UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL

ESCUELA DE INGENIERÍA EN PETRÓLEOS

FÍSICA II

FENÓMENOS ELECTROSTÁTICOS

FORMAS DE ELECTROLIZAR UN CUERPO

INTEGRANTES:

CHANCUSIG MAYRACISNEROS SOFIA

GERMAN DAYANARAOÑA JENNY

ROMO DAMIÁN

QUITO, 2012-06-05ÍNDICE

1. OBJETIVOS2. INTRODUCCIÓN3. FUNDAMENTO TEÓRICO

3.1ELECTROSTÁTICA3.1.1 LEY DE COULOMB.3.1.2 CAMPO ELÉCTRICO.3.1.3 INTENSIDAD DE CAMPO ELÉCTRICO PRODUCIDO POR UNA

CARGA.3.1.4 POTENCIAL ELÉCTRICO. 3.1.5 UN CONDENSADOR.

3.2FENÓMENOS ELECTROSTÁTICOS.3.2.1 ELECTRIZACIÓN.3.2.2 CARGA ELÉCTRICA.3.2.3 PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN Y CUANTIZACIÓN DE LA

CARGA.

3.3FORMAS DE ELECTROLIZAR UN CUERPO.

3.3.1 FROTAMIENTO.

3.3.2 POR CONTACTO.

3.3.3 POR INDUCCIÓN.

4. CONCLUSIONES5. ANEXOS.

5.1 PRÁCTICA DE LABORATORIO5.2 IMÁGENES.

1. OBJETIVO:

Conocer y analizar los Fenómenos Electrostáticos y las formas de electrolizar un cuerpo.Utilizar el generador de Van der Graff para ver algunos de los fenómenos electrostáticos.

2. INTRODUCCIÓN

Históricamente, la electrostática fue la rama del electromagnetismo que primero se desarrolló. Con la postulación de la Ley de Coulomb fue descrita y utilizada en experimentos de laboratorios a partir del siglo XVII, y ya en la segunda mitad del siglo XIX las leyes de Maxwell concluyeron definitivamente su estudio y explicación permitiendo demostrar cómo las leyes de la electrostática y las leyes que gobernaban los fenómenos magnéticos pueden ser estudiados en el mismo marco teórico denominado electromagnetismo.

3. FUNDAMENTO TEÓRICO

3.1 ELECTROSTÁTICA

La electrostática es la rama de la física que estudia los fenómenos eléctricos producidos por distribuciones de cargas estáticas, esto es, el campo electrostático de un cuerpo cargado.La existencia del fenómeno electrostático es bien conocido desde la antigüedad, existen numerosos ejemplos ilustrativos que hoy forma parte de la enseñanza moderna; como el de comprobar como ciertos materiales se cargan de electricidad por simple frotadura y atraen, por ejemplo, pequeños trozos de papel o pelo a un globo que previamente se ha frotado con un paño seco.

3.1.1 LEY DE COULOMB

La fuerza ejercida F entre dos cargas eléctricas q1 q2 es directamente proporcional al producto de ambas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia d que las separa en donde K es el coeficiente de proporcionalidad que depende las unidades en que se midan las magnitudes correspondientes: carga, distancia y fuerza.

En el sistema MKS en que F se mide en newton (N), q1 y q2 en culombios (C) y d

en metros (m) el valor de la constante en el vacío es K = 9x109 N .m2

C2

En los sistemas racionalizados de unidades se escribe K= 1

4 π ε o,

F=kq1q2d2

F=1

4 π ε o q1q2d2

en donde ε o=14 πk

=8,85 x 10−12 C2

N .m2

Si el medio en que se encuentran las cargas no es el vacío, las fuerzas debidas a las cargas que se inducen en el medio reducen el valor de la fuerza entre las

cargas libres. La fuerza resultante, en estas condiciones, viene dada por F=1

4 π ε o

q1q2d2

.

