Universidad Nacional Mayor de San Marcos

Decana de Amrica

Cargas Elctricas y cuerpos Electrizados

INTEGRANTES:Alferez Eyzaguirre Bryan Alberto14200213Arce Llantoy Luis Alberto14200180Caballero Hervias Cristina Viviana14200236Carrillo Estrada Jos Andrs14200183Inga Aliaga Richard Jans14200048CICLO: III

2015

Experiencia N 1:Cargas Elctricas y Cuerpos Electrizados

OBJETIVOS1. Comprobar experimentalmente la existencia de una de las propiedades de la materia llamada carga elctrica. 2. Experimentar con la electrificacin de los cuerpos mediante las diversas formas. 3. Verificar la interaccin electrosttica entre cargas de igual signo y de signos opuestos. 4. Conocer el funcionamiento y los principios fsicos de un generador Electrosttico-mquina de Wimshurst y el generador de Van de Graff.

MATERIALES E INSTRUMENTOS USADOSUniversidad Nacional Mayor de San Marcos

8

Pndulos de tecnopor

Electroscopio

Barras de acetato y vinilito

Mquina de Wimshurst

Generador de Van de Graff

PROCEDIMIENTO Y ANLISIS DE DATOSMquina de Wimshurst 1. Identifique las partes de las mquinas electrostticas 2. Gire lentamente la manivela en sentido horario, los conductores transversales deben sealar, por arriba, hacia la izquierda y por debajo, hacia la derecha, en un ngulo de 45, en relacin con la barra de aislamiento. 3. Mantenga el interruptor de aislamiento abierto y anote lo observado. 4. Ahora cierre el interruptor, anote lo observado. A la hora del giro se nota un haz de luz que pasa entre los dos interruptores.

5. Conecte las botellas de Leyden, anote lo observado. Los pasos 2, 3 y 4 se efectan girando las manivelas del equipo. Los papelitos se levantan.

6. Determine la polaridad del generador electrosttico por medio de un electroscopio. Este ltimo se carga con un electrodo y se toca luego con una barra de plstico previamente frotada con lana, anote el signo de la carga. Gira la aguja.

7. Ahora acerque una lmpara de fluorescente y anote lo observado, identifique la polaridad de la lmpara. 8. Descarga de punta; colocar la rueda de punta sobre el rodamiento de agujas en el soporte, conectar la fuente de carga y transmitir la carga, anote lo observado.

Gira en sentido antihorario.

9. Pndulo doble; colocar un pndulo de bolitas de saco en soporte con gancho, conectar a la fuente de carga y transmitir una carga a travs de sta, anote lo observado.

Se repelen.

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

Se levantan las tiras de papel.

11. Juego de campanas; colocar sobre el juego de campanas, conectar la fuente de carga y aumentar lentamente la carga suministrada, anote lo observado.

Las esferas se apegan a las campanas.

12. Tablero de destellos; 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 encienden las luces por un corto tiempo.

13. Danza elctrica; colocar el tablero de base sobre el soporte, colocar sobre l bolitas de saco de 5 a 8 unidades, y poner encima de la cubierta con electrodos esfricos invertida, conectar la fuente de carga y aumentar lentamente la cantidad de carga suministrada, anote lo observado.

Al principio la esfera se apega y al momento de apagarse, salta por todo el lugar.

14. Aparato fumvoro; colocar el tablero de base sobre el soporte, invertir sobre Este la cubierta con electrodos 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.La 14 y 15 no se hizo.T decide si borrarlo o no.

15. Carril de rodamiento con bolas. Colocar sobre el soporte la placa de base, y el carril de rodamiento de bolas. Al hacerlo, asegrese de que la distancia del carril de rodamiento con bolas no caiga 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 esfrico superior. Conectar la fuente de alimentacin y suministrar lentamente la carga, anote lo observado.

Mquina de Van De Graff: 1. Conecte la mquina de Van De Graff, a la fuente de 220V de C.A. Tenga cuidado, si tiene dudas consulte al profesor.

2. Una vez encendida, la faja vertical comenzar a girar, identifique el signo de la carga de la esfera, con la ayuda de un electroscopio, anote lo observado. + o ?

Carga

3. Utilice los dispositivos efectuados en los procesos del 9 al 17, anote lo observado. El sigue siendo casi el mismo con la diferencia que hay una mayor carga y de manera continua y constante.4. Acerque el electroscopio lentamente a la esfera y anote el mximo valor del ngulo que se desva las hojuelas.Se me acaba de ocurrir.

45.

PNDULO ELCTRICO1. Acerque cualquiera de las barras, sin frotarla, a la esfera de tecnopor que est suspendida en el pndulo elctrico como muestra la ilustracin 5. Anote lo observado. No se observa ningn efecto en el tecnopor.

2. Frote la barra de acetato con el pao de seda, luego acrquela a la esfera de tecnopor. Repita la operacin frotando la barra de vinilito. Anote sus observaciones.Tambin falta.

