ELECTRICIDAD Y ELECTROMAGNETISMO

PROYECTO: “CAMPANAS DE FRANKLIN”

PRESENTADO POR:

JEISON CAMILO GONZALEZ MARIN

JOSE JIMENEZ AGUIRRE

CARLOS RAMIREZ

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA

INGENIERIA CIVIL

IBAGUE – TOLIMA

14 DE MAYO DE 2013

INTRODUCCION

Hay distintas formas de cargar eléctricamente un material, por contacto, por frotamiento, por inducción, etc.

En este experimento veremos dos maneras, por contacto, y por inducción, cuando un material conductor, como un metal, no está cargado eléctricamente y está en presencia de una fuente de electrones, este adquiere una carga eléctrica, es el caso de la placa de aluminio, que trabaja como un capacitor que se carga al estar en contacto con la pantalla de la televisión, que en su interior tiene un generador de electrones, carga por contacto.

El dispositivo que trataremos de llevar a la realidad se denomina "Las campanas de Franklin", en honor al científico norteamericano, que, como ya sabemos, estudió la electricidad producida por los rayos. Usaba el aparato para detectar los rayos en las tormentas. El conectaba uno de los cables a su pararrayos y el otro a una bomba de agua de hierro, que hacía de tierra.

OBJETIVOS

Demostrar las cargas eléctricas con ayuda de la electricidad estática Comprobar el principio de conservación de la carga, energía electrostática y

fuerza electrostática.

JUSTIFICACION

Este proyecto demuestra los fenómenos asociados al funcionamiento de un motor electrostático y sus elementos de una forma sencilla, utilizando materiales de la vida cotidiana, teniendo como base conceptos relacionados a electromagnetismo, campos eléctricos, fuerzas eléctricas, etc. Esto con el fin de recrear en la realidad la acción que produce un cuerpo sobre otro, haciendo uso de la ley de coulomb.

MARCO TEORICO

ELECTRICIDAD ESTATICA

La electricidad estática es un fenómeno que se debe a una acumulación de cargas eléctricas en un objeto. Esta acumulación puede dar lugar a una descarga eléctrica cuando dicho objeto se pone en contacto con otro.

Antes del año 1832, que fue cuando Michael Faraday publicó los resultados de sus experimentos sobre la identidad de la electricidad, los físicos pensaban que la "electricidad estática" era algo diferente de las otras cargas eléctricas. Michael Faraday demostró que la electricidad inducida desde un imán, la electricidad producida por una batería, y la electricidad estática son todas iguales.

La electricidad estática se produce cuando ciertos materiales se frotan uno contra el otro, como lana contra plástico o las suelas de zapatos contra la alfombra, donde el proceso de frotamiento causa que se retiren los electrones de la superficie de un material y se reubiquen en la superficie del otro material que ofrece niveles energéticos más favorables, o cuando partículas ionizadas se depositan en un material, como por ejemplo, ocurre en los satélites al recibir el flujo del viento solar y de los cinturones de radiación de Van Allen. La capacidad de electrificación de los cuerpos por rozamiento se denomina efecto triboeléctrico, existiendo una clasificación de los distintos materiales denominada secuencia triboeléctrica.

Al frotar dos objetos no conductores se genera una gran cantidad de electricidad estática. Este efecto no se debe a la fricción pues dos superficies no conductoras pueden cargarse por efecto de posarse una sobre la otra. Se debe a que al frotar dos objetos aumenta el contacto entre las dos superficies. Habitualmente los aislantes son buenos para generar y para conservar cargas superficiales. Algunos ejemplos de estas sustancias son el caucho, el plástico o el vidrio.

LEY DE COULOMB

La ley de Coulomb establece cómo es la fuerza entre dos cargas eléctricas puntuales, constituye el punto de partida de la Electrostática como ciencia cuantitativa.

Entendemos por carga puntual una carga eléctrica localizada en un punto geométrico del espacio. Evidentemente, una carga puntual no existe, es una idealización, pero constituye una buena aproximación cuando estamos estudiando la interacción entre cuerpos cargados eléctricamente cuyas dimensiones son muy pequeñas en comparación con la distancia que existen entre ellos.

La Ley de Coulomb dice que "la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario".

CAMPO ELECTRICO

Las cargas eléctricas originan influencias en el espacio físico que las rodea. Ese espacio que rodea una carga eléctrica es sede de un campo de fuerzas. El campo de fuerzas que sufre perturbaciones se denomina campo eléctrico o electrostático. Para medir el grado de perturbación que la carga ejerce en su entorno se emplea una magnitud física que se llama intensidad del campo eléctrico, que es la fuerza que la carga ejerce sobre la unidad de carga eléctrica positiva colocada en el punto que se considere. Se define la intensidad de un campo eléctrico como el cociente que resulta dividir la fuerza entre la carga de prueba.

