FUNDAMENTO TERICO

El galeno ingls William Gilbert (1540-1603) observ que algunos materiales se comportan como el mbar al frotarlos y que la atraccin que ejercen se manifiesta sobre cualquier cuerpo, aun cuando no fuera ligero. Como el nombre griego correspondiente al mbar es electrn, Gilbert comenz a utilizar el trmino elctrico para referirse a todo material que se comportaba como aqul, lo que origin los trminos electricidad y carga elctrica. Adems, en los estudios de Gilbert se puede encontrar la diferenciacin de los fenmenos elctricos y magnticos.El descubrimiento de la atraccin y repulsin de elementos al conectarlos con materiales elctricos se atribuye a Stephen Gray. El primero en proponer la existencia de dos tipos de carga es Charles du Fay, aunque fue Benjamn Franklin quin al estudiar estos fenmenos descubri como la electricidad de los cuerpos, despus de ser frotados, se distribua en ciertos lugares donde haba ms atraccin; por eso los denomin (+) y (-).Sin embargo, fue solo hacia mediados del siglo XIX cuando estas observaciones fueron planteadas formalmente, gracias a los experimentos sobre la electrlisis que realiz Michael Faraday, hacia 1833, y que le permitieron descubrir la relacin entre la electricidad y la materia; acompaado de la completa descripcin de los fenmenos electromagnticos por James Clerk Maxwell.Posteriormente, los trabajos de Joseph John Thomson al descubrir el electrn y de Robert Millikan al medir su carga, fueron de gran ayuda para conocer la naturaleza discreta de la carga.

Generador electrosttico: mquina de wimshurstLa mquina de Wimshurst es un generador electrosttico de alto voltaje desarrollado entre 1880 y 1883 por el inventor britnicoJames Wimshurst (1832 - 1903). Tiene un aspecto distintivo con dos grandes discos a contra-rotacin (giran en sentidos opuestos) montados en un plano vertical, dos barras cruzadas con cepillos metlicos, y dos esferas de metal separadas por una distancia donde saltan las chispas. Se basa en el efecto triboelctrico, en el que se acumulan cargas cuando dos materiales distintos se frotan entre s.Cuando La mquina est lista para comenzar, lo que significa que la energa elctrica externa no es necesaria para crear una carga inicial. Sin embargo, se requiere energa mecnica para tornar los discos en contra el campo elctrico, y es esta energa que la mquina convierte en energa elctrica. La salida de la mquina de Wimshurst es esencialmente una corriente constante ya que es proporcional al rea cubierta por el metal y los sectores a la velocidad de rotacin. El aislamiento y el tamao de la mquina determinan la salida de voltaje mxima que se puede alcanzar. La chispa de energa acumulada se puede aumentar mediante la adicin de un par de frascos Leyden, un tipo de condensador adecuado para la alta tensin, con los frascos en el interior de las placas conectados en forma independiente a cada una de las terminales de salida y conectados con las placas exteriores entre s. Una mquina Wimshurst puede producir rayos que son aproximadamente un tercio del dimetro del disco de longitud y varias decenas de micro amperes.

Generador electrosttico: mquina de van de graffEl generador de Van de Graaff es un generador de corriente constante, mientas que la batera es un generador de voltaje constante, lo que cambia es la intensidad dependiendo que los aparatos que se conectan.El generador de Van de Graaff es muy simple, consta de un motor, dos poleas, una correa o cinta, dos peines o terminales hechos de finos hilos de cobre y una esfera hueca donde se acumula la carga transportada por la cinta.

En la figura, se muestra un esquema del generador de Van de Graaff. Un conductor metlico hueco A de forma aproximadamente esfrica, est sostenido por soportes aislantes de plstico, atornillados en un pi metlico C conectado a tierra. Una correa o cinta de goma (no conductora) D se mueve entre dos poleas E y F. La polea F se acciona mediante un motor elctrico.Dos peines G y H estn hechos de hilos conductores muy finos, estn situados a la altura del eje de las poleas. Las puntas de los peines estn muy prximas pero no tocan a la cinta.La rama izquierda de la cinta transportadora se mueve hacia arriba, transporta un flujo continuo de carga positiva hacia el conductor hueco A. Al llegar a G y debido a la propiedad de las puntas se crea un campo lo suficientemente intenso para ionizar el aire situado entre la punta G y la cinta.

El aire ionizado proporciona el medio para que la carga pase de la cinta a la punta G y a continuacin, al conductor hueco A, debido a la propiedad de las cargas que se introducen en el interior de un conductor hueco (cubeta de Faraday).

