Ferias de ciencia y tecnologa Direccin regional de San Juan Circuito#5 Institucin colegio los ngeles Nombre del proyecto: campanas electroestticas Informe escrito Seccin 8-A Categora: Demostraciones de principios rea temtica: Fsica Nombre de los estudiantes: Mnica Lpez Elena Feng Victoria Obando Nombre del profesor: Ernesto Hernndez Ao 2012

JustificacinEste proyecto nos pareci muy interesante, por que nos atrajo la idea de entender los fenmenos de la energa electroesttica. Con los conocimientos que obtendremos podremos comprender como reacciona la energa electroesttica con algunos elementos y as poder explicar una de esas reacciones fsicas en la vida cotidiana Otra razn por la que elegimos este proyecto es por que en el podemos utilizar materiales que son fciles de conseguir y eso facilita la demostracin a un grupo de personas. Es genial poder poner en practica o demostrar con experimentos los conocimientos que vamos adquiriendo.

ObjetivosObjetivo general Demostrar como se produce la energa electroesttica a travs de las campanas por medio del mtodo cientfico. Objetivos especficos Conocer y analizarla rama de la fsica que estudia las carga elctrica estacionarias Establecer el fenmeno por el cual un cuerpo puede ser un conductor aislado que separe cargas elctricas( +/-) al acercarse a otro objeto electrizado. Establecer los efectos elctricos y magnticos que dependen de la posicin y el movimiento relativo de las partculas tanto positivas como negativas. Disear, planear y construir un dispositivo con materiales reciclados y de fcil acceso que pueda evidenciar el fenmeno de la electroesttica

Marco Terico Definicin La electricidad esttica es un fenmeno que se debe a una acumulacin de cargas elctricas en un objeto. Esta acumulacin puede dar lugar a una descarga elctrica cuando dicho objeto se pone en contacto con otro.La electrosttica es la rama de la fsica que estudia los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga elctrica, es decir, el estudio de las cargas elctricas en reposo, sabiendo que las cargas puntuales son cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables frente a otras dimensiones del problema. La carga elctrica es la propiedad de la materia responsable de los fenmenos electrostticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.

Historia

El fenmeno de la electricidad esttica es conocido desde la antigedad, aproximadamente desde el siglo VI a. C. segn la informacin aportada por Tales de Mileto. La investigacin cientfica sobre este fenmeno comenz cuando se pudieron construir mquinas capaces de generar electricidad esttica, como el generador electrosttico construido por Otto von Guericke en el siglo XVII. La relacin entre la electricidad esttica y las nubes de tormenta no fue demostrada hasta el 1750 por Benjamin Franklin.La electrosttica fue la rama del

electromagnetismo que primero se desarroll. Con la postulacin de la Ley de Coulomb fue descrita y utilizada en experimentos de laboratorio a partir del siglo XVII, y ya en la segunda mitad del siglo XIX las leyes de Maxwell concluyeron definitivamente su estudio y explicacin, y permitieron demostrar cmo las leyes de la electrosttica y las leyes que gobiernan los fenmenos magnticos pueden ser estudiadas en el mismo marco terico denominado electromagnetismo.

Materia segn sus propiedades elctricas Conductores

Los materiales se comportan de forma diferente en el momento de adquirir una carga elctrica. Esto se debe a que en ciertos materiales, tpicamente en los metales, los electrones ms alejados de los ncleos respectivos adquieren fcilmente libertad de movimiento en el interior del slido. Estos electrones libres son las partculas que transportarn la carga elctrica. Al depositar electrones en ellos, se distribuyen por todo el cuerpo, y viceversa, al perder electrones, los electrones libres se redistribuyen por todo el cuerpo para compensar la prdida de carga.

Superconductores La superconductividad ocurre en una gran variedad de materiales, incluyendo elementos simples como el estao y el aluminio, diversas aleaciones metlicas y algunos semiconductores fuertemente dopados. La superconductividad no ocurre en ocurre en metales nobles como el oro y la plata, ni en la mayora de los metales ferromagnticos. Metales nobles como el oro y la plata, ni en la mayora de los metales ferromagnticos. Ciertos metales adquieren una conductividad infinita a temperaturas muy bajas, es decir, la resistencia al flujo de cargas se hace cero. Semiconductores Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo elctrico o magntico, la presin, la radiacin que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los materiales semiconductores por su importancia en la fabricacin de dispositivos electrnicos que son la base de la actual revolucin tecnolgica. Aislantes La resistividad de los aislantes no es infinita (pero s muy grande), y las cargas elctricas libres, prcticamente ausentes de los buenos aislantes, pueden crearse fcilmente suministrando la cantidad adecuada de energa para separar a un electrn del tomo al que est ligado (por ejemplo, mediante irradiacin o calentamiento).