En el caso en el que el medio sea el aire ε se expresa en la forma ε ¿K ε o

En donde K es una constante adimensional que se denomina constante dieléctrica relativa o capacidad inductiva especifica del medio; ε ¿K ε o es la permitividad del citado medio o constante dieléctrica absoluta y ε o la permitividad del vacío o espacio libre. En el vacío, pues, K=1 y ε ¿ ε o. La unidad de carga eléctrica, el culombio de símbolo C, se define, como la carga eléctrica que situada frente a otra igual, a 1m de distancia y en el vacío se repelen con una fuerza de 9x109 N. Los submúltiplos más utilizados del culombio son:

1µC = 1 microculombio = 10−6 C

1pC = 1 picoculombio =10−12 C

La carga eléctrica transportada por un electrón (-e) o por un protón (+e) vale

e = 1, 60210−19 C

Masa del electrón = 9,11 10−31 kg

Masa del protón = 1836 x masa del electrón = 1,67 10−27 kg

3.1.2 CAMPO ELÉCTRICO

En cualquier punto del espacio en donde exista una carga eléctrica se origina un campo eléctrico que se manifiesta, experimentalmente por la fuerza de origen

eléctrico a que se halla sometida cualquier otra carga que se sitúe en cualquier otro punto de su alrededor.

3.1.3 INTENSIDAD DE CAMPO ELÉCTRICO PRODUCIDO POR UNA CARGA

La intensidad se define como la fuerza ejercida sobre la unidad de carga eléctrica positiva colocada en el citado punto.

La unidad de intensidad del campo eléctrico es el:

newton/ culombio= (N/C)

La intensidad del campo eléctrico es una magnitud vectorial

E(N/C)= F(N)/q(C)

De aquí se deduce que la fuerza F, en newton, que actúa sobre una carga q, en columbios, situada en un punto de un campo eléctrico en el que la intensidad es E, en newton/columbio, viene dada por:

F(N)= E(N/C) X q(C)

Sea la carga q2 situada en un punto P a una distancia de otra carga puntual q1.

Según la ley de coulomb, la fuerza sobre q2 es

Con lo que la intensidad del campo eléctrico, en el punto P viene dada por :

E=Fq2

=kq1

d2

La intensidad del campo en un punto, creado por varias cargas, es la resultante o suma vectorial de las intensidades correspondientes a cada una de las cargas consideradas aisladamente.

3.1.4 POTENCIAL ELÉCTRICO

Sea la carga q2 situada en un punto P a una distancia de otra carga puntual q1.

Según la ley de coulomb, la fuerza sobre q2 es

Con lo que la intensidad del campo eléctrico, en el punto P viene dada por :

E=Fq2

=kq1

d2

La intensidad del campo en un punto, creado por varias cargas, es la resultante o suma vectorial de las intensidades correspondientes a cada una de las cargas consideradas aisladamente.

3.1.5 UN CONDENSADOR

Está constituido por dos conductores separados por un aislante o dieléctrico igualmente cargados de electricidad de signo contrario.

C=qV

3.2 FENÓMENOS ELECTROSTÁTICOS.

3.2.1 ELECTRIZACIÓN

Son una serie de fenómenos que se dan en nuestro entorno como resultado de la interacción de las cargas localizadas en la materia. Los cuerpos se pueden electrizarse por contacto con otros cuerpos cargados y la carga eléctrica se puede transportar. La electrización en un cuerpo se consigue extrayendo del mismo las cargas de un signo y dejando en él las de signo contrario. Se puede crear electricidad estática frotando un globo en tu ropa. Los electrones se desplazan de la ropa al globo, con lo que el globo se carga negativamente y la ropa positivamente. La electricidad estática resultante atraerá pequeños objetos ligeros, como trozos de papel.

