera metálica, la barra de acetato, coloque un dedo de su mano sobre la esfera. Anote sus observaciones.

11. Manteniendo cerca de la esfera metálica la barra de acetato, retire el dedo que había colocado sobre ella. Anote sus observaciones.

12. Retire la barra de acetato de la vecindad de la esfera metálica. Anote sus observaciones.

13. Repita los pasos 8, 9, 10, 11 con la barra de vinilito que ha sido previamente frotada con el paño de lana.

CUESTIONARIO1. ¿Cómo puede usted determinar el signo de las cargas de las esferas de tecnoport?

Explique.

Para determinar el signo de las esferas de tecnoport se hace carga con una carga diferente a otro elemento al cual luego se le acerca a la esfera de tecnoport y dependiendo de su interacción con este y viendo el efecto que produce en ella se dice si es positivo o negativo.

2. En las experiencias efectuadas, ¿cómo podría aplicar el principio de suspensión?

No se puede aplicar el principio de superposición a conceptos que pueden variar de acuerdo a la dirección o lugar en el que se encuentre.

3. ¿Del experimento realizado, se puede deducir que tipo de carga se traslada de un cuerpo a otro?

Convencionalmente se sabe que el tipo de carga que se traslada de un cuerpo a otro es el negativo, es decir que solo se trasladan los electrones.

4. Enuncie los tipos de electrización, explique cada caso. Por frotamiento: Al frotar dos cuerpos con carga neutra uno de ellos adquiere

carga negativa y el otro, negativa, debido a la fricción. 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 y al ponerlo en contacto con tierra se carga.

Por contacto: Al tocar un cuerpo cargado eléctricamente con otro cuerpo neutro este ultimo adquirirá una parte de la carga del cuerpo electrizado, debido a que el cuerpo electrizado busca estar en estado de reposo se comparte los electrones con el cuerpo neutro.

5. ¿Por qué el cuerpo humano es buen conductor de la electricidad?. Explique detalladamente.

El cuerpo humano está compuesto en su mayoría por agua, pero sucede que aparte contiene electrolitos en el interior y debido a estos es que se facilitan la transferencia de electrones a través del cuerpo, aparte tiene baja resistencia.

6. En la ilustración 6 considere que la bola 1 tiene una carga Q y la bola 2 esta descargada. Considere además que las bolas tienen igual radio r. ¿Qué sucederá?

Las esferitas se atraerán debido a que una contiene carga eléctrica y además decido a que tiene el mismo radio es que sufrirán la misma variación de posición con respecto al origen en el que estaban.

7. Siguiendo con la ilustración 6, suponga que mediante algún deslizamiento del hilo la esfera 1, que contiene una carga Q, se pone en contacto con la esfera 2, que esta descargada ¿Qué es lo que observará?, ¿Cuál será la carga que adquiere la esfera 2?

Debido a que las esferas son del mismo material, por lo tanto tienen la misma resistencia, y además tienen el mismo radio, al juntarse la esfera electrizada lo cederá la mitad de su carga, es decir que la esfera neutra quedará electrizada con una carga Q/2 lo mismo que la esfera que estaba cargada al inicio.

8. Respecto a la pregunta 5, suponga ahora 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?

Debido a que se está hablando del mismo material y suponiendo que es uniforme, las esferas responden a la fórmula siguiente:

Donde:

: Densidad de carga Volumétrica.

: Carga eléctrica total.

Volumen del cuerpo.



Entonces las esferas quedarán de la siguiente forma:

9. En un experimento de electrostática se observa que la distancia entre las esferas idénticas 1 y 2, inicialmente descargadas es de 12cm, (ilustración 6). Luego de transmitirles la misma carga q a ambas esferas estas se separan hasta 16cm. ¿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 los que están suspendidas las esferas es de 30cm?

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?

Lo que sucede es que al acercar bastante un cuerpo electrizado a una esfera neutra, sin tocarlo, esta experimenta una distribución de carga negativa en su superficie la cual apunta al cuerpo electrizado, por otro lado la otra superficie se carga positivamente. Por lo tanto la esfera adquiere una carga positiva, debido a esto es que de pronto las hojuelas se abren.

11. Qué función cumple las botellas de Leyden en la máquina de Wimshurst, explique detalladamente.

Funcionan como condensadores, la carga se acumula y las botellas se carga hasta un punto en que deja que se libere toda la carga (debido a esto se puede observar las descargas en las palancas de acoplamiento de la máquina de Wimshurst).

12. Durante el uso del generador electrostático se percibe un color característico, investigue a que se debe. Explique detalladamente.

13. Explique el poder de las puntas, y sus aplicaciones.

Las puntas son utilizadas para generar choques eléctricos. Esto es debido que una de ellas se carga muy positivamente y la otra muy negativamente se genera una diferencia de potencial lo que origina que se puedan observar chispas, las cuales son transferencia de electrones. Esto es muy importante conocer en la vida del hombre, por ejemplo cuando hay truenos, los rayos buscan la menor área posible y eso lo encuentran en las puntas, por eso una persona nunca debería de estar en una pampa durante una tormenta porque podría morir al caerle un rayo eléctrico.



14. Mencione al menos 5 aplicaciones del equipo de Van De Graff.

El generador del Van de Graff es un generador de corriente constante, mientras que la batería es un generador de voltaje constante, lo que cambia es la intensidad dependiendo que los aparatos que se conectan. En la actualidad existen generadores de electricidad capaces de alcanzar diferencias de voltaje muy superiores al generador de Van de Graff pero directamente emparentados con él. Las diferentes aplicaciones de esta máquina incluyen:

La producción de rayos X. Esterilización de alimentos. Experimentos de física de partículas. Aplicaciones comerciales. Física nuclear.

CONCLUSIONES Y SUGENERCIAS Se comprueba experimentalmente que los cuerpos con cargas eléctricas de igual especie

se repelen mientras que los tiene cargas de distinto signo se atraen. Por ejemplo en la práctica se observó, cuando al acercar la barra de vinilito previamente frotada con el paño de seda, esta se atraía con las esferitas de tecnoport, aquí se manifestó la atracción de los cuerpos.

La electrificación se da no solo en los laboratorios, sino en la vida diaria de las personas. El estudio de las cargas eléctricas y cuerpos electrizados es muy importante en la sociedad

actual por que permitió el desarrollo de la tecnología y los seguirá haciendo. La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia, es por eso que se

concluye, en que estas no son engendradas, ni creadas, sino que mediante procesos físicos adquieren una carga eléctrica, que consiste en ceder algo de un cuerpo, de tal modo que uno de ellos tenga un exceso de carga y el otro tenga un déficit de carga.

Los cuerpos experimentan fuerzas de repulsión o de atracción dependiendo de la naturaleza del origen de su carga al ser electrizados.

Si se llegan a tocar un cuerpo cargado con otro eléctricamente neutro, luego de un brevísimo tiempo se produce una repulsión.


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