Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de ingeniería Mecánica y Eléctrica

Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica

Laboratorio de:

Practica No. 2

“Distribución de las cargas eléctricas en los conductores”

Profesor: Yáñez Galindo Arturo Equipo 1. Grupo: 2CM11

Electricidad y magnetismo

-Jiménez Hernández José Alberto

-Ricaño Correa Susana

-Martínez Hernández Juan Antonio-Landa Villegas Valeria

-Sánchez Hernández Tania victoria

-Osorio Villalón Janet Vanessa

-López Carmona Erick de Jesús

-Calderón Noguez Jorge Abraham

-Hernández Estrada Nallely

MATER I A L

1 generador de Vander Graaff 1Banco aislado

1 pinza para mesa 1 Electroscopio

1 Copa de Faraday 1 Vela

1 Paño de seda 1 Barra de poliestirena

1 Rehilete electroestático 1 hemisferio de Cavendish

Cables de Conexión 1 esfera hueca

1 recipiente de plástico con esferas de cripsota 1 punta de metal 1 barra de vidrio 1 paño de lana

1,- El Electroscopio

El electroscopio es un dispositivo, formado por dos láminas (L, L´) ligerísimas, de aluminio, fijas a una varilla metálica(v), coronada por una esferilla también metálica(E).La varilla se ajusta en un tapón aislador (T), las dos ventanillas de cristal, una frente a la otra, permiten ver el interior.

PROCEDIMIENTO

Acerque a la esfera del electroscopio una barra de vidrio sin frotar. Observe. Realizado lo anterior, cargue (frote) la barra de vidrio y acérquela hasta tocar la esfera del electroscopio. Anote sus observaciones. Toque la esfera (E) con la mano y repita el procedimiento anterior con la barra de poliesterina y anote sus observaciones.

Con el electroscopio tocándolo con la barra de vidrio frotado con el paño de lana, de manera que las hojas queden sólo un poco separadas, acerque a la esfera, pero sin llegar a tocarla, un objeto cargado negativamente. Anote lo que sucede. Ahora acerque a la esfera, pero sin llegar a tocarla, un objeto cargado positivamente. Anote lo que sucede. Por último aproxime la esfera, pero sin tocarla, un objeto que no haya sido frotado y que en consecuencia esté probablemente descargado.

OBSERVACIONES

Vidrioo Al principio la barra de vidrio está descargado (su cantidad de carga negativa es igual a su cantidad

de carga positiva -está neutro); por tanto al acercarlo al electroscopio o tocar este la laminilla no se mueve.

o Al frotar la barra de vidrio con el paño de lana éste le cede carga negativa (electrones) y por tanto la barra de vidrio queda cargado negativamente y el paño positivamente. Al acercar ahora la barra de vidrio al electroscopio rechaza las cargas negativas enviándolas a la laminilla y a la parte inferior de la varilla metálica produciéndose una repulsión (la laminilla se separa).

Barra de poliesterinao Sin frotar no pasa nada ya que tiene la misma cantidad de carga negativa como la carga positiva, al

acercarlo al electroscopio la laminilla no se mueveo Frotado al acercarlo al electroscopio se alza la laminita debido a que se carga ya que después al

tocar el electroscopio con la mano se neutraliza Amboso Al cargar el vidrio y el poliesterina se puede notar que el vidrio se carga positivamente al juntarlo

con el electroscopio se levanta la laminita, al frotar la barra de poliesterina se carga negativamente pero al juntarlo al electroscopio junto con la barra de vidrio se neutraliza la laminita ya que se baja.Discusión:

¿Por que desciende la carga de la esfera hasta las hojas? –Cuando se cargo el electroscopio con un tipo de carga y se acerco una barra cargada con el otro tipo.

Las laminitas se bajaron, debido a que las cargas existentes se neutralizaron ¿Que se observo? –Si se le acerca una barra cargada con carga del mismo signo. Las laminitas se abre un poco más, es notable la separación entre ellas. ¿Que sucede? – Empleando los resultados de las observaciones hechas en este

experimento, ¿Como podría identificar el tipo de carga que adquiere un objeto cualquiera al ser frotado con otro?

La carga se puede medir con el electroscopio

CONCLUSIONES:

De las observaciones hechas en este experimento se puede concluir que un electroscopio es un dispositivo que sirve para: determinar si un cuerpo está cargado.

¿A qué conclusión llego en este experimento?