3.2.2 CARGA ELÉCTRICA

Es una de las propiedades básicas de la materia. Realmente, la carga eléctrica de un cuerpo u objeto es la suma de las cargas de cada uno de sus constituyentes mínimos (moléculas, átomos y partículas elementales). Por ello se dice que la carga eléctrica está cuantizada.Existen dos tipos de carga eléctrica, que se han denominado cargas positivas y negativas. Las cargas eléctricas de la misma clase o signo se repelen mutuamente y las de signo distinto se atraen.En el Sistema Internacional, la carga eléctrica se mide en culombios, cuyo símbolo es C y fue denominado así en honor del físico francés Charles-Augustin Coulomb.. Esta unidad es un múltiplo de la carga del electrón. El electrón es la unidad natural de la carga, como su carga es muy pequeña se utilizan unidades mayores.

1C = carga de 6,24 · 1018 electrones

De aquí que la carga de un electrón (e-) sea, en valor absoluto:

1e−¿= 1

6,24.1018 (Ce )=−1,6 .10−19C ¿

3.2.3 PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN Y CUANTIZACIÓN DE LA CARGA

Todo objeto cuyo número de electrones sea distinto al de protones tiene carga eléctrica. Si tiene más electrones que protones la carga es negativa. Si tiene menos electrones que protones, la carga es positiva.

Los físicos saben que no se puede crear una carga, ni positiva ni negativa, partiendo de la nada. Este hecho se expresa en la ley de la conservación de la carga eléctrica.

Cuando un cuerpo es electrizado por otro, la cantidad de electricidad que recibe uno de los cuerpos es igual a la que cede el otro. La carga se conserva. En todo proceso, ya sea en gran escala o en el nivel atómico y nuclear, se aplica el concepto de conservación de la carga. 

Todo objeto con carga eléctrica tiene un exceso o una deficiencia de cierto número de electrones. Los electrones no se crean ni se destruyen sino que simplemente se transfieren de un material a otro

La carga eléctrica total en un sistema aislado (la suma algebraica de la carga positiva y negativa presente en un instante ) no varía nunca .

3.3 FORMAS DE ELECTRIZA UN CUERPO.

Los cuerpos se electrizan al perder o ganar electrones. Si un cuerpo posee

carga positiva, esto no significa exceso de protones, pues no tiene

facilidad de movimiento como los electrones. Por lo tanto, debemos

entender que la carga de un cuerpo es positiva si pierde electrones y

negativa cuando los gana. Los cuerpos se electrizan por: frotamiento,

contacto e inducción

3.3.1 FROTAMIENTO

Es un proceso en el cual los cuerpos entran inicialmente descargados,

quedando luego del frotamiento el uno con carga positiva y el otro con

carga negativa, pero con la misma cantidad de carga.

Ejemplos:

Los cuerpos electrizados por frotamiento producen pequeñas chispas

eléctricas, como sucede cuando después de caminar por una alfombra se

toca un objeto metálico o a otra persona, o bien al quitarse el suéter o un

traje de lana. Otro ejemplo de electrización por frotamiento es cuando el

cabello se peina con vigor pierde algunos electrones, adquiriendo entonces

carga positiva; mientras tanto el peine gana dichos electrones y su carga

final es negativa.

Si el cuarto es oscuro las chispas se verán además de oírse. Estos

fenómenos se presentan en climas secos o cuando el aire está seco, ya

que las cargas electrostáticas se escapan si el aire está húmedo.

Estas experiencias nos demuestran que cuando se frotan un cuerpo con

otro, la carga no se crea ni se destruye en el proceso, solo pasa de un

lugar a otro. Esto nos lleva a la conclusión del principio de conservación de

la carga eléctrica, que dice: “la carga eléctrica se puede transportar, pero

no se puede crear ni destruir. La cantidad de carga en el universo es

constante. ”

3.3.2 POR CONTACTO

Este fenómeno de electrización se origina cuando un cuerpo saturado de

electrones cede algunos a otro cuerpo con el cual tiene contacto. Pero si un

cuerpo carente de electrones o con carga positiva, se une con otro, atraerá

parte de los electrones de dicho cuerpo.

