Informe de Fisica Final Sin Caratula semana 1

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1.Introducción Desde la antigüedad, los humanos nos hemos puesto curiosos por los fenómenos de la naturaleza. Esto hizo que los filósofos en la Antigua Grecia analicen el comportamiento del ambar cuando ha sido frotado. Posteriormente se ampliara sobre las formas para cargar a un cuerpo neutro. 2.Objetivos 1. Comprobar experimentalmente la existencia de una de las propiedades fundamentales de la materia llamada carga eléctrica. 2. Experimentar con la electrificación de los cuerpos mediante las diversas formas. 3. Verificar la interacción electrostática entre cargas de igual signo y signos opuestos. 4. Conocer el funcionamiento y los principios físicos de un generador Electrostático- máquina de Wimshurt y la máquina de Van der Graff. 3.Materiales Juego de equipos de electrostática u8491500 ( tablero de destello, cubierta de electrodos esféricos, rueda con punta, barra de fricción de plástico con clavijero de 4mm soporte de depósito, rodamiento de agujas con clavija de conexión, soporte de gancho para péndulo doble de bolitas de sauco, clavija de conexión en pantalla de seda en varilla, trozos de medula de sauco, tablero de base en clavija y conexión y carril de rodamiento con bolas, cadenas de conexión, esfera conductora de 30mm de diámetro con clavija de conexión, cubierta con electrodos de punta pie de soporte, varilla de soporte aislada, con manguitos de soporte y de conexión y juego de campanas).

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1. IntroducciónDesde la antigüedad, los humanos nos hemos puesto curiosos por los fenómenos de la naturaleza. Esto hizo que los filósofos en la Antigua Grecia analicen el comportamiento del ambar cuando ha sido frotado. Posteriormente se ampliara sobre las formas para cargar a un cuerpo neutro.

2. Objetivos1. Comprobar experimentalmente la existencia de una de las propiedades fundamentales de la materia llamada carga eléctrica.2. Experimentar con la electrificación de los cuerpos mediante las diversas formas.3. Verificar la interacción electrostática entre cargas de igual signo y signos opuestos.4. Conocer el funcionamiento y los principios físicos de un generador Electrostático- máquina de Wimshurt y la máquina de Van der Graff.

3. MaterialesJuego de equipos de electrostática u8491500 ( tablero de destello, cubierta de electrodos esféricos, rueda con punta, barra de fricción de plástico con clavijero de 4mm soporte de depósito, rodamiento de agujas con clavija de conexión, soporte de gancho para péndulo doble de bolitas de sauco, clavija de conexión en pantalla de seda en varilla, trozos de medula de sauco, tablero de base en clavija y conexión y carril de rodamiento con bolas, cadenas de conexión, esfera conductora de 30mm de diámetro con clavija de conexión, cubierta con electrodos de punta pie de soporte, varilla de soporte aislada, con manguitos de soporte y de conexión y juego de campanas).

- Péndulos de tecnoport.- Electroscopio.

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4. Marco TeóricoSe atribuye a Tales de Mileto (640-548 A.C.) haber observado que un trozo de ámbar frotado con un paño o una piel adquiere la propiedad de atraer cuerpos livianos. William Gilbert (1540 – 1603) comprobó que no sólo el ámbar al ser frotado atraía cuerpos ligeros, sino también lo hacían muchos otros cuerpos como el vidrio, la ebonita, la resina el azufre, etc.

Existen dos tipos de cargas eléctricas. Se comprueba experimentalmente que cuerpos con cargas eléctricas de igual tipo se repelen, mientras que los de tipo distinto se atraen. Este descubrimiento se le atribuye a Stephen Gray

Los dos tipos de cargas eléctricas existentes son denominadas cargas positivas y cargas negativas. A un cuerpo que no esté cargado eléctricamente se le denomina cuerpo electrostáticamente neutro, en este caso decimos que tiene igual número de cargas de ambos tipos.

Existen 3 maneras para cargar un cuerpo:

A.- Electrizacion por contacto:Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro previamente cargado. Tendrán el mismo tipo de cargaB.- Electrizacion por frotamiento:Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativaC.- Electrizacion por inducción:Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Mediante acercamiento de un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro redistribuyéndose las cargas iniciales.En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas está cargado positivamente y en otras negativamente

5. Experiencia y Resultados

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A-1. Máquina de Wimshurst:

1. Identifique las partes de las máquinas electrostáticas.

2. Gire lentamente la manivela en sentido horario, los conductores transversales

deben señalar, por arriba, hacia la izquierda y por debajo, hacia la derecha, en

un ángulo de 45°, en relación con la barra de aislamiento.