Funcionamiento del generador de Van de GraaffHemos estudiado cualitativamente como se produce la electricidad esttica, cuando se ponen en contacto dos materiales no conductores. Ahora explicaremos como adquiere la cinta la carga que transporta hasta el terminal esfrico.En primer lugar, se electrifica la superficie de la polea inferior F debido a que la superficie del polea y la cinta estn hechos de materiales diferentes. La cinta y la superficie del rodillo adquieren cargas iguales y de signo contrario. Sin embargo, la densidad de carga es mucho mayor en la superficie de la polea que en la cinta, ya que las cargas se extienden por una superficie mucho mayorSupongamos que hemos elegido los materiales de la cinta y de la superficie del rodillo de modo que la cinta adquiera un carga negativa y la superficie de la polea una carga positiva, tal como se ve en la figura.

Si una aguja metlica se coloca cerca de la superficie de la cinta, a la altura de su eje. Se produce un intenso campo elctrico entre la punta de la aguja y la superficie de la polea. Las molculas de aire en el espacio entre ambos elementos se ionizan, creando un puente conductor por el que circulan las cargas desde la punta metlica hacia la cinta.Las cargas negativas son atradas hacia la superficie de la polea, pero en medio del camino se encuentra la cinta, y se depositan en su superficie, cancelando parcialmente la carga positiva de la polea. Pero la cinta se mueve hacia arriba, y el proceso comienza de nuevo.

La polea superior E acta en sentido contrario a la inferior F. No puede estar cargada positivamente. Tendr que tener una carga negativa o ser neutra (una polea cuya superficie es metlica).Existe la posibilidad de cambiar la polaridad de las cargas que transporta la cinta cambiando los materiales de la polea inferior y de la cinta. Si la cinta est hecha de goma, y la polea inferior est hecha de nylon cubierto con una capa de plstico, en la polea se crea una carga negativa y en la goma positiva. La cinta transporta hacia arriba la carga positiva. Esta carga como ya se ha explicado, pasa a la superficie del conductor hueco. Si se usa un material neutro en la polea superior E la cinta no transporta cargas hacia abajo. Si se usa nylon en la polea superior, la cinta transporta carga negativa hacia abajo, esta carga viene del conductor hueco. De este modo, la cinta carga positivamente el conductor hueco tanto en su movimiento ascendente como descendente.

MATERIALES

-Juego de equipos de electrosttica u8491500 ( tablero de destello, cubierta de electrodos esfricos, rueda con punta, barra de friccin de plstico con clavijero de 4mm soporte de depsito, rodamiento de agujas con clavija de conexin, soporte de gancho para pndulo doble de bolitas de sauco, clavija de conexin en pantalla de seda en varilla, trozos de medula de sauco, tablero de base en clavija y conexin y carril de rodamiento con bolas, cadenas de conexin, esfera conductora de 30mm de dimetro con clavija de conexin, cubierta con electrodos de punta pie de soporte, varilla de soporte aislada, con manguitos de soporte y de conexin y juego de campanas).-Pndulos de tecnoport-Electroscopio-Barras de acetato y vinilita-Mquina de Wimshurst modelo U15310-Mquina de Var de Graaff

PROCEDIMIENTO

MAQUINA DE WIMSHURST1. Indique las partes de las maquinas electrostticas2. Gire 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.3. Mantenga el interruptor de aislamiento abierto y anote lo observado4. Ahora encierre el interruptor, anote lo observado5. Conecte las botellas de Leyden, anote lo observado. Los pasos 1,2 y 3 se efecta girando las manivelas del equipo6. Determine la polaridad de 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.7. Ahora acerque una lmpara de fluorescente y anote lo observado, indique la polaridad de las lmparas.8. Descargar de punta; colocar la rueda de punta sobre el rodamiento de agujas en el soporte, conectar la fuente y la carga y transmitir la carga, anote lo observado.9. Pndulo doble; colocar un pndulo de bolitas de sauco en soporte con gancho, conectar a la fuente de carga y transmitir una carga a travs de esta anote lo observado.10. Clavija de conexin en pantalla de seda; colocar la clavija de conexin en pantalla de seda sobre el soporte, conectar a las fuentes de carga y acrecentar lentamente la carga aplicada, anote lo observado.11. Juego de campanas; colocar sobre el juego de campanas, conectar la fuente de carga lentamente la carga suministrada, anote lo observado12. Tablero de destellos; colocar el tablero de destellos en el soporte, conectar las fuentes de carga y aumentar lentamente el volumen de la carga suministrada, anote lo observado13. Danza elctrica; colocar el tablero de base sobre el soporte, colocar sobre el bolitas de sauco de 5 a 8 unidades y poner encima de la cubierta con electrodos esfricos invertida conectar la fuente de carga y aumentar lentamente la cantidad de carga suministrada, anote lo observado.14. Aparato fumvoro; colocar el tablero de base sobre el soporte, invertir sobre este la cubierta con electrodos de punta y conectar la fuente de carga. Hacer penetrar en la cubierta el humo de un cigarro o de una vela de humo, anote lo observado.15. Carril de rodamiento con bolas; colocar sobre el soporte la placa de base y el carril de rodamiento de bolas al hacerlo, asegrese de que los distanciadores de carril de rodamiento con bolas no caigan hacia un lado. Colocar la bola limpia y seca, sobre la placa de base de tal manera que entre en contacto con el canto del electrodo esfrico superior. Conectar la fuente de alimentacin y suministrar lentamente la carga anote lo observado