Ejemplos:

Un electroscopio, un péndulo eléctrico, etc. puede ser cargado con sólo tocarlo con otro cuerpo previamente electrizado (por ej. una varilla de vidrio o de ebonita electrizada).

En la figura se representa un electroscopio descargado (en estado neutro). Al acercarle una varilla cargada positivamente tal como se indica en b), los electrones del electroscopio son atraídos hacia su esferita por la carga positiva de la varilla con lo cual se produce en las laminillas, un déficit de electrones, es decir se cargan positivamente, produciéndose de esta manera la separación de las laminillas. Si ahora se toca la esferilla con la varilla los electrones atraídos hacia la esferilla pasarán a la varilla donde neutralizarán algunas cargas positivas de ellas tal como se indica en c). Finalmente al retirar la varilla el electroscopio quedará cargado positivamente por haber perdido electrones; en cambio la varilla quedar con menos carga positiva que al principio (a).

Cuando una persona está en contacto con el generador de van der graff.

3.3.3 POR INDUCCIÓN

Esta forma de electrización se presenta cuando un cuerpo se carga

eléctricamente al acercarse a otro ya electrizado.

Durante las tormentas eléctricas se llevan a cabo procesos de carga por

inducción. La parte inferior de las nubes, de carga negativa, induce una

carga positiva en la superficie terrestre.

Ejemplos:

Una barra de plástico cargada al acercarse a un trozo de papel en estado

neutro o descargado. A medida que la barra se aproxima, rechaza los

electrones del papel hasta el lado más alejado del átomo. Así pues, la capa

superficial del papel más próxima a la barra cargada, tiene el lado positivo

de los átomos, mientras la superficie más alejada tiene el lado negativo.

4. CONCLUSIONES

El generador de Van der Graff produce cargas electrostáticas, las cuales son producidas por la banda al rozar solamente los rotores, las puntas ionizan el aire y los alfileres de la parte superior se encargan de vaciar todas las cargas al interior de la esfera.La electrostática estudia los fenómenos eléctricos producidos por distribuciones de cargas estáticas, esto es, el campo electrostático de un cuerpo cargado.

5. ANEXOS.

5.1PRÁCTICA DE LABORATORIO

TEMA: GENERADOR DE VAN DER GRAFF

OBEJTIVOS:

- Realizar un generador de Van der Graff.

-Utilizar el generador de Van der Graff para ver algunos de los fenómenos electrostáticos.

MATERIALES:

-Par de ollas caseras de aluminio

-Pieza de plástico de plomería 1.20 m

-Poleas

-Rotor de aluminio u otro buen conductor

-Banda para hacer ejercicio de látex

-Motor de 12 v

-Tabla triplex 60x60 cm

-Material de montaje

PROCEDIMIENTO:

1. Fijar las poleas y el motor en la tabla con forme lo indica el esquema.2. Pegar la banda de látex de forma oblicua y perpendicular a la tabla sobre

las dos poleas verificando su correcto rodamiento.3. Unir con otra banda la polea inferior al motor.4. Se pega un conjunto de puntas con varios cables pelados en la polea

superior con el fin de q luego se unan con la superficie interna de la esfera de aluminio.

5. Colocar el tubo de PVC para cubrir las poleas y la banda de látex.6. Luego unir la esfera de aluminio con el tubo de PVC procurando dejar el

mínimo de fisuras entre estos.7. Conectar el motor a una fuente de energía.8. Observar los fenómenos electrostáticos.

FUNCIONAMIENTO:

Este pequeño aparato produce cargas electrostáticas, las cuales son producidas por la banda al rozar solamente los rotores, las puntas ionizan el aire y los alfileres de la parte superior se encargan de vaciar todas las cargas al interior de la esfera, lo que ocasiona en forma mecánica que la esfera rechace en su superficie los electrones en forma violenta, produciendo chispas.

5.2IMÁGENES:

Generador de Van der Graff

Ley de coulomb

Campo eléctrico

Formas de electrización de un cuerpo