Generadores electroestticos

Los generadores de electricidad esttica son mquinas que producen altsimas tensiones con una muy pequea intensidad de corriente. Hoy se utilizan casi exclusivamente para demostraciones escolares de fsica. Al frotar dos objetos no conductores se genera una gran cantidad de electricidad esttica. En realidad, este efecto no se debe a la friccin, pues dos superficies no conductoras pueden cargarse con slo apoyar una sobre la otra. Sin embargo, al frotar dos objetos aumenta el contacto entre las dos superficies, lo que aumentar la cantidad de electricidad generada. Habitualmente los aislantes son buenos para generar y para conservar cargas superficiales. Algunos ejemplos de estas sustancias son el caucho, los plsticos y el vidrio. Los objetos conductores raramente generan desequilibrios de cargas, excepto, por ejemplo, cuando una superficie metlica recibe el impacto de un slido o un lquido no conductor, como en los transportes de combustibles lquidos. La carga que se transfiere durante la electrificacin por contacto se almacena en la superficie de cada objeto, a fin de estar lo ms separada posible y as reducir la repulsin entre las cargas.

Tipos de carga carga Positiva

es el caso de un cuerpo que tiene ms protones que electrones, se dice que est cargado positivamente, por lo tanto es positivo. carga negativa Es el caso de que un cuerpo que tiene ms electrones que protones, se dice que est cargado negativamente, por lo tanto es un cuerpo de carga negativa.

Carga inducida Se produce cuando un objeto cargado repele o atrae los electrones de la superficie de un segundo objeto. Esto crea una regin en el segundo objeto que est con una mayor carga positiva, crendose una fuerza atractiva entre los objetos Carga por friccin En la carga por friccin se transfiere gran cantidad de electrones porque la friccin aumenta el contacto de un material con el otro. Los electrones ms internos de un tomo estn fuertemente unidos al ncleo, de carga opuesta, pero los ms externos de muchos tomos estn unidos muy dbilmente y pueden desalojarse con facilidad. La fuerza que retiene a los electrones exteriores en el tomo varia de una sustancia a otra. Carga por induccin Se puede cargar un cuerpo por un procedimiento sencillo que comienza con el acercamiento a l de una varilla de material aislante, cargado. Considrese una esfera conductora no cargada, suspendida de un hilo aislante. Al acercarle la varilla cargada negativamente, los electrones de conduccin que se encuentran en la superficie de la esfera emigran hacia el lado lejano de sta; como resultado, el lado lejano de la esfera se carga negativamente y el cercano queda con carga positiva. carga por el efecto fotoelctrico:

Es un efecto de formacin y liberacin de partculas elctricamente cargadas que se produce en la materia cuando es irradiada con luz u otra radiacin electromagntica. En el efecto fotoelctrico externo se liberan electrones en la superficie de un conductor metlico al absorber energa de la luz que incide sobre dicha superficie. Este efecto se emplea en la clula fotoelctrica, donde los electrones liberados por un polo de la clula, el fotoctodo, se mueven hacia el otro polo, el nodo, bajo la influencia de un campo elctrico.

Carga por electrolisis: Si se coloca un par de electrodos en una disolucin de un electrlito (compuesto ionizable) y se conecta una fuente de corriente continua entre ellos, los iones positivos de la disolucin se mueven hacia el electrodo negativo y los iones negativos hacia el positivo. Al llegar a los electrodos, los iones pueden ganar o perder electrones y transformarse en tomos neutros o molculas; la naturaleza de las reacciones del electrodo depende de la diferencia de potencial o voltaje aplicado. Carga por el efecto termoelctrico Es la electricidad generada por la aplicacin de calor a la unin de dos materiales diferentes. Si se unen por ambos extremos dos alambres de distinto material (este circuito se denomina termopar), y una de las uniones se mantiene a una temperatura superior a la otra, surge una diferencia de tensin que hace fluir una corriente elctrica entre las uniones caliente y fra. Este fenmeno fue observado por primera vez en 1821 por el fsico alemn Thomas Seebeck, y se conoce como efecto Seebeck. Aplicaciones de la energa electroesttica La electricidad esttica se usa habitualmente en xerografa en la que un pigmento en polvo (tinta seca) se fija en las reas cargadas previamente, lo que hace visible la imagen impresa. En electrnica, la electricidad esttica puede causar daos a los componentes, por lo que los operarios han de tomar medidas para descargar la electricidad esttica que pudieran haber adquirido. Esto puede ocurrir a una persona por frotamiento de las suelas de los zapatos (de materiales como la goma) contra suelos de tela o alfombras, o por frotamiento de su vestimenta contra una silla de plstico. Las tensiones generadas as sern ms altas en los das con baja humedad relativa ambiente. Hoy las alfombras y las sillas se hacen con materiales que generen poca electricidad por frotamiento. En los talleres de reparacin o en fbricas de artefactos electrnicos se tiene el cuidado de evitar la generacin o de descargar estas cargas electrostticas. Al aterrizar un avin se debe proceder a su descarga por seguridad. En los automviles tambin puede ocurrir la electrificacin al circular a gran velocidad en aire seco (el aire hmedo produce menores cargas), por lo que tambin se necesitan medidas de seguridad para evitar las chispas elctricas. Se piensa que la explosin en 2003 de un cohete en el Centro de Lanzamiento de Alcntara en Brasil, que mat a 21 personas, se debi a Chispas originadas por electricidad esttica.

Conceptos matemticos fundamentales La ley de Coulomb La ecuacin fundamental de la electrosttica es la ley de Coulomb, que describe la fuerza entre dos cargas puntuales y . Dentro de un medio homogneo como es el aire, la relacin se expresa como:

Donde F es la fuerza, es una constante caracterstica del medio, llamada la permitividad. En el caso del vaco, se denota como 0. La permitividad del aire es solo un 0,5 superior a la del vaco, por lo que a menudo se usan indistintamente. Las cargas del mismo signo se repelen entre s, mientras que las cargas de signo opuesto se atraen entre s. La fuerza es proporcional al producto de las cargas elctricas e inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia entre las cargas. La accin a distancia se efecta por medio del campo elctrico. El campo elctrico El campo elctrico (en unidades de voltios por metro) se define como la fuerza (en newtons) por unidad de carga (en coulombs). De esta definicin y de la ley de Coulomb, se desprende que la magnitud de un campo elctrico E creado por una carga puntual Q es:

La ley de Gauss La ley de Gauss establece que el flujo elctrico total a travs de una superficie cerrada es proporcional a la carga elctrica total encerrada dentro de la superficie. La constante de proporcionalidad es la permitividad del vaco. Matemticamente, la ley de Gauss toma la forma de una ecuacin integral:

Fenmenos electroestticos Electrizacin Se denomina electrizacin al efecto de ganar o perder cargas elctricas, normalmente electrones, producido por un cuerpo elctricamente neutro. 1. Por contacto: Se puede cargar un cuerpo neutro con solo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si se toca un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero debe quedar con carga positiva. 2. Por frotamiento: Al frotar dos cuerpos elctricamente neutros (nmero de electrones igual al nmero de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa. Carga elctrica Es una de las propiedades bsicas de la materia. Realmente, la carga elctrica de un cuerpo u objeto es la suma de las cargas de cada uno de sus constituyentes mnimos (molculas, tomos y partculas elementales). Por ello se dice que la carga elctrica est cuantizada. Existen dos tipos de carga elctrica, que se han denominado cargas positivas y negativas. Las cargas elctricas de la misma clase o signo se repelen mutuamente y las de signo distinto se atraen. Principio de conservacin y cuantizacin de la carga Las cargas elctricas solo se pueden producir por parejas. La cantidad total de las cargas elctricas positivas producidas en igual a la de las negativas, es decir, la cantidad total de carga elctrica en cualquier proceso permanece constante. Adems, cualquier carga localizada en un cuerpo siempre es mltiplo entero de la unidad natural de carga, la del electrn.

Peligros A pesar de su naturaleza, aparentemente inocua, segn nuestra experiencia en la vida diaria, la electricidad esttica puede tener efectos peligrosos no despreciables en situaciones en las que la acumulacin de cargas se produce en presencia de materiales o dispositivos sensibles. Componentes electrnicos Muchos componentes electrnicos, en especial los dispositivos semiconductores, son extremadamente sensibles a la presencia de la electricidad esttica y pueden ser daados por una descarga electrosttica.

Industria qumica Las descargas electrostticas pueden resultar muy peligrosas en lugares donde se trata con sustancias inflamables. Una pequea chispa es capaz de iniciar la ignicin de mezclas explosivas con consecuencias devastadoras. Es el caso de las fbricas que trabajan con sustancias en polvo en presencia de materiales combustibles o explosivos. Exploracin del espacio Debido a la humedad extremadamente baja que hay en el medio extraterrestre, es posible que se produzcan grandes acumulaciones de cargas estticas que son un peligro importante para los dispositivos electrnicos que se utilizan en los vehculos espaciales. Tambin representa un riesgo para los astronautas, el hecho de caminar sobre un terreno tan seco, como lo es el de la Luna o el de Marte, provoca la acumulacin de una cantidad significativa de cargas elctricas que puede provocar descargas electrostticas capaces de daar los aparatos electrnicos. Operaciones de repostaje Si se produce una descarga electrosttica en presencia de combustible y su voltaje es suficientemente grande, puede provocar la ignicin de los vapores que se desprenden del combustible. Este es un peligro presente en las estaciones de servicio y es una de las razones por las que es aconsejado parar el motor mientras se carga el vehculo con gasolina. Este peligro tambin est presente en los aeropuertos, durante las operaciones de repostaje de los aviones. Metodologa Materiales i. Cable de cobre ii. Aluminio iii. Dos latas de metal iv. Una pajilla v. Boquilla de la lata vi. Hilo vii. Cinta aislante viii. Pinzas Caimn o cualquier cable que sea conductor de electricidad ix. Dos bateras

Pasos 1. Colocar las dos latas cerca una de otra a 3cm aproximada mente 2. Amarrar un poco de hilo a la boquilla y pegarlo a la pajilla con la cinta aislante. 3. Pegar un cable (con el aislamiento del cable pelado) en la lata de la derecha con la cinta aislante luego la otra punta del cable se ata a un aparato de alto voltaje, esto es ms fcil de lo que suena porque una fuente inofensiva de alto voltaje es el monitor de la computadora o la TV. 4. Pegar el otro cable (con el aislamiento del cable pelado) en la lata de la izquierda y el otro extremo queda libre (pelado) donde esta tierra. 5. La lata de la derecha est conectada al alto voltaje y la de la izquierda a tierra por lo que la electricidad se fue a tierra. Los electrones de la lata de la derecha atraen la boquilla, al tocar esta la lata, se carga con el mismo tipo de electricidad y como dos objetos cargados con el mismo tipo de electricidad se repelen la boquilla es lanzada hacia la otra lata donde se descarga y se repite el proceso.

Resumen La electrosttica era un fenmeno de siglos pasados que consiste en la acumulacin de cargas elctricas de un cuerpo. El estudio de La electricidad esttica comenz en el siglo VI por tales de Mileto pero que no se relacionaba con la electricidad hasta 1750 por Benjamn Franklin. Existen diferentes tipos de materia la cual se clasifica si es conductora, superconductora, semiconductora o aislante, y al mismo tiempo gran variedad de generadores electroestticos. Hay tipos de carga las cuales se pueden mencionar: positiva, negativa por friccin, inducida, por induccin, por efecto fotoelctrico, por electrolisis y por un efecto termoelctrico. Las aplicaciones de la electricidad son muy variadas en la actualidad pero tambin pueden conllevar peligros. La electroesttica tiene fundamentos matemticos los cuales seran la fuerza elctrica, ley de coulomb el campo elctrico y la ley de gauss, pero tambin existen fenmenos electroestticos como la esterilizacin carga elctrica y el principio de conservacin.

Conclusiones Las campanas de Franklin fue un experimento muy interesante y funcional. Las campanas sirven con la electricidad que generan algunos aparatos o cosas como la televisin, las bateras, con otra lata o bien con nuestras propias manos ya que nosotros tambin podemos servir de cable tierra. Con este proyecto logramos probar que la electricidad ha sido algo que logro revolucionar el mundo desde su descubrimiento. Con este proyecto logramos aprender que la electricidad puede estar en cualquier objeto y que hay objetos que son conductores de esta electricidad.

Recomendaciones Recomendamos que se estudie ms sobre si la electricidad ya que muchos cientficos la han mejorado con el paso del tiempo desde que descubrieron la electricidad que generan los rayos. Nosotras les recomendamos estudiar ms sobre que ms cosas o aparatos pueden servir como fuente de electricidad esttica. Recomendamos hacer este proyecto al igual que nosotras con materiales reciclables para poder darle un uso extra a eso materiales que pensamos como basura. Nosotras recomendamos que este proyecto se realice con precaucin ya que a pesar que la electroesttica es ms segura que otros tipos de electricidad tambin puede conllevar peligros.

Bibliografa http://www.cienciafacil.com/ExperimentosFisica.html http://www.youtube.com/watch?v=acMeqppeRH8 http://manuferiaciencia.blogspot.com/2010/11/simple-experimentofacil-de-construir.html http://experimentoscaseros.net/2011/05/experimentos-de-flankinComo-hacer-campanas-de-franklin/ http://www.experimentosdefisica.net/campanas-de-franklinexperimentos-de-electrostatica/

Anexos

Campos de carga