3. Ponga frente a frente dos esferas de tecnopor suspendidas en los pndulos elctricos. A continuacin frote la barra de vinilito con el pao de lana, luego toque a la esfera 1 y a la esfera 2. Anote sus observaciones. La esferas 1 se apega a la barra y la 2 tambin.

4. Frote nuevamente la barra de acetato con el pao de seda y la barra de vinilito con el pao 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 apegan ms a la barra de acetato.

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

6. Frote nuevamente la barra de acetato con el pao de seda, luego toque la esfera 1 y la esfera 2. Anote sus observaciones. Se repelen con respecto a la barra.

7. Frote nuevamente la barra de vinilito con el pao de lana, luego acrquela a la esfera 1 y esfera 2. Anote sus observaciones. Atrae las esferas levemente.

8. Acerque sin tocar la barra de acetato a la esfera 1, simultneamente acerque sin tocar. la barra de vinilito a la esfera 2. Anote sus observaciones. Con el de vinilito se atrae y el de acetato se repelen.

9. La ilustracin 3 nos muestra un electroscopio, aparato que nos permite observar si un cuerpo est electrizado o no lo est. Acerque la barra de acetato previamente frotada con el pao de seda a la esfera metlica del electroscopio. Anote sus observaciones. Se observa un leve movimiento de la aguja.

10. Manteniendo cerca de la esfera metlica, la barra de acetato, coloque un dedo de su mano sobre la esfera. Anote sus observaciones. Al acercar el dedo la aguja regresa a su posicin.

11. Manteniendo cerca de la esfera metlica la barra de acetato, retire el dedo que haba colocado sobre ella. Anote sus observaciones. Regresa al movimiento.

12. Retire la barra de acetato de la vecindad de la esfera metlica. Anote sus observaciones. Regresa a su posicin inicial.

13. Repita los pasos 7, 8, 9 y 10 con la barra de vinilito que ha sido previamente frotada con el pao de lana. Lo mismo pero con un movimiento ms leve.

CUESTIONARIO1. Cmo puede usted determinar el signo de las cargas de las esferas de tecnoport?, Explique.R: Por medio de la induccin magntica cargamos con carga positiva (+) o negativa (-) a la espera de tecnoport. Lo acercamos lentamente a la mquina de Van de Graff cargada negativamente y observamos si este atrae o repele

Carga del tecnoport

Atrae el tecnoportpositiva (+)

Repele el tecnoportnegativa (-)

2. En las experiencias efectuadas, cmo podra aplicar el principio de superposicin? Explique.R: El principio de superposicin o teorema de superposicin es un resultado matemtico que permite descomponer un problema lineal en dos o ms subproblemas ms sencillos, de tal manera que el problema original se obtiene como "superposicin" o "suma" de estos subproblemas ms sencillos.Se ha comprobado -tambin experimentalmente- que las fuerzas elctricas se comportan en forma aditiva, es decir; la fuerza elctrica sobre una carga q, debida a un conjunto de cargas es igual a la suma de las fuerzas que , que cada carga qi,ejerce separadamente sobre la carga q, es decir:

en que las fuerzas

3. Del experimento realizado, se puede deducir qu tipo de carga se traslada de un cuerpo a otro? Enuncie los tipos de electrizacin, explique cada caso.R: Por contacto .- Es necesario que el cuerpo previamente electrizado entre en contacto con un cuerpo neutro para que se lleve a cabo el proceso de electrizacin por contacto o conduccin. Esto sucede por que, al entrar los cuerpos en contacto, los electrones se transfieren del material que contiene un exceso de electrones al otro.La distribucin uniforme de la carga en el material que originalmente se encontraba en estado neutro depender mucho de que este sea un buen conductor de la electricidad. Por friccin .- Cuando ponemos un cuerpo cargado en contacto con un conductor se puede dar una transferencia de carga de un cuerpo al otro y as el conductor queda cargado, positivamente si cedi electrones o negativamente si los gan. Por induccin.- Un cuerpo cargado elctricamente puede atraer a otro cuerpo que est neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interaccin elctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro. Como resultado de esta relacin, la redistribucin inicial se ve alterada: las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo electrizado se acercan a ste. En este proceso de redistribucin de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas est cargado positivamente y en otras negativamente Decimos entonces que aparecen cargas elctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.

4. Por qu el cuerpo humano es un buen conductor de la electricidad? Explique detalladamente.R: Porqu casi el 70% del organismo 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 de su intensidad. Se ha descubierto que las partes ms sensibles son la retina y el globo ocular, pues ante cualquier estmulo elctrico producen una sensacin luminosa. Le sigue la lengua, la cual manifiesta un sabor alcalino.