Que sin frotar un objeto, este objeto tiene la misma cantidad de carga negativa como positiva es decir se mantiene neutra, al ser frotado con algún paño este cede electrones entonces el objeto queda cargado negativamente y al acercarlo al dispositivo en el que podemos observar si esta

cargado podemos notar que se levanta o nos puede indicar que ya quedo cargado ya que se repele, al tocarlo con un cuerpo neutro se puede observar que se neutraliza por completo.

2.- la experiencia de Cavendish

Dispositivo: Monte el arreglo experimental que se muestra en la figura.

Monte la esfera metálica hueca en el soporte aislante y colóquelo en el banco aislante. Conéctela a la esfera colectora del Vander Graaff por medio del cable de conexión, teniendo en cuenta que este no toque ningún otro cuerpo.

Para cargar la esfera metálica ponga a funcionar el generador a la velocidad mínima durante un minuto, aproximadamente, y apáguelo. Finalizando lo anterior desconecte la esfera metálica hueca del generador, procurando no tocar con la mano ni el generador, ni la esfera.

Con la sonda de prueba toque cualquier punto de la superficie de la esfera y con la ayuda del electroscopio determine si esta cargada.

Ahora tome los dos hemisferios metálicos descargados, provistos e mandos aisladores, y cubra la esfera metálica con ellos, y con la ayuda de la sonda de prueba y del electroscopio, descargado, determine si existe carga en la esfera y en los hemisferios.

DISCUSIÓN

¿Cómo Obtuvo la esfera hueca, carga eléctrica en este experimento?

Se colocaron dos cables que llegaban a la esfera sólida y posteriormente se encendía el generador para que este mismo produjera una carga sobre la esfera sólida la cual contiene carga positiva; cuando se acerco la esfera hueca esta misma es cargada por la esfera sólida

¿Cómo la Detecto?

Se detecto cuando acercamos el electroscopio a la esfera hueca o la sonda de prueba

¿Por qué, cuando se hace contacto en la superficie de la esfera cargada con la sonda de prueba, esta adquiere la carga del punto del contacto?

Por que la carga en la esfera se distribuye en la superficie y no en el interior de la misma y se determino solo con la Ley de Gauss el cual nos menciona que cuando no existe carga adentro los electrones sales fuera de la misma esfera por lo tanto se distribuye en toda la superficie

¿Por qué podemos considerar, en este experimento que el área de contacto entre la esfera y la sonda de prueba permanece constante?

Por que toda la carga se distribuye en toda la superficie de la esfera hueca al acercarse la sonda de prueba la misma carga pasa a la misma sonda provocando que sea constante o no pase nada

Diga si la carga adquirida, por contacto, por la sonda de prueba, pasa íntegramente al electroscopio ¿Cómo haría para que esto sucediese?

Estos cuerpos conservarán la carga adquirida durante algún tiempo, que dependerá de su naturaleza y de las condiciones en que se realice el experimento.

Entonces debemos de tener conectado el generador de Vander Graaff a la sonda de prueba para que podamos observar que existe carga.

OBSERVACIONES

Esfera hueca y al poner los hemisferios metálicos de Cavendish con el generador de Vander Graaff funcionando, al acercar el electroscopio tanto de los hemisferios metálicos como por fuera se levanta por que las dos cargas son iguales.

3.-EXPERIENCIA DE FRANKLIN

DISPOSITIVO: Monte el arreglo experimental que se muestra en la figura

Instale en la parte superior de la esfera conductora del Vander Graaff, previamente descargado, el recipiente del plástico, con base de metal. Ponga a funcionar a su mínima velocidad durante algunos segundos. Observe lo que sucede y regístrelo realizando lo anterior, desconecte el generador y descárguelo. Quite el recipiente con paredes de plástico del generador e instale en su lugar el cilindro metálico, (cilindro de Faraday), con las esferas conductoras ,como se muestra en la figura No 11, y ponga a funcionar el generador a su mínima velocidad, durante algunos segundos. Observe lo que sucede y regístrelo

OBSERVACIONES

Al poner el generador de Vander Graaff y arriba el recipiente plástico, con base de metal, las esferas de cripsota empiezan a brincar

Al poner el cilindro metálico (cilindro de Faraday) con las esferas no pasan nada las esferas

DISCUSIÓN

¿Por qué fueron repelidas las esferas conductoras, al funcionar el generador, cuando estas se encontraban en el recipiente de plástico? Porque aunque existían un aislador entre las esferas y el generador, estas cargas del mismo signo configuran dipolos.

¿Qué tipo de carga adquieren las esferas conductoras cuando se encontraban en la copa de Faraday y después de hacer funcionar el generador? La carga era nula ya que al contacto con el vaso metálico, estas transfieren su carga.

