Fisica 3. Labo 01

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE QUMICA E INGENIERA QUMICA

LABORATORIO DE FISICA III

Cargas Elctricas y Cuerpos Electrizados

PROFESOR:

INTEGRANTES:

1. Berrocal Saucedo Greissy

2. Cortez Garay Cristina

3. Echevarria Urbizagastegui Enzo Eder

4. Espinoza Ramos Maria Claudia

5. Ormeo Ramirez Edgar Eduardo

Lima-Per

2015

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

1

Contenido

INTRODUCCIN.. ..1

RESUMEN..............3

FUNDAMENTOS TEORICOS .......................................................... 4-5

MATERIALES .....6

DETERMINACIN EXPERIMENTAL......7-8

DISCUCIN DE RESULTADOS................9

CONCLUSIONES.10

CUESTIONARIO.11-18

BIBLIOGRAFA.19


2

INTRODUCCIN

En la primer experiencia de laboratorio de fsica III se estudiara las

cargas elctricas y cuerpos electrizados, utilizando un generador electrosttico

llamada mquina de Winshurst se podr comprobar experimentalmente la

existencia de una de las propiedades de la materia llamada carga elctrica

Tambin mediante una pndulo de tecno por se podr definir la carga

que este tendr al acercar al generador electrosttico por atraccin de cargas

opuesta, como tambin en la frotacin de un pauelo (lana o seda) a varillas

de acetato, vinilo, acrlico y vidrio en la cual se observara que estas varillas se

cargaran negativamente a excepcin del vidrio ya que es una materia amorgo

y este tendr una carga cero.

Experimentalmente ya sea una cuerpo de carga neta diferente de cero

positiva o negativas, se podr deducir que a cargas opuestas se atraen y de lo

contrario a cargas iguales se repelen.


3

RESUMEN


4

FUNDAMENTOS TEORICOS

Se atribuye a Thales de Mileto (640 548 A. C.) haber observado que un trozo de mbar frotado con un pao o una piel adquiere la propiedad de atraer cuerpos livianos. William Gilbert (1540 1603) comprob que no slo el mbar al ser frotado atraa cuerpos ligeros, sino tambin lo hacan muchos otros cuerpos como el vidrio, la ebonita, la resina, el azufre, etc. Cuando sucede esto

se dice que el cuerpo ha sido electrizado por frotamiento. Otras formas de electrizacin son: por contacto y por induccin. Aplic el trmino elctrica para la fuerza que ejercen estas sustancias despus de ser frotadas. Fue el

primero en utilizar trminos como energa elctrica, atraccin elctrica y polo magntico. Quiz su aportacin ms importante fue la demostracin experimental de la naturaleza magntica de la Tierra. Tambin se observa la existencia de una cierta carga elctrica que es la causante de las atracciones, o tambin las repulsiones que se producen. Existen dos tipos de cargas

elctricas. Se comprueba experimentalmente que cuerpos con cargas elctricas de igual tipo se repelen, mientras que los del tipo distinto se atraen. Los dos

tipos de cargas elctricas existentes son denominados cargas positivas y cargas negativas. A un cuerpo que no est cargado elctricamente se le denomina cuerpo electrostticamente neutro, en este caso decimos que tienen

igual nmero de cargas de ambos tipos.

La maquina de Wimhurst:

La mquina de Wimshurst es un generador electrosttico de

alto voltaje desarrollado entre 1880 y 1883 por el inventor britnicoJames

Wimshurst (1832 - 1903). Tiene un aspecto distintivo con dos grandes discos a

contra-rotacin (giran en sentidos opuestos) montados en un plano vertical,

dos barras cruzadas con cepillos metlicos, y dos esferas de metal separadas

por una distancia donde saltan las chispas. Se basa en el efecto triboelctrico,

en el que se acumulan cargas cuando dos materiales distintos se frotan entre

s.

