Informe de Fisica

Universidad Nacional de San Cristobalde Huamanga

Facultad de ingeniería Minas, Geología y CivilEscuela de Formación Profesional de Ingeniería Civil

Física III

Laboratorio de Física III

TemaElectrización

DocenteRamirez Quispe, Gilbert

Alumnos:Huanca Arquiniego, RayZarate Lazo, Dick Fran

Ayacucho 7 de Mayo de 2013

Índice general

Página

1. OBJETIVOS 1

2. FUNDAMENTO TEÓRICO 2

2.1. Evolución de la Carga Eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2.2. Carga Eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2.2.1. Carga por Frotacíon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.2.2. Carga por Contacto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.2.3. Carga por Inducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.3. Lineas de Fuerza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.4. Campo Eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3. MATERIALES 5

4. PROCEDIMIENTO 7

5. ANÁLISIS EXPERIMENTAL 8

6. CONCLUSIONES 13

Ingeniería Civil iiIng. Civil

1 OBJETIVOS

1 Estudiar experimentalmente las formas de producción de cargas eléctricas porfrotación, contacto e inducción.

2 El objetivo fue nuestra familiarización y reconocimiento con los instrumentos detrabajo que se encuentran en el laboratorio.

3 Hacer presente al estudiante experimentador acerca de las precauciones que debetomar en presencia de cargas eléctricas en prevenir su integridad física y la de suscompañeros de grupo.

Ingeniería Civil 1Ing. Civil

2 FUNDAMENTO TEÓRICO

2.1 Evolución de la Carga Eléctrica

Desde la Antigua Grecia se conoce que al frotar ámbar con una piel, ésta adquiere lapropiedad de atraer cuerpos ligeros tales como trozos de paja y plumas pequeñas. Sudescubrimiento se le atribuye al filósofo griego Tales de Mileto El médico inglés WilliamGilbert (1540 − 1603) observó que algunos materiales se comportan como el ámbar alfrotarlos y que la atracción que ejercen se manifiesta sobre cualquier cuerpo, aun cuandono fuera ligero. Como el nombre griego correspondiente al ámbar es elektron, Gilbertcomenzó a utilizar el término eléctrico para referirse a todo material que se comportabacomo aquél, lo que originó los términos electricidad y carga eléctrica. Además, en losestudios de Gilbert se puede encontrar la diferenciación de los fenómenos eléctricos ymagnéticos El descubrimiento de la atracción y repulsión de elementos al conectarlos conmateriales eléctricos se atribuye a Stephen Gray. El primero en proponer la existenciade dos tipos de carga es Charles du Fay, aunque fue Benjamin Franklin quién al estudiarestos fenómenos descubrió como la electricidad de los cuerpos, después de ser frotados,se distribuía en ciertos lugares donde había más atracción; por eso los denominó (+) y(-)

2.2 Carga Eléctrica

Propiedad de la materia parel cual los cuerpos tiendena presentar interacciones de atracción repulsión eléctrica,existen cargas positivas y negativas. Has visto que los fe-nómenos eléctricos pueden ser de atracción o de repulsión.Para explicar estos fenómenos se ha utilizado una propie-dad de la materia que se denomina carga eléctrica. Existendos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas. Lascargas del mismo signo se repelen y las de distinto signose atraen.


FUNDAMENTO TEÓRICO

2.2.1. Carga por Frotacíon

Cuando se frotan dos tipos de materiales diferentes de

Figura 2.1: frotación

carga neutra una contra otra.

Ejemplo: vidrio − seda

2.2.2. Carga por Contacto

Cuando un cuerpo cargado se pone en contacto con otro

Figura 2.2: contacto

cuerpo neutro, queda como resultado ambos cuerpos car-gados con el mismo tipo de carga.

2.2.3. Carga por Inducción

Cuando un cuerpo cargado se aproxima a otro de carga

Figura 2.3: inducción

neutra, la primera produce un reordenamiento de cargasen el segundo, de modo que si consta a tierra el cuerponeutro y luego se desconecta la tierra en presencia delcuerpo cargado, el resultado será un cuerpo cargado concarga signo opuesto.


FUNDAMENTO TEÓRICO

2.3 Lineas de Fuerza

Líneas imaginarias, de modo que el campo eléctrico encualquier punto de la línea siempre es tangente.

