REPORTEEXPERIENCIA N 04: DIVISORDE TENSION Y PUENTE DE WHEATSTONEFECHA DE ENTREGA: 01/10/15

I.OBJETIVOS DE LA EXPERIENCIA*Comprobar experimentalmente la existencia de una de las propiedades de la materia llamada carga elctrica.*Experimentar con la electrificacin de los cuerpos mediante las diversas formas.*Verificar la interaccin electrosttica entre cargas de igual signo y de signos opuestos.*Conocer el funcionamiento y los principios fsicos de un generador Electrosttico-mquina de Wimshurst y el generador de Van de Graaff.

II.PROCEDIMIENTO Experimento: Divisor de tensin En el siguiente experimento se debe analizar dos divisores de tensin diferentes en lo relativo a las divisiones de tensin con carga.Monte el circuito experimental representado a continuacin:Ajustes del voltmetro A

Rango de medicin:20 V DC

Modo de operacin:AV

Abra el instrumento virtual Voltmetro A y seleccione los ajustes que se detallan en la siguiente tabla. Abra el instrumento virtual Voltmetro B y selecciones los ajustes que se detallan en la tabla siguiente:Ajustes del Voltmetro B

Rango de medicin:10 V DC

Modo de operacin:AV

Calcule para el divisor de tensin de la izquierda y la tensin de alimentacin dada de 15 V, las tensiones parciales U1 (tensin en R1) y U2 (tensin en R2) con ausencia de carga (el conector puente B1 no est insertado). Los valores de resistencias son R1 = 10 K y R2 = 3,3 K. Anote los valores obtenidos en la siguiente tabla 1.Mida ahora las tensiones parciales por medio de los voltmetros A y B, y anote igualmente los valores medidos en la tabla 1.

TABLA 1UB = 15 VDivisor de tensin de la izquierdaDivisor de tensin de la derecha

Relacin de divisin(sin carga)10 k : 3.3 k1 K : 330

U1/VU2/VU1/VU2/V

Sin carga (calculo)13.531.4713.531.47

Con carga (medicin)10.83.510.83.5

RL = 9.4 k11.52.810.83.4

RL = 4.7 k12.02.310.93.3

A-1 MAQUINA DE WIMSHURST01.-Identifique las partes de las maquinas electroestticas . 02.- Giramos 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.03. Mantuvimos el interruptor de aislamiento abierto y anotamos lo observado.Al mantener el interruptor abierto y girar la manivela en sentido horario podemos apreciar que se produce una descarga de chispas por la palanca de acoplamiento.04. Ahora cerramos el interruptor y anotamos lo observadoDe igual manera al mantener el interruptor cerrado se aprecia una descarga de chispas05. Conectamos las botellas de Leyden y anotamos lo observado. Los pasos observados 5, 6 y 7 se efectan girando las manecillas del equipo.06. Determinamos 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.07. Ahora acercamos una lmpara de fluorescente y anotamos lo observado, identificando la polaridad de las lmparas.No se realiz este paso 08.- Descarga de punta; colocamos la rueda de punta sobre el rodamiento de agujas en el soporte, conectando la fuente descarga y transmitimos la carga, anotamos lo observado.Se observa que las agujas empiezan a girar en sentido anti horario. 09.-Pendulo doble; colocamos un pndulo de bolitas de sauco en soporte con gancho, conectndolo a la fuente de carga y transmitiendo una carga a travs de esta, anotando lo observado.Se observa que las bolitas de sauco empiezan a alejarse entre s, es decir se repelen. 10.- Clavija de conexin en pantalla de seda; colocamos la clavija de conexin en pantalla de seda sobre el soporte, conectndolo a las fuentes de carga y acrecentando lentamente la carga aplicada, anotamos lo observado.No se realiz este paso.11.- Juego de campanas; colocamos sobre el juego de campanas, conectamos la fuente de carga y aumentamos lentamente la carga suministrada, anotamos lo observado.Se observa que los pndulos se repelen y durante una fraccin de segundo se pegan a las campanas y generan electricidad en contacto.12.-Tablero de destellos; colocamos el tablero de destellos en el soporte, conectamos las fuentes de carga y aumentamos lentamente el volumen de la carga suministrada, anotando lo observado.Se observa que el tablero presenta destellos de luz. Estos destellos son bastante pequeos pero se presentan en todo el tablero.