Funcionamiento:

De forma muy resumida que al darle a la manivela los discos giran uno contra

otro a considerable velocidad, y en este momento la Wimshurst comienza a

cebarse a s misma a partir de pequeas cargas residuales almacenadas en las

botellas de Leyden, o producidas por el contacto de las escobillas

neutralizadoras de cobre sobre los sectores de aluminio. Dichas cargas son

multiplicadas por la accin de los dos discos movindose en direcciones

contrarias, cuyos sectores constituyen en realidad armaduras de

condensadores variables. Cuando sus armaduras se acercan aumenta la

capacidad mutua y una armadura induce las cargas contrarias en la que tiene


5

enfrentada, y al separarse y perder capacidad se eleva la tensin en cada

nuevo ciclo hasta valores que van creciendo a medida que el sector se

aproxima a los peines colectores, donde una parte de la carga es recogida por

el efecto punta de sus agujas y almacenada en las Botellas de Leyden.

Este efecto puede parecer poco importante, pero en algunos segundos es

capaz de subir la tensin hasta muchas decenas de kilovoltios. De hecho, las

pruebas empricas efectuadas demuestran que una mquina con discos de slo

30 cm alcanzar e incluso superar los 90 100 mil volts con bastante

facilidad.

Partes de la maquina de Wimhurst:


6

MATERIALES

MATERIALES.-

Pendulos de tecnopor

Elesctroscopio

Barras de acetato, vinilo y vidrio

Paos de seda y lana

Maquina de Wimhurst

El equipo de electrosttica U8491500


7

DETERMINACIN EXPERIMENTAL:

MAQUINA DE WIMSHURST

Identificamos las partes de la mquina electrosttica.

Giramos lentamente la manivela en sentido horario notamos que

debido a la alta tensin que soporta por las cargas elctricas se

produce una chispa (estado plasmtico).

Descarga de punta (figura -04); se coloca la rueda de punta

sobre el rodamiento de agujas en el soporte, se

conecta la fuente de carga y de esta manera se

transmite la carga. Las puntas adquieren una

carga igual a la que tiene el medio en este caso

es el aire y por ello se produce el movimiento en

forma de repulsin.

Pndulo doble; (figura -05); se coloca un pndulo de bolitas de

saco en soporte con gancho y se conecta a la

fuente de carga y transmitir una carga a travs de

sta. Como cada bolita adquiere la misma carga

estn se repelen alejndose.

Clavija de conexin en pantalla de seda; (figura-06); se coloca la

clavija de conexin en pantalla de seda sobre el

soporte y se conecta a las fuentes de carga. Al

adquirir la misma carga cada parte esta se repelen.


8

Juego de campanas; (figura -07); se coloca sobre el juego de

campanas y se conecta la fuente de carga, un

conducto arriba y otro abajo. A principio se

observa que las bolitas se atraen con la parte de

abajo debido a que tienen distintas polaridades al

dejar de girar la maquina electrosttica vuelven a

su posicin inicial.

Tablero de destellos (figura -08); se coloca el tablero de destellos

en el soporte, se conectar las fuentes de carga y se

aumentar lentamente el volumen de la carga

suministrada. Se observa que entre los espacios

vacios se produce la chispa.

PNDULO ELCTRICO.

Acercamos cualquiera de las barras, sin frotarla, a la esfera de

tecnoport que est suspendida en el pndulo elctrico y notamos

que no se produce algn efecto.

Frotamos la barra de acetato con el pao de seda, luego

acercamos a la esfera de tecnoport. Repetimos la operacin

frotando la barra de vinilito. En ambos casos observamos la

atraccin que se produce.

Frotamos la barra de acetato con el pao de lana, luego

acercamos a la esfera de tecnoport. Repetimos la operacin

frotando la barra de vinilito. En ambos casos observamos la

atraccin que se produce.

Frotamos la barra de vidrio con el pao de seda, luego

acercamos a la esfera de tecnoport y repetimos la operacin

pero esta vez con un pao de lana y no se observa efecto alguno

debido a que el vidrio es un material amorfo y no contiene carga.

Un electroscopio, aparato que nos permite observar si un cuerpo

est electrizado o no lo est. Acercamos la barra de acetato

previamente frotada con el pao de seda a la esfera metlica del

electroscopio. Notamos que las lminas se separan pues se

repelen debido a que ambas adquieren la misma carga.

Retiramos la barra de acetato de la vecindad de la esfera

metlica y observamos que las lminas vuelven a su posicin

inicial.


9

DISCUSIN DE RESULTADOS

En las experiencias realizadas tratamos de comprender el comportamiento de la carga elctrica y sus diferentes formas de manifestarse a nivel

macroscpico, yaqu sabemos que esta es una propiedad intrnseca de la materia, que yace en el electrn. Una disminucin o aumento en el nmero de electrones de un cuerpo produce

fuerzas repulsivas o atractivas hacia otro cuerpo cargado. Un cuerpo puede obtener estas caractersticas por contacto, induccin y

frotamiento En el experimento de la mquina de whimshurst obtuvimos carga por medio de la friccin de alambres de cobre con pequeas lminas de aluminio ubicadas

alrededor del disco de la mquina, estos friccionan gracias a la energa mecnica que le suministra el operario al girar los discos.

Los electrones son almacenados en un condensador y este por induccin carga el otro positivamente, cuando el condensador llega al tope de energa que se le

permite almacenar libera un flujo de energa elctrica hacia las esferas, lo cual lo podemos observar con la chispa que aparecen entre ellas, esto gracias a que

el nitrgeno del aire con la energa recibida tuvo un leve paso a su estado plasmtico as permitiendo el paso de los electrones a travs del espacio entre las esferas.

Para reconocer cual carga corresponde a cada una de las esferas, utilizamos

pequeos pedazos de papel, este normal mente no es conductor pero cuando posee una masa pequea, ante la accin externa de una carga desencadena en el papel una induccin desplazando los electrones en el interior del tomo, as

cuando se le acerca una carga negativa los electrones se alejan lo ms posible del cuerpo, produciendo carga positiva en extremo ms prximo a la carga,

por esta razn observamos que al lanzar pequeos pedazos a una de la esferas este de adhieren por la puntas o esquinas que el papel posee porque ah es donde mejor se concentran las cargas, mientras tanto en la otra esfera se

observ una total repulsin de la esfera hacia los papeles, demostrndose as la carga que cada esfera posea.


10

CONCLUSIONES

Los objetos electrizados con cargas de igual signo se repelen mientras que los electrizados con cargas de diferentes signos se atraen.

Notamos que los electrones se trasladan en forma de plasma, por lo

tanto no se crean ni se destruyan.

A los cuerpos se les puede electrizar de distintas maneras, y

experimentalmente lo hicimos por frotamiento( en el caso de las barras

con los paos y en la mquina de Wimhurst),por contacto( en la

mquina de Wimhurst) y por induccin( en el electroscopio)


11

CUESTIONARIO

1. Cmo puede usted determinar el signo de las cargas de

las esferas de tecnoport?, explique.

En la experiencia del laboratorio comprobamos la carga del tecnoport de dos maneras:

Una de las formas con la cual pudimos observar la carga de la bolita es: en primer lugar determinar las cargas de las palancas

de acoplamiento de la Mquina de Wimshurst, y al acercar la bolita a la palanca negativa, observamos una atraccin. Lo cual determina que la carga en la bolita es positiva.

Otra de las forma de determinar la carga de la bolita fue: frotando con un pao de lana la varilla de Vinilo, acrlico o

acetato, las cuales se cargan negativamente, y finalmente al acercarla a la bolita esta se siente atrada con las varillas.

2. En las experiencias efectuadas, cmo podra aplicar el principio de superposicin? Explique.

Se puede demostrar en la experiencia donde utilizamos el juegos de

campanas, en la cual la parte superior est compuesta por una campana y dos esferas en sus extremos, esta est conectada a una

carga opuesta a la parte inferior, que est formada por dos campanas.

Se demuestra que la fuerza elctrica resultante en una esfera es la suma de la fuerza de repulsin de la campana superior y la fuerza de repulsin de la campana inferior

3. Del experimento realizado, se puede deducir qu tipo de

carga se traslada de un cuerpo a otro?

En el experimento que consista en el frotamiento de las varillas con los paos de seda o lana, notamos que los paos pierden electrones

que son trasladados hacia las varillas (vinilo, acetato, acrlico), cargndose las varillas negativamente y los paos quedan con carga positiva.


12

4. Enuncie los tipos de electrizacin, explique cada caso.

Electrizacin.- Efecto de ganar o perder cargas elctricas (normalmente

electrones)

Existen 3 tipos de electrizacin:

Electrizacin por contacto.-

Consiste en cargar un cuerpo ponindolo

en contacto con otro previamente

electrizado , considerada como la

consecuencia de un flujo de cargas

negativas de un cuerpo a otro, entonces

quedara el conductor cargados

positivamente si cedi electrones o

negativamente gan.

Por ejemplo: Ponemos en contacto un cuerpo cargado elctricamente y es

as que la aguja se mueve en el electroscopio.

Electrizacin por frotamiento.-

Ocurre cuando se friccionan cuerpos

elctricamente nulos, lo cual produce cuerpos

electrizados con cargas opuestas. Esto ocurre

debido a que los materiales frotados tienen

diferente capacidad para retener y entregar

electrones saltan de una superficie a otra.

Por ejemplo: Frotamos un pauelo y una barra de mbar, con lo cual el

pauelo queda cargado negativamente y el globo cargado positivamente.

Electrizacin por

induccin.- Es un proceso de

carga de un objeto sin contacto

directo. Si acercamos un cuerpo

cargado negativamente a un


13

conductor aislados; la fuerza de repulsin, entre el cuerpo cargado y los

electrones de valencia en la superficie del conductor, hace que estos se

desplacen a la parte ms alejada del conductor, al cuerpo cargado

quedando as la regin ms cercana con una carga positiva, lo que se nota

al haber una atraccin entre el cuerpo que se nota al haber una atraccin

entre el cuerpo cargado y esta parte del conductor. Sin embargo la carga

neta del conductor sigue siendo cero.

Por ejemplo: Esto es justamente lo

que pasa cuando atraemos pequeos

trozos de papel mediante un objeto

cargado por frotamiento con un globo

previamente frotado.

5. Por qu el cuerpo humano es un buen conductor de la

electricidad? Explique detalladamente. El cuerpo humano conduce electricidad porque el mismo consta de agua ionizada, un buen conductor de electricidad.

De acuerdo con la electrofisiologa, ciencia que estudia las reacciones que produce la corriente elctrica, cada uno de los tejidos de nuestro cuerpo reacciona cuando una descarga circula por el organismo y los

efectos biolgicos dependen des u intensidad. Se ha descubierto que las partes ms sensibles son la retina y el globo ocular, pues ante cualquier

estimulo elctrico producen una sensacin luminosa. Le sigue la lengua, la cual manifiesta un sabor alcalino.

El riesgo de electrocucin para las personas se puede definir como la "posibilidad de circulacin de una corriente elctrica a travs del cuerpo

humano". As, se pueden considerar los siguientes aspectos:

1. Para que exista posibilidad de circulacin de corriente elctrica es necesario:

Que exista un circuito elctrico formado por elementos conductores.

Que el circuito est cerrado o pueda cerrarse. Que en el circuito exista una diferencia de potencial mayor que

cero.


14

2. Para que exista posibilidad de circulacin de corriente por el cuerpo

humano es necesario:

Que el cuerpo humano sea conductor. El cuerpo humano, si no

est aislado, es conductor debido a los lquidos que contiene (sangre, linfa,etc.).

Que el cuerpo humanoforme parte del circuito Que exista entre los puntos de "entrada" y "salida" del cuerpo

humano una diferencia de potencial mayor que cero.

Cuando estos requisitos se cumplan, se podr afirmar que existe o puede existir riesgo de electrocucin.

6. En la ilustracin 6 considere que la bola 1 tiene una carga

Q y la bola 2 est descargada. Considere adems que las bolas tiene igual radio r. Qu suceder?

No suceder ninguna atraccin, puesto que la carga de la bola 2 es cero y debido a la ley de coulomb la fuerza es cero. Sin embargo, si

los cuerpos son metlicos debido al efecto de induccin de la bola 1 respecto a la bola 2 existir un reordenamiento de las cargas.