2.4 Campo Eléctrico

El campo eléctrico es un campo físico que es representa-do mediante un modelo que describe la interacción entrecuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctri-ca.1 se describe como un campo vectorial en el cual unacarga eléctrica puntual de valor sufre los efectos de unafuerza q eléctrica dada por la siguiente ecuación:

→F = q

→E


3 MATERIALES

dispositivo que sirve para medir la carga eléctrica de un objeto. LosElectroscopios han caído en desuso debido al desarrollo de instrumen-tos electrónicos mucha mas precisos, pero todavía se utilizan parahacer demostraciones. El electroscopio mas sencillo esta compuestode dos conductores ligeros suspendidos en un contenedor de vidriou otro material aislante. se puede utilizar un electroscopio para de-terminar si un objeto está cargado electricamente. Cuando un objeto está cargado seacerca al bulbo, las hojas divergen.

Electroscopio

El generador de Van de Graff es una máquina electrostática que uti-liza una cinta móvil para acumular grandes cantidades de carga eléc-trica en el interior de una esfera metálica hueca.

Generador de Van Der Graff


MATERIALES

La máquina de Wimshurst es un generador electrostáticode alto voltaje desarrollado entre 1880 y 1883 por el inven-tor británico James Wimshurst (1832 - 1903). Tiene un as-pecto distintivo con dos grandes discos a contra-rotación(giran en sentidos opuestos) montados en un plano ver-tical, dos barras cruzadas con cepillos metálicos, y dosesferas de metal separadas por una distancia donde sal-tan las chispas. Se basa en el efecto triboeléctrico, en elque se acumulan cargas cuando dos materiales distintosse frotan entre sí.

Máquina de WIMSHURRST

El efecto jaula de Faraday provoca que el campo electro-magnético en el interior de un conductor en equilibrio seanulo, anulando el efecto de los campos externos. Esto sedebe a que, cuando el conductor está sujeto a un cam-po electromagnético externo, se polariza, de manera quequeda cargado positivamente en la dirección en que va elcampo electromagnético, y cargado negativamente en elsentido contrario. Puesto que el conductor se ha polariza-do, este genera un campo eléctrico igual en magnitud pero opuesto en sentido al campoelectromagnético, luego la suma de ambos campos dentro del conductor será igual a 0.

Jaula De FARADAY


4 PROCEDIMIENTO

1 Seque las superficies de la varilla de vidrio y tela, y acerque la varilla de vidrio alelectrodo central del electroscopio. Responda las preguntas. ¿Qué ocurre con laslaminillas del electroscopio?, ¿Qué implica esto?

2 Ahora presionando fuerte y en una sola dirección frote la varilla de vidrio con latela y nuevamente acerque la varilla de vidrio con tela y nuevamente acerque lavarilla de vidrio al electrodo central del electroscopio. Responda las preguntas.¿Qué ocurre con las laminillas del electroscopio?, ¿Qué implica esto?

3 Toque el electrodo del electroscopio con la varilla. ¿qué sucede?

4 Seque el mango de acrílico de la esfera de prueba y obtenga carga por contacto delgenerador de van de graff y verifique que la esfera este cargado con el electroscopio.

5 Considerando que en el proceso de carga por frotación vidrio-seda la carga devidrio es positiva, identifique otro material con carga positiva.

6 Usando la máquina de van de graff cargue por inducción una esfera de prueba.

7 Líneas de fuerza. Use un alambre para conectar un electrodo de la máquina dewinshurst con el soporte metálico del plumero, y cargue la máquina y observe.¿Qué ocurre?

8 Observe las líneas de fuerza creados por dos cargas de signos iguales y opuestas.

9 Experimente con la jaula de Faraday.

10 Realice el experimento del poder de puntas.


5 ANÁLISIS EXPERIMENTAL

1 Seque la superficie del vidrio y la tela, y acerque la varilla de vidrio al electrodocentral del electroscopio. Responda las preguntas ¿Qué ocurre con las laminillasdel electroscopio?, ¿Qué implica esto?

Cuando un cuerpo se frota la carga se transfiere de un cuerpo al otro, la barrade vidrio pierde los electrones de su última capa quedando cargado el cuerpopositivamente. Y al acercar la barra de vidrio al electrodo central del electroscopiolas laminillas se divergen debido a la carga que la barra de vidrio presentaba y quelo transfirió al electrodo del electroscopio.


ANÁLISIS EXPERIMENTAL

2 Ahora presionando fuerte y en una sola dirección frote la varilla de vidrio con latela y nuevamente acerque la varilla de vidrio al electrodo central del electroscopio.Responda las preguntas ¿Qué ocurre con las laminillas del electroscopio?, ¿Quéimplica esto?

Ocurre lo mismo que el caso anterior pero se observa que la laminilla del electrosco-pio se bifurca con menor intensidad con respecto al caso anterior esto implica quela barra de vidrio perdió pocos electrones y quedo cargado con menor intensidad

3 Toque el electrodo con la varilla ¿Qué sucede?

Al tocar el electrodo con la varilla vemos que las laminillas del electroscopio semueven ligeramente. Esto indica que el cuerpo está cargado.



4 Seque el mango del acrílico de la esfera de prueba y obtenga carga por contactodel generador de Van de Graff y verifique que la esfera esta cargado con el elec-troscopio.

Al cargar el mango acrílico con el generador de van de graff y luego lo llevamos alelectroscopio para determinar si está cargado. El resultado del electroscopio nosdijo que si está cargado. Este tipo de cargar un cuerpo se denomina por contacto.

5 Considerando que la carga por frotación vidrio-seda la carga de vidrio es positiva,identifique otro material con carga positiva.

Piel de conejo, pelo humano, etc.

6 Usando la máquina de Van de Graff acerque por inducción una esfera de prueba.

Cuando le hacemos tocar la esfera cargada al electroscopio la perilla metálica sedesvía un ángulo es decir la perilla se mueve alejándose de la varilla (carga de unelectroscopio por inducción)



7 Líneas de fuerza. Use un alambre para conectar un electrodo de la máquina dewimshurst con el soporte metálico del plumero y cargue la máquina y observe¿Qué ocurre?

Al realizar este experimento notamos que los hilos del soporte metálico se elevancuando este está cargado. Esto implica que las líneas de fuerza están dirigidasradialmente al contorno del objeto cargado (hacia afuera del objeto). Hay infinitaslíneas de fuerza en un cuerpo cargado.

8 Observe las líneas de fuerza creados por dos cargas de signos iguales y opuestas

Vemos que en las cargas opuestas hay una atracción por la cual las líneas defuerza que ambos cuerpos crean se atraen, sin embargo en las cargas del mismosigno existe una fuerza de repulsión entre sí.



9 Experimente con la jaula de Faraday.

El efecto jaula de Faraday provoca que el campo electromagnético en el interiorde un conductor en equilibrio sea nulo, anulando el efecto de los campos externos.Esto se debe a que, cuando el conductor está sujeto a un campo electromagnéticoexterno, se polariza, de manera que queda cargado positivamente en la dirección enque va el campo electromagnético, y cargado negativamente en el sentido contrario.Puesto que el conductor se ha polarizado, este genera un campo eléctrico igual enmagnitud pero opuesto en sentido al campo electromagnético, luego la suma deambos campos dentro del conductor será igual a 0.

10 Realice el experimento de poder de puntas.

El poder de puntas nos muestra que un cuerpo cualquiera puede perder o ganarcargas pero estas cargas saldrán por las partes más irregulares o más punteadasdel cuerpo.


6 CONCLUSIONES

A. podemos decir que existe una carga elemental de electricidad que se halla presenteen los cuerpos en un número entero de veces y no es otra que la carga del electrón.

B. Se ha podido verificar que existe tres formas de electrizar un cuerpo: por fricción,por contacto y por inducción.


Bibliografía

[1] SEARS, ZEMANSKY, YOUNG, FREEDMAN: Fisica Universitaria, Vol. I y II,Pearson, 1999

[2] SERWAY-J Física para Ciencias e Ingeniería Editorial Thomson

[3] TIPLER-MOSCA: Física para la Ciencia y la Tecnología Vol 2A, Electricidad yMagnetismo, Editorial Reverté, 2005

[4] TIPLER-MOSCA: Física para la Ciencia y la Tecnología Vol 1C, Termodinámica,Editorial Reverté, 2005

[5] M.ALONSO y E.J.FINN: Física, Addison-Wesley Iberoamericana, México, 1995

[6] A.F.KIP: Fundamentos de Electricidad y Magnetismo, Mc Graw Hill, México, 1988


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