13.-Danza elctrica; colocamos el tablero de base sobre el soporte, colocando sobre el bolitas de sauco de 5 a 8 unidades y pusimos encima de la cubierta con electrodos esfricos invertida, conectando la fuente de carga y aumentamos lentamente la cantidad de carga suministrada, anotando lo observado.No se realiz este paso.14.- Aparato fumvoro; colocamos el tablero de base sobre el soporte, invirtiendo sobre este la cubierta con electrodos de punta y conectamos la fuente de carga. Hacemos penetrar en la cubierta el humo de un cigarro o de una vela de humo, anotamos lo observado.No se realiz este paso.15.- Carril de rodamiento con bolas; Colocamos sobre el soporte la placa de base, y el carril de rodamiento de bolas. Al hacerlo, nos aseguramos de que la distancia de carril de rodamiento con bolas no caiga hacia un lado. Colocamos la bola, limpia y seca, sobre la placa de base de tal manera que entre en contacto con el canto del electrodo superior. Conectamos la fuente de alimentacin y suministrar lentamente la carga, anotamos lo observado.No se realiz este paso.A-2MAQUINA DE VAN DER GRAFF16.- Conectamos la mquina de Van Der Graff, a la fuente de 250V de C.A. tuvimos cuidado.17.- Una vez encendido, la faja vertical comenzara a girar, identificamos el signo de las carga de la esfera, con la ayuda de un electroscopio.18.-Utilizamos los dispositivos efectuados en los procesos del 9 al 17, anotando lo observado.Se observa que las agujas empiezan a girar.Se observa que las bolitas de sauco empiezan a alejarse entre si.Se observa que los pndulos se alejan poco. Se observa que el tablero presenta destellos de luz pero frgilmente.

19.- Acercamos el electroscopio lentamente a la esfera y anotamos el mximo valor del ngulo que se desva las hojuelas.El mximo valor del ngulo observado que se desva las hojuelas es de 90

B. PENDULO ELECTRICO1. Acercamos cualquiera de las barras, sin frotarla, a la esfera de tecnoport que est suspendida en el pndulo elctrico, muestra la ilustracin.Se observa que las bolitas de tecnoport se repelen con la barra de vinilito.

1. Frotamos la barra de acetato con el pao de seda, luego la acercamos a la esfera de tecnoport. Repetimos la operacin frotando la barra de vinilito. Anotamos lo observado.Cuando frotamos la barra de acetato y la acercamos a las esferas de tecnoport, no hubo reaccin alguna.Todo lo contrario sucedi con la barra de vinilito, que gnero atraccin.

1. Pusimos frente a frente dos esferas de tecnoport suspendidas en los pndulos elctricos. A continuacin frotamos la barra de vinilito con el pao de lana, luego tocamos la esfera 1 y a la esfera 2. Anotamos lo observado.Se observa que las bolitas de tecnoport se atraen con la barra. Pero entre ellas se repelieron, despus de sacar la barra.

1. Frotamos nuevamente la barra de acetato con el pao de seda y la barra de vinilito con el pao de lana y tocamos la esfera 1 con la barra de acetato y a la esfera 2 con la barra de vinilito. Anotamos lo observado.Con respecto a la esfera 1, no se obtuvo ninguna reaccin.Y en la esfera 2 se observ una fuerza de atraccin.1. Asignamos el nombre que usted desee a las cargas elctricas obtenidas en los paso 3y 4.Cuando las esferas se repelen, tienen carga positiva, es decir la misma carga.Cuando se atraen tienen carga negativa, es decir diferentes cargas.1. Frotamos nuevamente la barra de acetato con el pao de seda, luego la acercamosa la esfera 1 y esfera 2. Anotamos las observaciones.Se observa que no hubo reaccin.

1. Frotamos nuevamente la barra de vinilito con el pao de lana, luego la acercamosa la esfera 1 y esfera 2. Anotamos las observaciones.Se observa que se atraen.

1. Acercamos sin tocar la barra de acetato a la esfera 1, simultneamente acercamos sin tocar, la barra de vinilito a la esfera 2. Anotamos las observaciones.Se observa que las esferas se juntas a la barra.

1. La ilustracin 3 nos muestra un electroscopio, aparato que nos permite observar si un cuerpo esta electrizado o no lo est. Acercamos la barra de acetato previamente frotada Con el pao de seda a la esfera metlica del electroscopio. Anotamos las observaciones.Se observa que la barra se encuentra cargada.