15

7. Siguiendo con la ilustracin 6, suponga que mediante algn

deslizamiento del hilo la esfera 1, que contiene una carga Q, se pone en contacto con la esfera 2, que est descargada Qu es

lo que se observar?. Cul ser la carga que adquiere de la esfera 2?

Suceder que habr una transferencia de cargas, entonces la carga por unidad de superficie debe ser igual en cada esfera. Esto es:

1

4..12 =

2

4..22

1

2=

2

2; 1 = 2

Q1final=Q2final

Adems, se observa la conservacin de la carga:

Qinicial=Qfinal Q+0=Q1.final+Q2.final Por lo tanto de I y II, se concluye que Q1final = Q2final=Q/2

8. Respecto a la pregunta 6, 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; Cul ser la carga que adquiere de la esfera 2? De la demostracin anterior se tiene que:

1

12=

2

22

1

42=

2

2

1

2=

4

1

De la conservacin de la carga:

Qinicial = Qfinal Q + 0 = Q1+Q2

Q=4Q2+Q2

Q2=Q/5 Q1=4Q/5


16

9. En un experimento de electrosttica se observa que la

distancia entre las esfer)as idnticas 1 y 2, inicialmente descargadas es de 12 cm, (Ilustracin 6). Luego de

transmitirles la misma carga q a ambas esferas estas se separan hasta 16 cm. Cul es el valor de esta carga, si la

masa de cada una de ellas es de 5 g y la longitud de los hilos en los que estn suspendidas las esferas es de 30 cm?

Del diagrama de cuerpo libre de una de las cargas se tiene las relaciones:

Tsen=Fel.(I) Tcos=mg.(II)

En (II):

=51039.8

(814

30)2

= 0.05 . (III)

Reemplazando (III) en (I):

0.05sen=.2

2

Q = 9.73x10-8

C


17

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. Qu tipo de carga tiene el electroscopio?

Vamos a observar que por induccin la parte superior del electroscopio

quedar cargado. Y las laminillas quedarn con cargas iguales, ya que slo mediante un rechazo en las cargas las laminillas se pueden abrir.

Por lo tanto se deduce que el electroscopio tiene carga positiva

11. Que funcin cumple las botellas de Leyden en la

mquina de Wimshurst, explique detalladamente.

Las botellas de Leyden son condensadores y su funcin es la de

almacenar cargar producida en la mquina de wimshurst. Generalmente estn hechas de vidrio y una tapa no conductora, el interior y exterior

del recipiente estn cubiertos de aluminio estas son las que actan como almacenadoras de carga, la pared de vidrio evita que las superficies de aluminio entren en contacto. Al ser conectado a la

mquina de wimshurst la superficie interior de aluminio se carga negativamente, mientras que la superficie exterior se cargara

positivamente por induccin.

12. Durante el uso del generador electrosttico se percibe un color caracterstico, investigue a que se debe. Explique

detalladamente.

Cuando hacemos girar el generador electrosttico, en las palancas de

acoplamiento se genera un plasma el cual rompe las molculas de O2 del aire, quedando O + O, el O al ser muyt inestable buscar su estabilidad juntndose, y formando un enlace covalente con una

molcula de O2 formando as el O3 (ozono), el cual tiene un olor muy particular y un color verdoso claro.

Rxn Neta:

O2+calor del plasma 2 O + O2 (4/3)O3


18

13. Mencione al menos 5 aplicaciones del equipo de Van

De Graaff.

La generacin de rayos x mediante grandes cantidades de energa.

Aceleracin de haz de electrones, protones o iones destinados a

bombardear ncleos atmicos.

Pruebas experimentales de materiales aisladores industriales para la

aplicacin de transmisin de energa a altos voltajes.

Esterilizacin de alimentos y materiales por el mtodo de aceleracin de

electrones.

Demostracin de efectos de alto voltaje


19

BIBLIOGRAFA

Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo Fsica III,

[Documento pdf],

Qumica biolgica de Antonio Blanco.

AlumCorvo M, Silva P. "Clases de electromagnetismo",[en lnea].

[Mayo del 2011]. Disponible en la Web:

Fisica 3. Labo 01

Documents

Transcript of Fisica 3. Labo 01