¿Porque no saltaron las esferas conductoras cuando se cargó la copa de Faraday?

Porque la copa de Faraday es un conductor y la carga en las esferas ya era contraria a la del generador.

4.-PANTALLA ELECTRICA

DISPOSITIVO: Coloque el capuchón metálico (G) sobre el electroscopio y conéctelo a la esfera del generador.

Ponga a funcionar el generador a su máxima velocidad y observe.

OBSERVACIONES:

Durante este experimento se pudo observar que al conectar el electroscopio al generador no se presenta movimiento alguno de las láminas de aluminio, esto debido a que el capuchón impide el paso de la carga proporcionado por el generador.

DISCUSIÓN

¿A qué atribuye la diferencia?

Esta es atribuida a que el capuchón por ser un conductor, absorbe la carga y se dispersa en la parte externa del capuchón actuando como un aislante ya que la parte interna se mantiene sin carga.

¿Qué papel juega el capuchón conductor?

Juega el papel del aislante ya que mantiene la carga alejada del tapón o esfera del electroscopio.

5.- EFECTO DE PUNTAS

a) Rehilete electrostático

Instale el rehilete sobre la esfera colectora de Vander Graaff, ponga a funcionar a este último a su mínima velocidad. Registre sus observaciones. Si puede, aumente la velocidad, anote sus conclusiones.

b) Mechón de cabellos

Descargue el generador de Vander Graaff, quite el rehilete y en su lugar coloque el mechón de cabellos, ponga a funcionar el generador a una velocidad media, si esta se puede regular, déjelo funcionando por espacio de un minuto, registre lo que observe.

c) Experiencia de la vela

PROCEDIMIENTO

Nuevamente descargue el generador, quite el mechón de cabellos, coloque la punta metálica en la esfera del generador, encienda la vela, y ponga a funcionar el generador, acerque la flama de la vela a la punta metálica. Registre lo que sucede.

OBSERVACIONES

-El rehilete empezó a girar por que los 2 efectos se sumaron por que las puntas la intensidad de campo eléctrico es mayor

-El Mechón de cabellos se cargo eléctricamente y se levanto. Los cabellos e alejan entre ellos porque la carga que recibía cada pelo era igual a los otros entonces ahi lo de cargas iguales se repelen

-La vela cuando era acercada a las puntas la flama se desviaba.

DISCUSIÓN

1. ¿Puede ionizarse el aire? Si, porque se induce una carga sobre el. 2. ¿A qué se le llama viento eléctrico? Cuando los conductores metálicos terminan en punta

se acumula mucha carga en ellas, la densidad de carga es muy alta y en las proximidades se crea un intenso campo que ioniza el aire.

3. ¿Por qué las cargas eléctricas fluyen a través de una punta? La carga eléctrica se concentra en las partes más puntiagudas del cuerpo. Esto se debe a que ahí, el “radio de curvatura” de la superficie del cuerpo es el mayor posible y por lo tanto la fuerza de repulsión es menor.

4. Explique por qué la flama de la vela se desvía al acercarla a la punta cargada. Porque existe un flujo de electrones por medio del campo eléctrico que de las puntas sale.

Cuestionario

1. Defina:

a) Densidad lineal de carga. Expresa la cantidad de carga por unidad de longitud en unidades de Coulomb / metro. Por ejemplo en hilos

b) Densidad superficial de carga. Expresa la cantidad de carga por unidad de superficie y sus unidades son Coulomb / metro cuadrado.

c) Densidad volumétrica de carga. Expresa la cantidad de carga por unidad de volumen con (Coulomb / metro cúbico) como sus unidades.

2. Que significado tienen las siguientes ecuaciones

. Nos dice que el campo eléctrico es igual al decremento constante del voltaje

. En este caso el decremento del campo eléctrico es lo mismo que la densidad volumétrica de carga sobre el valor de 8.85x10-12.

3. ¿Es la superficie de un conductor una superficie equipotencial?

Si, por que cuando una parte de esta superficie se carga, lo hace en ambos de sus lados y a lo largo de toda la superficie de manera constante, ya que es una característica de los conductores, y por lo tanto también su potencial es constante.

4. ¿Qué diferencia existe entre un electroscopio y un electrómetro?

El electroscopio es un instrumento que permite determinar la presencia de cargas eléctricas y su signo mediante la separación de dos laminas de oro. Y el electrómetro es un electroscopio dotado de una escala, de tal manera que gira sobre esta escala graduada.