CARGAS ELÉCTRICAS Y CUERPOS ELECTRIZADOS

EXPERIENCIA N° 01

1. OBJETIVOS:1) Determinar el tipo de carga que resulta después de inducir mediante la

frotación.2) Determinar la existencia de la fuerza eléctrica que existen entre dos materiales

distintos.3) Conocer el funcionamiento y los principios físicos de un generador

Electrostático – máquina de Wimshurst y la máquina de Van de Graff.

2. MATERIALES:

Péndulo de tecnoport. Electroscopio Barras de acetato y ebonita. Máquina de Wimshurst modelo U15310. Máquina de Var de Graff.

Paños de algodón y seda. Barras de acetato, ebonita y vidrio

Electroscopio Péndulo eléctrico

3. FUNDAMENTO TEORICO

A. ELECTRICIDAD .- La palabra Electricidad deriva de "electrón" que quiere decir "ámbar". Es un agente natural que se manifiesta por atracciones y repulsiones de masa cargadas de electrones o masas deficitarias de electrones.

B. ELECTROSTATICA .- es el estudio de las cargas eléctricas en reposo, sabiendo que las cargas puntuales son cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables frente a otras dimensiones del problema. La carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.

1. CARGA ELÉCTRICA .- Se llama carga eléctrica a la masa de electricidad ganada o perdida por un cuerpo cualquiera; por eso hay dos clases de electricidad:

a. ELECTRICIDAD POSITIVA O VITREA .- Es la que aparece en una barra de vidrio al ser frotada por una tela de seda, debido a que los electrones de los átomos superficiales del vidrio han pasado a la tela de seda y la barra de vidrio ha quedado deficitaria en electrones, por consiguiente, cargada de protones o con electricidad positiva.

b. ELECTRICIDAD NEGATIVA O RESINOSA .- Es la que aparece en una barra de resina (o plástico) cuando se frota con una tela o lana, debido a que los electrones debido a que los electrones de la lana han pasado a la resina; la lana se ha quedado deficitaria de electrones y la barra de resina ha quedado cargada de electrones o con electricidad negativa.

C. LEYES DE LA ELECTROSTATICA

1. PRIMERA LEY DE LA ELECTROSTATICA

"Los cuerpos con cargas diferentes se atraen, cuerpos con cargas iguales se repelen"

2. SEGUNDA LEY DE LA ELECTROSTATICA (LEY DE COULOMB) . -

"La fuerza de atracción o repulsión en la línea que une los centros entre dos cargas electrostáticas, es directamente proporcional al producto de su masa e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa sus centros"

GENERADOR ELECTROSTATICO: MAQUINA DE WIMSHURST:La máquina de Wimshurst es un generador electrostático de alto voltaje desarrollado entre 1880 y 1883 por el inventor británico James Wimshurst (1832 – 1903). El generador electrostático sirve para generar altas tensiones constantes, no son peligrosas al contacto.

GENERADOR ELECTROSTATICO; MAQUINA DE VAN DE GRAFF:El generador der Van de Graff, GVG, es un aparato utilizado para crear grandes voltajes. En realidad es un electróforo de funcionamiento continuo.

Se basa en los fenómenos de electrización por contacto y en la inducción de carga. Este efecto es creado por un campo intenso y se asocia a la alta densidad de carga en las puntas.

4. PROCEDIMIENTO:A. Ubique en la mesa de trabajo en la posición más adecuada la Maquina de

Wimshurst y de Van der Graff.B. Experimente la interacción entre las barras cargadas y las esferas de

tecnoport que está suspendida en el péndulo eléctrico.

A.1 Maquina de Wimshurst:

Descarga de punta Tablero de destellos

juego de campanas

A.2 Maquina de Van der Graff:

1) Conecte la máquina de Van der Graff, a la fuente de 250V de C.A. tenga cuidado.

Desarrollo de la práctica con el acetato, ebonita y vidrio

5. CUESTIONARIO:

1) ¿Cómo puede usted determinar el signo de las cargas de las esferas de tecnoport? Explique

Primero se frota una barra de vidrio con un paño. Debido a la naturaleza de estos dos cuerpos será el vidrio que por medio de la inducción magnética cargamos con carga positiva (σ+) o negativa (σ-) a la espera de tecnopor. Lo acercamos lentamente a la máquina de Van de Graff cargada negativamente y observamos si este atrae o repele

Carga del Tecnoport

Atrae el tecnoport Positiva (σ+)

Repele el tecnoport Negativa (σ-)

2) En las experiencias efectuadas, ¿Cómo podría aplicar el principio de superposición? Explique.

Se podría aplicar en el momento que intentamos saber la polaridad de la barra de electrodos ya que hay 3 cuerpos cargados eléctricamente y están interactuando, dos con carga negativa y uno con carga positiva. Entonces podríamos establecer para la esfera del electroscopio (negativo) que hay dos fuerzas sobre él, una de atracción (electrodo positivo) y otra de repulsión (electrodo negativo).

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

Sí. Porque los cuerpos los podemos cargar por frotamiento, adquiriendo ambos diferentes cargas que luego se pueden verificar de qué tipo son con el electroscopio; también se pueden cargar por contacto, adquiriendo ambos la misma carga (ya conocida) y si no se conoce se puede usar el electroscopio.