3. Mantenga el interruptor de aislamiento abierto y anote lo observado.

Se observan líneas constantes, intensas y semejantes al color azul.

4. Ahora cierre el interruptor, anote lo observado.

Se generan Chispas.

5. Conecte las botellas de leuden, anote lo observado. Los pasos 2, 3 y 4 se

efectúan girando las manivelas del equipo.

Interruptor de aislamiento

Abierto Cerrado

Se producen líneas continuas más

intensas.

Se producen chispas más intensas.

6. Determine la polaridad del generador electrostático por medio de un

electroscopio. Este último se carga con un electrodo y se toca luego con una

barra de plástico previamente frotada con lana, anote el signo de carga.

La polaridad es negativa.

7. Ahora acerque una lámpara de fluorescente y anote lo observado, identifique

la polaridad de la lámpara.

No se realizó.

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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.

Botellas de Leyden.

Conectadas. Desconectadas.

Interruptor de

Abierto.

Gira de manera

antihoraria.

Gira de manera

antihoraria.

Cerrado.

Gira de manera

antihoraria con

mayor rapidez.

Gira de manera

antihoraria.

9. Péndulo doble; colocar un péndulo de bolitas de saúco en soporte con gancho,

conectar a la fuente de carga y transmitir una carga a través de ésta, anote lo

observado.

No se realizó.

10. Clavija de conexión en pantalla de seda, colocar la clavija de conexión en

pantalla de seda sobre el soporte, conectar a la fuente de carga y acrecentar

lentamente la carga aplicada, anote lo observado.

No se realizó.

11. Juego de campanas; colocar sobre el juego de campanas, conectar la fuente de

carga y aumentar lentamente la carga suministrada, anote lo observado.

Se formaron chispas y las campanas empezaron a sonar.

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,

ante lo observado.

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Los destellos se hicieron notar poco a poco, empezando en la zona inferior

para así dirigirse en dirección a la zona superior (De abajo hacia arriba) a

medida que la intensidad suministrada iba en aumento.

13. Danza eléctrica; colocar el tablero de base sobre el soporte, colocar sobre él

bolitas de saúco de 5 a 8 unidades, poner encima de la cubierta con electrodos

esféricos invertida, conectar la fuente de carga y aumentar lentamente la

cantidad de carga suministrada, anote lo observado.

En general el movimiento observado es un movimiento caótico, las

diferencias radican en el tiempo que les toma a las bolitas el quedar

adheridas a las paredes del recipiente.

Botellas de Leyden.

Conectadas. Desconectadas.

Interruptor de

aislamiento.

Abierto.

Las bolitas se

toman su tiempo

que no es

demasiado.

Las bolitas tardan

demasiado en

adherirse.

Cerrado.

Casi no se percibe

el movimiento

caótico.

El tiempo de

movimiento se

hace casi nulo.

14. Aparato fumívoro; 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.

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Una vez más de lo observado planteamos un movimiento general, el cual se

basa en el apilamiento de los humos en el centro del recipiente muy cerca del

electrodo superior, siendo las diferencias encontradas, el intervalo de tiempo

en tomar dicha posición y la aparición de chispas en algunos casos.

Botellas de Leyden.

Conectadas. Desconectadas.

Interruptor de

aislamiento.

Abierto.

Podemos observar

chispas y el

intervalo de

tiempo es medio.

Todo es

demasiado lento y

no se observan

chispas.

Cerrado.

En este caso

vemos chispas de

forma violenta

pero los humos no

se quedan

apilados, pero si

pegados al

contenedor.

El intervalo de

tiempo es menor y

se observan

chispas vigorosas.

A-2 Máquina de Van De Graaff:

15. Conecte la máquina de Van De Graaff, a la fuente de 250V de C.A. Tenga

cuidado, si tiene dudas consulte al profesor.

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16. Una vez encendida, la faja vertical comenzará a girar, identifique el signo de la

carga de la esfera, con la ayuda de un electroscopio, anote lo observado.

Carga negativa.

17. Utilice los dispositivos efectuados en los procesos de 9 al 17, anote lo

observado.

No sucede nada pues la gran mayoría de puntos a seguir requieren de dos

polos.

18. Acerque el electroscopio lentamente a la esfera y anote el máximo valor del

ángulo que se desvíe las hojuelas.

El máximo valor fue 90°.