1. Manteniendo cerca de la esfera metlica la barra de acetato, colocamos un dedo de su mano sobre la esfera. Anotamos lo observado.Se observa que no hay ninguna reaccin.

1. Manteniendo cerca de la esfera metlica la barra de acetato, retiramos el dedo que se haba colocado sobre ella. Anotamos lo observado.Se observa que no hay ninguna reaccin.

1. Retiramos la barra de acetato de la vecindad de la esfera metlica. Anotamos lo observado.Se observa que no hay ninguna reaccin.

1. Repetimos los pasos 7, 8,9 y 10 con la barra de vinilito que ha sido previamente frotada con el pao de lana.Se observa que hay reaccin.Se observa que hay reaccin.Se observa que la barra est cargada.Se observa que hay reaccin.

III.CUESTIONARIO1.- Cmo puede usted determinar el signo de las cargas de las esferas de tecnoport?Por medio de la induccin magntica cargamos con carga positiva o negativa a la de la esfera de tecnoport.Lo acercamos lentamente a la mquina de van de Graff cargada negativamente y observamos si se atrae o repeleCarga de tecnoport

Atrae el tecnoportPositiva

Repele el tecnoportNegativa

2.-En las experiencias efectuadas, Cmo podra aplicar el principio de superposicin? Explique.Sabemos que le principio de superposicin es una herramienta matemtica que permite descomponer un problema (que es difcil de comprender si se ve en todo el sistema) en dos o ms sub problemas simples (fciles de abstraer). De este modo usando los sub problemas se comprende el original, esto es, la suma o superposicin de los sub problemas es equivalente al problema original. En los experimentos realizados se puede usar el principio de superposicin en la comprensin de los fenmenos observados porejemplo: Evaluar que carga tiene cada bola de acero, a qu distanciase encuentran, en qu sentido gira la mquina de Wimshurst si esta tiene un objeto que hace que las cargas se orienten siempre al mismo sentido, que tanto afecta la humedad en la mquina de Wimshurst, si la mquina de Wimshurst est conectada a otro objeto del experimento, porque se atraeran o repeleran, etc.Es decir al analizar cada parte del sistema comprenderamos el sistema y su funcionamiento completo.3.- Del experimento realizado, se puede deducir que tipo de carga se traslada de un cuerpo a otro?Si, para comprender que cargas se trasladan de un cuerpo a otro primero se debera haber probado que tipo de carga posee el cuerpo, esto se puede lograr acercando una carga de prueba (de carga positiva y que sea puntual) si se repela entonces el cuerpo posee carga positiva mientras si es atrada el cuerpo est cargada negativamente.Luego de haberlas identificado podemos deducir que tipo de cargas se trasladan, estas cargas son flujo de electrones que irn del cuerpo que est cargado negativamente (con exceso de electrones) al cuerpo que est cargado positivamente (con dficit de electrones), una vez concluida este proceso los cuerpos se neutralizaran.4.-Enuncie los tipos de electrizacin, explique cada caso.Formas para cambiar la carga elctrica de los cuerpos Se denomina electrizacin al efecto de ganar o perder cargas elctricas, normalmente electrones, producido por un cuerpo elctricamente neutro. Los tipos de electrificacin son los siguientes:1. Electrizacin por contacto: 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.2. Electrizacin por friccin: Cuando frotamos un aislante con cierto tipo de materiales, algunos electrones son transferidos del aislante al otro material o viceversa, de modo que cuando se separan ambos cuerpos quedan con cargas opuestas.3. Carga por induccin: Si acercamos un cuerpo cargado negativamente a un conductor aislado, la fuerza de repulsin entre el cuerpo cargado y los electrones de valencia en la superficie del conductor hace que estos se desplacen a la parte ms alejada del conductor al cuerpo cargado, quedando la regin ms cercana con una carga positiva, lo que se nota al haber una atraccin entre el cuerpo cargado y esta parte del conductor. Sin embargo, la carga neta del conductor sigue siendo cero (neutro). 4. Carga por el Efecto fotoelctrico: Sucede cuando se liberan electronesen la superficie de un conductor al ser irradiado por luz u otra radiacin electromagntica.5. Carga por Electrlisis:descomposicin qumica de una sustancia, producida por el paso de una corriente elctrica continua.6. Carga por Efecto termoelctrico: Significa producir electricidad por laaccin del calor.5.-Por qu el cuerpo humano es un buen conductor de la electricidad? Explique.Porque todos los compuestos qumicos de los cuales estamos compuestos, incluyendo el agua, la sangre y los minerales dentro de ella. Adems de las siempre constantes pulsos elctricos de nuestro sistema neurolgico que est presente en todo nuestro cuerpo.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.

6.-En la ilustracin 6 considere que la bola 1 tiene una carga Q y la bola 2 esta descargada. Considere adems que las bolas tienen igual radio r. Qu suceder?Si entran en contacto la bola blanca adquirir carga y ambos se repelern por ser de cargas del mismo signoPor influencia, la bola blanca empezar a ser atrada por la bola negra. (La bola blanca se polarizar).

7.-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 esta descargada Qu es lo que se observa? Cul ser la carga que adquiere la esfera 2?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.

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 las bola 2 Cul ser la carga que adquiere la esfera 2?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..-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 trasmitirle 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 5g y la longitud de los hilos en los que estn suspendidas las esferas es de 30 cm?

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?Si el electroscopio est en estado neutro, entonces la manecilla estar junto a la varilla vertical.Si se acerca un cuerpo electrizado a la esfera metlica P, cierta cantidad de la misma carga que la del cuerpo es repelida al interior observndose un movimiento de la manecilla11.-Que funcin cumple las botellas de Leuden en la mquina de Wimshurst, explique detalladamente.La botella de Leyden es un dispositivo que permite almacenar cargas elctricas comportndose como un condensador o capacitador. La varilla metlica y las hojas de estao conforman la armadura interna. La armadura externa est constituida por la capa que cubre la botella. La misma botella acta como un material dielctrico aislante entre las dos capas del condensador. El nombre de condensador proviene de las ideas del siglo XIX sobre la naturaleza de la carga elctrica que asimilaban esta a un fluido que poda almacenarse tras su condensacin en un dispositivo adecuado como la botella de Leyden. Este es el principio por el cual, si un rayo cae por diferencia de potencial en un avin, este no sufrir en su interior ningn tipo de descarga ni alteracin elctrica.

12.-Durante el uso del generador electrosttico se percibe un color caracterstico, investigue a que se debe. Explique detalladamente.Tras aquellos experimentos se percibi un olor caracterstico, nico y punzante, generador; Van Marum se refiri al mismo como el olor de la materia elctrica. Este olor era producto de la formacin de ozono, siendo el primero en describirlo cientficamente. Es el olor a Ozono O3 (variedad alotrpica del Oxigeno O2), que se genera a partir de el, por efecto de las chispas. Tambin se percibe cuando hay una tormenta elctrica.13.-Explique el poder de las puntas, y sus aplicacionesEn electrosttica, el poder de las puntas est ntimamente relacionado con el concepto de la rigidez dielctrica. sta es el mayor valor de campo elctrico que puede aplicarse a un aislante sin que se vuelva conductor. Este fenmeno fue descubierto hace 200 aos por Benjamin Franklin, al observar que 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 a que un conductor electrizado tiende a acumular la carga en la regin puntiaguda. La concentracin de carga en una regin casi llana 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. Valor de la rigidez dielctrica del aire en la porcin ms aguzada ser sobre pasado antes que en las otras regiones, y ser por ello que el aire se volver conductor y por all escapar la carga del conductor.14.-Menciones al menos 5 aplicaciones del equipo de Van De Graaff.Las diferentes aplicaciones de esta mquina incluyen produccin de rayos x, esterilizacin de alimentos y experimentos de fsica de particulares y fsica nuclearGracias al generador podemos hacer experimentos de ruptura dielctrica en alta tensin sin peligro para el que los realiza

Experimentos fsicos: Se usa para realizar experimentos en fsica nuclear en los que se aceleran partculas cargadas que se hacan chocar contra blancos fijos a gran velocidad. Los resultados de las colisiones nos informan de las caractersticas de los ncleos del material que constituye el banco.Aceleracin de electrones para esterilizaciones los alimentos y materiales usados en procesos industriales o cientficos.Generar Rayitos X mediante grandes flujos de energaFines educativos y de instruccin en temas de cargas elctricas, gracias a este generador podemos hacer experimentos de ruptura dielctrica en alta tensin sin peligro para el que lo realiza.

IV.CONCLUSIONESLos 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 y por induccin, los cuales alteran el equilibrio de cargas elctricas que se encuentran en los cuerpos.