4) Enuncie los tipos de electrización, explique cada caso.Tipos de 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.

POR FRICCIÓN: 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.

POR INDUCCIÓN: 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.

EFECTO FOTOELÉCTRICO: Formación y liberación de partículas eléctricamente cargadas que se

produce en la materia cuando es irradiada con luz u otra radiación electromagnética.

EFECTO TERMOIONICO: 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.

5) ¿Por qué el cuerpo humano es un buen conductor de la electricidad? Explique detalladamente.

Porqué casi la mayor parte 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) 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 ¿Qué tipo de carga tiene el electroscopio?

El electroscopio tiene carga negativa ya que a un principio se encuentran separadas las laminillas, cuando se acerca la carga negativa de las laminillas se van a la esfera y quedan con carga neutra. Al acercarse más el objeto cargado positivamente, mayor cantidad de carga negativa se va a la esfera metálica y nuevamente las laminillas quedan cargadas y se separan pero esta vez con carga positiva.

7) Qué función cumple las botellas de Leyden en la máquina de Wimshurst, explique detalladamente.

Las botellas de Leyden es un implemento que “almacena” electricidad estática entre dos electrodos en la parte interna y externa de una jarra. Esta fue inventada por separado por el clérigo Alemán Ewald Georg von Kleist el 11 de octubre del 1744 y por el científico Holandés Pieter van Musschenbroek de Leiden (Leyden) en el año 1745. Originalmente tenía la forma de un capacitor. Esta botella fue usada para diversos experimentos sobre la electricidad, y su descubrimiento fue de fundamental importancia en el estudio de esta materia. Previamente los investigadores tenían que ceñirse a conductores aislantes de grandes dimensiones para almacenar una carga.

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

En los generadores electroestáticos, el volumen de los gases dentro de los condensadores siempre se reduce, esto se debe a que durante las descargas eléctricas se dan reacciones químicas. Estos olores extraños fueron denominados por el científico van Marum como «el olor de la materia eléctrica».

9) Explique el poder de las puntas y sus aplicaciones.En Electrostática, el poder de las puntas está relacionado con la definición de la rigidez dieléctrica. Ésta es el mayor valor de campo eléctrico que puede aplicarse a un aislante sin que se haga 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.

Actualmente se sabe que esto se da 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 notorio que el de las regiones planas. El valor de la rigidez dieléctrica del aire en la parte 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.

10) Menciones al menos 5 aplicaciones del equipo de Van de Graff.1. Las diferentes aplicaciones de esta máquina incluyen la producción de rayos X , esterilización de alimentos.

2. Gracias al generador podemos hacer experimentos de ruptura dieléctrica en alta tensión. Sin peligro para el que los realiza.,

3. Usándose tanto en experimentos docentes como en procesos industriales (acelerador de partículas).

4. Existen otras variantes del generador de Van de Graff, como son el Vivitron o el Pelletron capaces de conseguir tensiones de 30 Mega voltios.

5. Experimentos de física de partículas y física nuclear.

6. PREGUNTAS ADICIONALES:

Explique el funcionamiento del MOLINETE

El movimiento se puede observar que es debido a una fuerza de repulsión o atracción entre las hélices del molinete por la transferencia de electrones en donde se aculan las cargas debido al generador de wimshurst que hace posible que exista dicha fuerza eléctrica

Explique por qué en el chispero se produce la luz en los bordes agudos.

La luz que se genera en los bordes agudos es debido que tienen la facilidad de descargar en las partes agudas del chispero como también en donde hay un vacío esto es debido al salto de electrones para seguir transitando en el sistema cerrado y tiene el color azul que es característico debido que en el medio ambiente hay un cierto porcentaje de nitrógeno

Enumere 7 ejemplos de la aplicación de la electrostática

Tenemos los siguientes

El proceso de la impresión Aceleradores electrostáticos Sistema de aspersión electrostática Generadores electrostáticos Pintura electrostática Serigrafía Filtros electrostáticos

7. CONCLUSIONES:

En el experimento realizado pudimos determinar la existencia de la carga y del signo que posee después de manipular con algodón en los distintos tipos de material.

En el generador electrostático no fue fácil realizar el experimento debido a la humedad que existía en el laboratorio

Pudimos notar que hay modos de inducir la carga gracias al electroscopio que también se puede deducir el signo de la carga inducida.

Para poder tener un buen resultado en el proceso de inducción era necesario secar la humedad del material como de los generadores electrostáticos

Se pudo notar que la fuerza eléctrica debido a la inducción es notable a pequeñas distancias.

El sentido del movimiento del molinete es independiente de la polaridad de la corriente.

En la máquina de Wimshurst, se pudo observar fácilmente la descarga eléctrica q ocurre en la parte aguda de la palanca de acoplamiento.

8. SUGERENCIAS:

Revisar el material antes de trabajar ya que puede presentar fallas y el experimento no se realizaría como es debido.

En el momento de tratar de inducir una carga a través de electrización por frotación hay q usar un aislante para evitar cualquier tipo de descarga o neutralización.

9. BIBLIOGRAFIA:

Manual de laboratorio de Electricidad y Magnetismo – Física III SERWAY – JEWETT. Física, para ciencias e ingeniería. Séptima edición. 640 pág.