B. Péndulo eléctrico:

1. Acerque cualquiera de las barras, sin frotarla, a la esfera de tecnoport que está

suspendida en el péndulo eléctrico. Anote lo observado.

No ocurre nada.

2. Frote la barra de acetato con el paño de seda, luego acérquela a la esfera de

tecnoport. Repita la operación frotando la barra de vinilito. Anote lo

observado.

Ambas barras atraen a la esfera de tecnoport.

3. Ponga frente a frente dos esferas de tecnoport suspendidas en los péndulos

eléctricos. A continuación frote la barra de vinilito con el paño de lana, luego

toque la espera 1 y a la esfera 2. Anote sus observaciones.

Ambas esferas se repelen al adquirir el mismo signo de carga.

4. Frote nuevamente la barra de acetato con el paño de seda y la barra de vinilito

con el paño de lana y toque la esfera 1 con la barra de acetato y a la esfera 2

con la barra de vinilito. Anote lo observado.

Se repelen.

5. Asigne el nombre que usted desee a las cargas eléctricas obtenidas en los

pasos 3 y 4.

Son cargas iguales, pues se repelen. Cargas negativas.

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6. Frote nuevamente la barra de acetato con el paño de seda, luego toque la

esfera 1 y la esfera 2. Anote sus observaciones.

Se repelen con menor intensidad.

7. Frote nuevamente la barra de vinilito con el paño de lana, luego acérquela a la

esfera 1 y esfera 2. Anote sus observaciones.

Se repelen con mayor intensidad.

8. Acerque sin tocar la barra de acetato a la esfera 1, simultáneamente acerque

sin tocar la barra de vinilito a la esfera 2. Anote sus observaciones.

Hay atracción hacia la barra.

9. La ilustración 3 nos muestra un electroscopio, aparato que nos permite

observar si un cuerpo está electrizado o no lo está. Acerque la barra de acetato

previamente frotada con el paño de seda a la esfera metálica del electroscopio.

Anote lo observado.

La esfera se encuentra cargada pues hay movimiento de las manijas del

electroscopio.

10. Manteniendo cerca de la esfera metálica, la barra de acetato, coloque un dedo

de su mano sobre la esfera. Anote lo observado.

No hay reacción aparente.

11. Manteniendo cerca de la esfera metálica la barra de acetato, retire el dedo que

había colocado sobre ella. Anote sus observaciones.

No hay reacción.

12. Retire la barra de acetato de la vecindad de la esfera metálica. Anote sus

observaciones.

No hay reacción.

13. Repita los pasos 7, 8, 9 y 10 con la vara de vinilito que ha sido previamente

frotada con el paño de lana.

Se observa que hay reacción en todos los pasos.

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6. Cuestionario1. ¿Cómo puede usted determinar el signo de las

cargas de las esferas de tecnopor?

Mediante la inducción cargamos positiva o negativamente las esferas de tecnopor. Las acercamos a la máquina de Van de Graff cargada negativamente y observamos si se atraen o se repelen.

2. ¿En qué caso de la electrificación por frotamiento se observa mayor efectividad?

Se experimentara una mayor electrización cuando las esferita está cargada y la barra que se le acerque también, está a sido cargada por frotamiento, cuando se acercan hay una fuerza de repulsión o atracción

3. ¿Del experimento realizado, se puede deducir que tipo de carga se traslada de un cuerpo a otro?

En nuestra experiencia el tipo de carga que se traslada es negativa, pero también las cargas positivas pueden ser trasladadas todo dependería con que tipo carga se cargaría un objeto.

4. Enuncie tipos de electrificación, explique cada caso.

Cuando a un cuerpo se le dota de propiedades eléctricas, es decir, adquiere cargas eléctricas, se dice que ha sido electrizado.

La electrización es uno de los fenómenos que estudia la electrostática.

Para explicar cómo se origina la electricidad estática, hemos de considerar que la materia está hecha de átomos, y los átomos de partículas cargadas, un núcleo rodeado de una nube de electrones. Normalmente, la materia es neutra (no electrizada), tiene el mismo número de cargas positivas y negativas.

Formas de electrización:

ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO

Al frotar un cuerpo fuertemente con un paño, este se carga positiva o negativamente dependiendo de su tendencia a perder o ganar electrones respectivamente. Por ejemplo al frotar una barra de vidrio, ésta se cargará positivamente.

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ELECTRIZACIÓN POR CONTACTO

Cuando un cuerpo cargado se pone en contacto con otro, la carga eléctrica se distribuye entre los dos y, de esta manera, los dos cuerpos quedan cargados con el mismo tipo de carga.