Noción del campo eléctricoEl campo eléctrico tiene tanto magnitud como dirección. Su magnitud (Intensidad) puede medirse a partir del efecto que produce sobre las cargas que se encuentran en su dominio. Imagina una pequeña “carga de prueba “, positiva, en un campo eléctrico. Al representar una pequeña esfera A con carga positiva + qo que se llama carga de prueba (una carga muy pequeña en la que se desprecia su propio campo eléctrico), suspendida de un hilo aislante (péndulo eléctrico) completamente alejada de cualquier otra carga eléctrica. Motor Electrostático

En la práctica los motores eléctricos basan su funcionamiento en fuerzas de origen magnético que son generadas al combinar imanes permanentes y bobinados por los que pasa corriente eléctrica. Si en lugar de fuerzas magnéticas se utilizan fuerzas eléctricas (producidas por regiones cargadas eléctricamente) como principio físico de funcionamiento se obtiene un motor electrostático.

CAPACIDAD ELECTRICA

En electromagnetismo y electrónica, la capacitancia o capacidad eléctrica es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica. La capacitancia también es una medida de la cantidad de energía eléctrica

almacenada para un potencial eléctrico dado. El dispositivo más común que almacena energía de esta forma es el condensador.

CAPACITOR

Se llama capacitor a un dispositivo que almacena carga eléctrica. El capacitor está formado por dos conductores próximos uno a otro, separados por un aislante, de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor, pero con signos contrarios.

En su forma más sencilla, un capacitor está formado por dos placas metálicas o armaduras paralelas, de la misma superficie y encaradas, separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa. Por su parte, teniendo una de las placas cargada negativamente (Q-) y la otra positivamente (Q+) sus cargas son iguales y la carga neta del sistema es 0, sin embargo, se dice que el capacitor se encuentra cargado con una carga Q.

Los capacitores pueden conducir corriente continua durante sólo un instante (por lo cual podemos decir que los capacitores, para las señales continuas, es como un cortocircuito), aunque funcionan bien como conductores en circuitos de corriente alterna. Es por esta propiedad lo convierte en dispositivos muy útiles cuando se debe impedir que la corriente continua entre a determinada parte de un circuito eléctrico, pero si queremos que pase la alterna.

MOTOR ELECTROSTÁTICO

En la práctica los motores eléctricos basan su funcionamiento en fuerzas de origen magnético que son generadas al combinar imanes permanentes y bobinados por los que pasa corriente eléctrica. Si en lugar de fuerzas magnéticas se utilizan fuerzas eléctricas (producidas por regiones cargadas eléctricamente) como principio físico de funcionamiento se obtiene un motor electrostático.

MATERIALES

Dos latas de Refresco Un lápiz de madera Hilo de coser Trozo de papel aluminio de 30 x 20cm (no es tan importante el tamaño) 50 cm de conductor eléctrico Cinta adhesiva Un monitor o TV

PROCEDIMIENTO

Primero se debe pegar con cinta adhesiva el trozo de papel aluminio en la pantalla de la TV. Luego se toma un trozo de cable de aproximadamente 25 cm y pegamos con cinta uno de sus extremos sobre el papel aluminio. Asegurando que haga buen contacto. Al otro extremo de ese conductor se debe pegar en alguna parte de la lata de refresco en donde no esté pintada, es decir, sobre el aluminio para que haga buen contacto también.

Toma el otro trozo de cable y pegas uno de sus extremos en la otra lata. Ahora coloca ambas latas sobre el TV. Ellas serán las campanas de Franklin que sonarán. Entre ellas debe quedar una separación de aproximadamente 5 cm.

Es hora de hacer el péndulo que será el que golpeará las campanas. Para eso, saca una de las “chapas” que tienen las latas para abrirlas. Átale un trozo de hilo, y suspéndela del lápiz como se muestra en la imagen.

Toma el extremo libre del cable que te ha quedado sin unir a nada, y por otro lado prende y paga un par de veces la TV. Verás como el péndulo empieza a oscilar y golpear las campanas

¿CÓMO FUNCIONA?

Cuando ya se tiene todo preparado, se encenderá la televisión y se creará un capacitor, en donde una de las placas es la pantalla de la televisión y la otra el papel aluminio. Este capacitor tiene un tipo de carga, la cual se transmite a la lata por medio del cable a la que está conectada.

Al cargarse esta lata, se crea un campo eléctrico que polariza al anillo y lo atrae; pero cuando éste toca a la lata se carga con su mismo tipo de energía, y, ya que dos tipos de energías iguales se repelen, el anillo sale disparado y choca con la otra lata. Al tocarla se descarga y pasa toda su energía a tierra. Tierra

Este es un ciclo que se repite infinitamente, pues el anillo vuelve a ser atraído por la lata conectada a la TV y se vuelve a descargar. En el experimento se utiliza un popote porque descubrimos que es el mejor conductor de aire al estar vacío por dentro. Es mejor que un metal o que el plástico duro.

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFIA