FSICA II CARGAS ELCTRICAS

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CARGAS ELECTRICAS

1. OBJETIVOS:

Comprobar y comprender algunos de los fenmenos ms importantes relacionados con los cuerpos electrizados ya que es una propiedad fundamental de la materia llamada carga elctrica.

Experimentar la electrizacin por 3 procesos conocidos (Frotamiento, contacto e induccin) y lograr entender sus efectos.

Encontrar formas de manifestacin de la carga elctrica, ya que es difcil de ver un cuerpo cargado elctricamente a simple vista.

2. EXPERIMENTO:

I. Modelo Fsico

Los fenmenos elctricos han sido estudiados por el hombre desde la antigedad, se le atribuye a tales de mileto el descubrimiento de la electrificacin por frotamiento entre un trozo de mbar y un trozo de piel; pero no son estos los nicos materiales que pueden adquirir una carga elctrica. En un clima seco, al frotar un pedazo de plstico en el cabello se escucha un chasquido y se observan pequeas chispas, las cuales son diminutas descargas elctricas.

Benjamn franklin, mediante sus experimentos en electrosttica, demostr que cualquier material que se encuentre con carga elctrica es capaz de ejercer una atraccin sobre pequeos pedazos de papel; y estableci que al frotar dos cuerpos uno de ellos se electriza positivamente, en tanto que el otro se electriza negativamente. De estos razonamientos dedujo que existen dos tipos de cargas elctricas, las que llamo positivas y negativas.

Un tomo en condiciones normales es elctricamente neutro, ya que posee la misma cantidad de cargas positivas y negativas. Cuando se provoca un desequilibrio en las cargas de un tomo se produce un ion, si el tomo pierde una o algunas de sus cargas positivas adquiere carga negativa, si contrariamente el tomo pierde electrones quedara con un nmero mayor de cargas positivas, por lo que formara un ion positivo. Resumiendo lo anterior, un ion se forma cuando un tomo presenta desigualdad entre el nmero de cargas elctricas, esto es, cuando esta electrizado.

Cuando las condiciones son propicias, al frotar dos objetos entre si, estos adquieren una carga elctrica; es decir, se electrizan.

Figura 1

CARGA ELECTRICA:

Lacarga elctricaes unapropiedad fsicaintrnseca de algunaspartculas subatmicasque se manifiesta mediantefuerzasde atraccin y repulsin entre ellas. Lamateriacargada elctricamente es influida por loscampos electromagnticos, siendo a su vez, generadora de ellos. La denominadainteraccin electromagnticaentre carga ycampo elctricoes una de las cuatrointeracciones fundamentalesde la fsica. Desde el punto de vista delmodelo estndarla carga elctrica es una medida de la capacidad que posee una partcula para intercambiarfotones.La carga elctrica es una propiedad intrnseca de lamateriaque se presenta en dos tipos. stas llevan ahora el nombre con las queBenjamn Franklinlas denomin: cargas positivas y negativas.3Cuando cargas del mismo tipo se encuentran se repelen y cuando son diferentes se atraen. Con el advenimiento de la teora cuntica relativista, se pudo demostrar formalmente que las partculas, adems de presentar carga elctrica (sea nula o no), presentan un momento magntico intrnseco, denominadoespn, que surge como consecuencia de aplicar la teora de la relatividad especial a la mecnica cuntica. Figura 2

PROCESO DE CARGAR UN CUERPO: Existen 3 procesos, para cargar un cuerpo:

1. Por frotamiento:

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.

Figura 3

2. 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.

Figura 4

3. 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.

Figura 5

II. Diseo:

Figura 6

III. Materiales:

El electroscopio consiste en una varilla metlica vertical que tiene unaesferaen la parte superior y en el extremo opuesto dos lminas de aluminiomuy delgado. Estas laminas se separan si esta varilla se carga elctricamente.

Figura 7

Dos pndulos elctricos Es un soporte de madera con un hilo de seda aislante la cual sostiene una esfera de medula de sauco.

Figura 8Un pao de lana y seda

Figura 9Un tubo de plstico Figura 10

Una barra de vidrio y baquelita Figura 11 Una mquina de Ramsden: Figura 12

IV. Procedimiento:

Antelas observaciones cuando:

1. Con el tubo de plstico, acerca al electroscopio

Observamos que no se separan las hojas de aluminio por la humedad que se encuentra en el ambiente del laboratorio, ya que es un lugar cerca al mar adems de la influencia de la cordillera.

2. el tubo de plstico frota con el pao de lana, y luego acerca al electroscopio

Antes de experimento se debe garantizar las condiciones ms aptas para que se pueda dar un procedimiento ms aceptable, por ello usaremos una secadora para similar un ambiente ms propicio para esta situacin. Las hojas de aluminio se comienzan a separar porque tienen la misma carga elctrica:-tubo carga negativa -lana carga positiva 3. el tubo de plstico es frotado con el pao de lana, es puesto en contacto con el electroscopio, luego el mencionado tubo es retirado. (Cargado por contacto)

Pudimos apreciar que las hojas de papel se separan al estar en contacto al inicio y luego al esta se carga negativamente por el contacto.

4. Utiliza el tubo de plstico frotado con el pao de lana y carga por induccin el electroscopio.

Las hojas de papel quedaron separadas pero esta vez cargado positivamente por ese mismo tubo.

5. Repita los pasos de 1 al 4 utilizando la barra de vidrio y despus la barra de baquelita.

La barra de baquelita tubo el mismo resultado en la experimentacin pasada cargada negativamente mientras que el vidrio est cargado positivamente no se pudo apreciar si estaba cargado, ya que el electroscopio no lo perciba.

6. El tubo de plstico es frotado con lana y por contacto carga los dos pndulos seguidamente acerque los pndulos

En el pndulo pudimos notar que los pndulos se repelen entre si ya que se van a cargar por en mismo instrumento y por el mismo mtodo, quedando los dos pendulos cargados negativamente. 7. Repita 6 utilizando la barra de vidrio y despus la barra de baquelita

Los pndulos se deben repeler por lo explicado anteriormente; en este caso la baquelita si respondi correctamente, pero no lo hizo de manera notoria el vidrio, ya sea por las condiciones ambientales u otros.

8. El tubo de plstico es frotado con lana y carga un pndulo por contacto luego carga el otro pndulo por induccin seguidamente acerque los pndulos.

Los pndulos tienden a juntarse, ya que una (por contacto) queda cargado negativamente mientras el otro pndulo (por induccin) queda positivamente cargado y ambas tienden acercarse.

9. Repita 8 utilizando la barra de vidrio, despus la barra de baquelita.

En ambas situaciones se juntan pero como se est viendo el vidrio tiene algunas dificultades al momento de la experimentacin.

10. Repita 8 utilizando seda.

Tambin se quedan electrizados y tienden a juntarse los pndulos.

11. Experimenta con la mquina de Ramsden.

Para que se utilice de manera correcta este instrumento se debe tener condiciones aceptables por lo que estar continuamente la secadora funcionando para garantizar un ambiente seca.La mquina de Ramsden est conformado por un rodillo cubierto de aluminio y un pedazo de tecnopor que se rozan para generar una carga elctrica y que lo comprobamos acercando nuestro dedo a una pequea distancia no menor de 5mm soltando unas chispas elctricas.

V. Cuestionario:

1. Grafique y explique analticamente lo observado en los pasos seguidos en procedimiento

Con el tubo de plstico:Teniendo en cuanta las condiciones de baja humedad para buenos resultado .

-acercarse al electroscopio:

no pasa nada porque no est cargado elctricamente.-El tubo de plstico frota con el pao de lana y luego acerca al electroscopio:En este caso si est cargado negativamente y se separan el papel de aluminio porque estn cargados con al mismo signo.- EL tubo de plstico es frotado con el pao de lana, puesto en contacto con el electroscopio luego mencionado tubo es retirado.Por el cantacto se queda cargando negativamente tambin y los papales de aluminio tambin se separa; y si se tocan con el dedo queda en su estado normal de carga neutra.Figura 13

-Utiliza el tubo de plstico frotado con el pao de lana y carga por induccin el electroscopio.Repita los pasos de 1 al 4 utilizando la barra de vidrio y despus la barra de baquelita. Figura 14

Mencionado anteriormente la baquelita tiene los mismos resultado que el tubo de pvc mientras que el vidrio no tiene una notoria carga en la experimentacin pro sabemos por teora que tiene carga positiva.- los instrumentos (tubo de pvc, baquelita, vidrio) son frotado con lana, o seda, y por contacto carga los dos pndulos seguidamente acerque los pndulos.Los dos pndulos se van a quedar cargados elctricamente con lo que se separan los pndulos por tener la misma carga. - los instrumentos (tubo de pvc, baquelita, vidrio) son frotado con lana, o seda, y por induccin carga los dos pndulos seguidamente acerque los pndulos.Los dos pndulos tienden a acercarse porque cada uno tiene carga distinta, ya que el mtodo usado para cargarlos son distintos.-Experimenta con la mquina de Ramsden.

esta es la mquina de Ramsden la cual consiste en que en rodillo, por medio de frotacin, que da cargado y se puede demostrar colocando su dedo muy cerca de el y se podr ver una chispa elctrica.

2-Si dos esferitas conductoras y sin carga que penden de dos hilos de seda, se les acerca en su plano una barra cargada elctricamente, con la cual no entran en contacto, Qu es lo que observara? Grafique y explique detalladamente.

en este caso los pndulos tienen una tendencia a acercarse, porque el pndulo est estable y la fuerza elctrica que tiene el tubo cargado es mucho mayor y arrastra su carga para que se quede neutro.

3- Por qu el cuerpo humano es buen conductor de electricidad? Explique.

El cuerpo humano es un buen conductor de electricidad, ya que en su conformacin hay ms de 70% de agua adems de minerales y las pulsaciones elctricas de nuestras neuronas.

4-Cmo se manifiesta la presencia de cargas elctricas? Explique detalladamente.

Las cargas elctricas no se notan a simple vista por ejemplo al cargarse uno mismo frotndose globos.Para poder percibir las cargas son necesario instrumentos mas sofisticados camo los electroscopio o los pndulos Hay formas de presenciar manifestaciones y son por ejemplo los rayos o los imanes.

5-Estas experiencias indican por si solas. Qu tipo de partculas se mueven? Por qu?

Las partculas subatmicas buscan la estabilidad en muchas de estas experiencias y nos damos cuenta que hay una fuerza que hace que los cuerpos electrizados quieran su estabilidad por ello buscan una forma de atraer las cargas que necesitan para su estabilidad.

6-Cmo identifica la carga elctrica que tiene el tubo de plstico al frotarse con lana?

Para identificar la carga del tubo una forma es conectar la tierra y analizar su carga: Si se descarga se encontrar con la carga negativa Si no, es positiva

7. Qu diferencias existen entre las fuerzas elctricas y las fuerzas gravitatorias? Explique las semejanzas y diferencias.

Semejanza: A sus fuerzas son proporcionales a sus masas e inversamente a la distancia entre ellas. Sus fuerzas reaccionan a distancia porque no es necesario que se encuentre en contacto. Se da en un campo: gravitatorio o elctrico. Diferencias: La gravedad es una fuerza de traccin mientras que la fuerza elctrica puede ser de accin o repulsin. La velocidad que ocasiona la fuerza gravitatoria pueda llegar hacer infinita mientras que la elctrica no. La fuerza de atraccin gravitatoria entre cargas elctricas es despreciable por su baja masa.

8. Por qu un peine cargado atrae trocitos de papel?

Parte de esta pregunta ya fue respondida en el nmero 5; hay una fuerza parte del peine que se encuentra cargado negativamente y los trozos de papel tienen carga neutra y tienden a perder su estabilidad elctrica para que el peine tenga carga neutra.

9.Por qu en el Laboratorio de Fsica de la FIEE los experimentos electrostticos no se manifiestan fcilmente visibles? Que hace para obtener mejores resultados? Explique

La experiencia en el laboratorio de la FIEE y en toda la costa peruana tendrn siempre una desventaja que es la humedad y afectar a los fenmenos elctricos en su totalidad para lograr una mejor forma experimentacin de debe garantizar un ambiente seco y en nuestro caso usaremos una secadora para simular un ambiente propicio.

CONCLUSIONES

Primero tener un laboratorio con un ambiente propicio para la experimentacin Los cuerpos siempre buscan estar en estabilidad elctrica para lo cual habr una fuerza que le permitir arrastrar electrones o protones.

BIBLIOGRAFIA SERWAY-J Fsica para Ciencias e Ingeniera Vol. Editorial Thomson. SEARS, ZEMANSKY, YOUNG, FREEDMAN: fsica Universitaria, Vol. I y II, Pearson, 1999. Anotaciones en clase Gua de Laboratorio Fsica II 5