La figura muestra un electroscopio. Al tocar con un cuerpo cargado la esfera superior, la carga penetra hasta las láminas, éstas al adquirir la misma carga se repelen y se separan.

ELECTRIZACION POR INDUCCION

Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro.

Como resultado de esta relación, la redistribución inicial se ve alterada: las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo electrizado se acercan a éste.

En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas está cargado positivamente y en otras negativamente.

Decimos entonces que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.

EFECTO TERMOIÓNICO

Es la ionización producida por el calor. A altas temperaturas los electrones que vibran cada vez más fuerte, pueden escapar del cuerpo; este quedará por tanto positivo.

Ese efecto es la base de la electrónica de válvulas.

EFECTO FOTOELÉCTRICO

Formación y liberación de partículas eléctricamente cargadas que se produce en la materia cuando es irradiada con luz u otra radiación electromagnética. El término efecto fotoeléctrico designa varios tipos de interacciones similares.

5. ¿Porque el cuerpo humano es un buen conductor de electricidad?

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Porqué casi el 70% del organismo consta de agua ionizada, un buen conductor de electricidad. De acuerdo con la electrofisiología, ciencia que estudia las reacciones que produce la corriente eléctrica, cada uno de los tejidos de nuestro cuerpo reacciona cuando una descarga circula por el organismo y los efectos biológicos dependen de su intensidad. Se ha descubierto que las partes más sensibles son la retina y el globo ocular, pues ante cualquier estímulo eléctrico producen una sensación luminosa. Le sigue la lengua, la cual manifiesta un sabor alcalino.

6. En la ilustración 6 considere que la bola 1 tiene una carga Q y la bola 2 esta descargada. Considere además que las bolas tienen igual radio r. ¿qué sucederá?

Según el experimento observamos que si tenemos a la esfera negra con carga Q (ya sea positiva o negativa) y la acercamos a la esfera blanca que no está cargada podemos notar que ambas esferas se atraen (la intensidad depende del como esta cargada la esfera) y entonces ocurrirá un reordenamiento descargas entre ambos cuerpos en el cual, la esfera negra atrae dela esfera blanca a las cargas de signo opuesto y repele hacia el otro lado de la esfera a las cargas de igual signo.

Figura

Luego de este proceso, ambas que dan cargadas igualmente pero con cargas de signos opuestos.

Se observa una atracción por lo siguiente:

Las dos esferas al ponerse en contacto y tener el mismo radio, se produce una compartición equitativa de electrones, de manera que las dos esferas queda, ósea cada una con Q/2 de carga.

7. 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

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con la bola 2 ¿Cuál será la carga que adquiere de la esfera 2?

La repartición de carga en las esferas que son cuerpos volumétricos se da en proporción de su volumen, y este a su vez del radio, En el caso que las esferas tengan el mismo radio habría una repartición homogénea dela carga en ambas esferas por medio del contacto, pero al tener más radio esta provocara que más electrones se sitúen en la superficie de la

esfera blanca en contacto con el

8. En un experimento de electrostática se observa que la distancia entre las esferas idénticas 1 y 2, inicialmente descargadas es de 12 cm.(ilustración 6).luego de transmitirles la misma carga q a ambas esferas estas se separan hasta 16 cm. ¿cuál es el valor de esta carga, si la masa de cada una de ellas

9. Un objeto cargado positivamente se acerca a la esfera de un electroscopio y se observa que las laminillas se cierran; y cuando se siguen acercando, sin tocar la esfera, de pronto las hojuelas se abren .qué tipo de carga tiene el electroscopio?

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Al acercar el objeto las laminillas se cierran, pues está habiendo un acomodamiento de cargas, al acercar más el objeto a la esfera metálica del electroscopio sin llegar a tocarla estas laminillas se abren, pues ya hubo un mejor acomodamiento y la parte de la esfera del electroscopio está cargada positivamente parcialmente, por lo que en la parte inferior las laminillas se cargan negativamente parcialmente por lo que se rechazan. Entonces la carga del electroscopio es neutra solo hubo un reordenamiento de cargas que sumadas dan cero ya que es por inducción.

10. Que función cumple las botellas de Leyden en la máquina de wimshurts, explique detalladamente

La botella de Leyden es un dispositivo que permite almacenar cargas eléctricas comportándose como un condensador. La varilla metálica y las hojas de estaño o aluminio conforman la armadura interna. La armadura externa está constituida por la capa que cubre la botella. La misma botella actúa como un material dieléctrico (aislante) entre las dos capas del condensador.

11. Durante el uso del generador electrostático se percibe un olor característico, investigue a que se debe .Explique detalladamente.

Se percibe un olor característico, único y punzante, alrededor del generador; Van Marum se refirió al mismo como “el olor de la materia eléctrica” .este producto de la formación de ozono, siendo el primero en describirlo científicamente.

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Explique el poder de las puntas y sus aplicaciones

En Electrostática, el poder de las puntas está íntimamente relacionado con el concepto de la rigidez dieléctrica. Ésta es el mayor valor de campo eléctrico que puede aplicarse a un aislante sin que se vuelva conductor.

Este fenómeno fue descubierto hace 200 años por Benjamín Franklin, al observar que un conductor con una porción puntiaguda en su superficie, descarga su carga eléctrica a través del aguzamiento y por lo tanto no se mantiene electrizado.

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Actualmente se sabe que esto se produce debido que en un conductor electrizado tiende a acumular la carga en la región puntiaguda. La concentración de carga en una región casi plana es mucho menor que la acumulación de carga eléctrica en un saliente acentuado. Debido a esta distribución, el campo eléctrico de las puntas es mucho más intenso que el de las regiones planas. El valor de la rigidez dieléctrica del aire en la porción más aguzada será sobrepasado antes que en las otras regiones, y será por ello que el aire se volverá conductor y por allí escapará la carga del conductor.

Es de especial interés en muchas aplicaciones como el pararrayos, inventado por el propio Franklin tras sus experimentos con una cometa en días de tormenta. Para realizar dichos experimentos, Franklin lanzaba una cometa de seda, con una punta metálica en la

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parte más alta, unida a un cordel también de seda. Del cordel colgaba una llave, que unía el dispositivo con tierra (carga eléctrica neutra), provocando así la descarga del rayo.

El molinete (o molinillo) electrostático proporciona una demostración contundente del efecto de las puntas, con el que se consigue generar campos eléctricos muy intensos e ionización del aire aún con pocas cargas.

14.-Aplicaciones del equipo de van der Graff.

El generador de Van der Graff se ha utilizado para la producción de rayos X que son muy utilizados en el campo de la medicina.

Se usa además para eliminar microorganismos y virus de alimentos. (Esterilización)

Es la base para varios experimentos en el campo de la física de partículas y física nuclear.

Un ejemplo muy común del campo eléctrico en la vida real se produce en las bocinas, ya que sin este no habría resonancia y por lo tanto tampoco sonido

Otro ejemplo es en las generadoras de presas hidroeléctricas, ya que con el agua hacen girar un generador que produce electricidad en base a un campo eléctrico

Este tipo de generador tiene una intensa utilización en la investigación de la física nuclear. Los generadores van de GrafF reciben diferencias de potencial de hasta 20 millones de voltios. Los protones acelerados a través de diferencias de potencial tan grandes reciben suficiente energía para iniciar reacciones nucleares entre ellos y entre diferentes núcleos objetivo.

7. Recomendaciones Al momento de experimentar con la maquina de Wimshurts esta debe estar libre

de humedad. Para una mayor generación de electricidad se recomienda que el aislante este conectado

Para que este libre de humedad se debe usar secador portátil o uno de pelo Los paños no deben estar húmedos La maquina de Van de Graff debe estar adecuadamente ensamblada El foco a usar debe de der de alta intesidad.

8. Conclusiones

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La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia, es por eso que adquieren una carga eléctrica, que consiste en ceder algo de un cuerpo, de tal modo que uno de ellos tenga un exceso de carga y el otro tenga un déficit de carga; experimentando fuerzas de repulsión o de atracción dependiendo de la naturaleza del origen de su carga al ser electrizados. Se comprueba experimentalmente que los cuerpos con cargas eléctricas 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 distribución de las cargas es uniforme.

Como ya sabemos, la humedad relativa es un factor determinante en el tema de la electrostática y puede que al llevar a cabo la práctica la humedad relativa haya afectado los resultados.

9. Bibliografia http://www.solociencia.com/fisica/carga-electrica-forma-cargar-

cuerpo.htm http://www.ciencia-ficcion.com/glosario/f/fuerelec.htm

FISICA Jorge Mendoza Dueñas FISICA Vol II CAMPOS Y ONDAS Marcelo Alonso - Eduardo Finn

Miztegui Alberto P.-sabato Jorge A. , Fisica, VolI, Editorial Kapelusz, 1972. pag: 187-223.