5. 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? R: Si entran en contacto la bola blanca adquirir carga y ambos se repelern por ser de cargas del mismo signo Por influencia, la bola blanca empezar a ser atrada por la bola negra. (La bola blanca se polarizar).

6. 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.R: Despus del contacto las bolas se repeleran. La carga de la bola blanca, dependiendo del tamao de la bola negra, ser del mismo signo de la bola negra.7. Qu es lo que se observar? Cul ser la carga que adquiere de la esfera 2?R:

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; Cul ser la carga que adquiere de la esfera 2?R: Si tenemos q+ como en el caso anterior, las cargas inducidas de la bola blanca se localizan en los extremos, como la bola blanca es ms pesada que la negra, sta atraer a la negra ponindose en contacto, entonces la bola blanca ceder los electrones a la bola negra ponindola en equilibrio, quedando la bola blanca cargada positivamente.

9. En un experimento de electrosttica se observa que la distancia entre las esferas 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?R:

Graficamos el diagrama de cuerpo libre donde:

Sabemos:

De acuerdo con la ley de Coulomb:

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?R: Primero observamos las laminillas juntas por la ausencia de carga.Luego acercamos un cuerpo electrizado positivamente a la bola del electroscopio, las cargas pasan a travs de la barra metlica a las laminillas (esto se da por induccin) las laminillas quedan cargadas positivamente, y por lo tanto se separan. La separacin la mediremos con la escala graduada situada en la parte inferior. Cuanto mayor sea la separacin, mayor ser el valor de la carga elctrica.

11. Que funcin cumple las botellas de Leyden en la mquina de Wimshurst, explique detalladamente.R: La botella de Leyden es un dispositivo que permite almacenar cargas elctricas comportndose como un condensador o capacitor. La varilla metlica y las hojas de estao conforman la armadura interna. La armadura externa esta constituida por la capa que cubre la botella. La misma botella acta como un material dielctrico (aislante) entre las dos capas del condensador. En la mquina de Wimshurst la carga se acumula en los conductores y en las botellas de Leyden para que en el momento propicio se produzca la ruptura en forma de arco Voltaico

12. Durante el uso del generador electrosttico se percibe un color caracterstico, investigue a que se debe. Explique detalladamente.R: Durante las descargas elctricas tienen lugar reacciones qumicas que producen un olor caracterstico, nico y punzante, alrededor del generador; Van Marum se refiri al mismo como el olor de la materia elctrica. Es el olor a Ozono (O3) variedad alotrpica del Oxigeno (O2), que se genera a partir de l, por efecto de las chispas. Tambin se percibe cuando hay una tormenta elctrica

13. Explique el poder de las puntas, y sus aplicaciones.R: l poder de las puntas est ntimamente relacionado con el concepto de la rigidez dielctrica. Un conductor con una porcin puntiaguda en su superficie, descarga su carga elctrica a travs del aguzamiento y por lo tanto no se mantiene electrizado. Actualmente se sabe que esto se produce debido que en un conductor electrizado tiende a acumular la carga en la regin puntiaguda. La concentracin de carga en una regin casi plana es mucho menor que la acumulacin de carga elctrica en un saliente acentuado. Debido a esta distribucin, el campo elctrico de las puntas es mucho ms intenso que el de las regiones planas. El valor de la rigidez dielctrica del aire en la porcin ms aguzada ser sobrepasado antes que en las otras regiones, y ser por ello que el aire se volver conductor y por all escapar la carga del conductor. Las puntas son un sistema idneo para dejar libre paso de cargas de un medio a otro utilizndose como pararrayos, ya que a travs de la punta de dicho pararrayos se prodcela descarga aire-tierra.14. Mencione al menos 5 aplicaciones del equipo de Van De Graff.R: Se utilizan para producir los altos voltajes. La produccin de rayos x. Esterilizacin de alimentos. Experimentos de fsica de partculas. Experimentos de fsica nuclear.

CONCLUSIONES Un cuerpo con carga produce un campo elctrico en el espacio circundante, pero no puede ejercer una fuerza neta sobre s mismo. De donde podemos concluir que la fuerza elctrica sobre un cuerpo con carga es ejercida por el campo elctrico creado por otros cuerpos con carga. Los electrones se conservan, por lo tanto no se crean ni se destruyan solo se trasladan. Las cargas elctricas no son engendradas ni creadas, sino que, en el proceso de adquirir cargas elctricas, unas ceden y otras ganan electrones. De modo que hay una equivalencia en transferencia de electrones. Se comprueba experimentalmente que los cuerpos con cargas elctricas de igual especie se repelen mientras que los tiene cargas de distinto signo se atraen. En todo cuerpo conductor, las cargas se distribuyen superficialmente buscando las zonas de mayor convexidad. En este caso, la distribucin de las cargas es uniforme. Los fenmenos de electrizacin son por frotamiento, por contacto o por induccin, los cuales alteran el equilibrio de cargas elctricas que se encuentran en los cuerpos.