MAQUINA DE VAN DER GRAFF16. conecte la mquina de vandergraff, a la fuente de 250v de C.A. tenga cuidado, si tiene sudas consulte al profesor.17. una vez encendido, la faja vertical comenzara a girar, identifique el signo de las cargas de la esfera, con la ayuda de un electroscopio, anote lo observado.18. utilice los dispositivos efectuados en los procesos de 9 al 17, anote lo observado.19. acerque el electroscopio lentamente a la esfera y anote el mximo valor del ngulo que se desva las hojuelas.

PENDULO ELECTRICO1. Colocamos las esferas tal como lo que hemos observado en la figura que est ms adelante.2. Acerque la barra de acetato sin frotarla a la esfera 1, y a la esfera 2. Anote lo observado. Al acercar la barra de acetato sin frotar a la esfera 1 y a la esfera 2, no ocurre ningn fenmeno de ninguna naturaleza.

3. Frote la barra de acetato con el pao de seda, luego acrquela a la esfera 1 y a la esfera 2. Anote sus observaciones. Al frotar la barra de acetato, y posteriormente acercarla a la esfera 1 y luego a la esfera 2, dicha barra atrae a ambas esferas.

4. Frote la barra de vinilito con el pao de lana, luego acrquela a la esfera 1, y al esfera 2. Anote sus observaciones. Al frotar dicha barra y acercarla a ambas esferas, se observa un fenmeno de atraccin entre la barra y las esferas, cabe resaltar que por simple observacin deducimos que la intensidad de la atraccin en este caso es mucho ms fuerte que en el caso de la barra de acetato.

5. Asigne el nombre que usted desee a las cargas elctricas obtenidas en los pasos tres y cuatro. Debido a que las esferas son de color negro y de color blanco, procederemos a designar a la bolita de tecnoport de color negro como Qnegra; y a la bolita de tecnoport de color blanco como Qblanca.

6. Frote nuevamente la barra de acetato con el pao de seda, luego toque la esfera 1 y la esfera 2. Anote sus observaciones. Las dos esferas se atraen hacia la barra de acetato, pero ambas no se atraen con la misma intensidad, la carga Qblanca se atrae con menor intensidad; mientras que la carga Qnegra se atrae con mayor intensidad.

7. Frote nuevamente la barra de vinilito con el pao de lana, luego acrquela a la esfera 1, y a la esfera 2. Anote sus observaciones. Lo que ocurre es que las dos esferas se atraen hacia la barra de vinilito, y por simple observacin nos damos cuenta que la carga Qblanca se atrae con ms fuerza y la carga Qnegra se atrae con menor fuerza.Figura observada

8. Acerque sin tocar la barra de acetato a la esfera 1, simultneamente acerque sin tocar la barra de vinilito a la esfera 2. Anote sus observaciones. Al seguir los pasos planteados en esta pregunta, no ocurre nada. Ni cuando se acerca la barra a la esfera 1, ni cuando se acerca la barra a la esfera 2.

9. La ilustracin 3 nos muestra un electroscopio, aparato que nos permite observado si un cuerpo est electrizado, o no lo est.

Figura 3

Acerque la barra de acetato previamente frotada con el pao de seda a la esfera metlica del electroscopio. Anote sus observaciones.

Al acercar la barra de acetato previamente frotada con un pao de seda a la esfera metlica del electroscopio, la aguja de este aparato oscila hasta llegar a un espacio y medio de sus gradaciones.

10. Manteniendo cerca de la esfera metlica la barra de acetato, coloque un dedo de su mano sobre la esfera. Anote sus observaciones. Manteniendo cerca de la esfera a la barra de acetato y colocando el dedo sobre la esfera metlica, no ocurre absolutamente nada.

11. Manteniendo cerca de la esfera metlica la barra de acetato, retire el dedo que haba colocado sobre ella. Anote sus observaciones. Manteniendo cerca de la esfera a la barra de acetato y retirando el dedo de la esfera metlica, no ocurre absolutamente nada; la aguja no oscila.

12. Retire la barra de acetato de la vecindad a la esfera metlica. Anote sus observaciones. Al retirar la barra de acetato la aguja oscila hasta llegar a un espacio y medio de las gradaciones del electroscopio.

13. Repita los pasos 7, 8, 9 y 10 con la barra de vinilito previamente frotada con el pao de lana.

A) Al acercar la barra de acetato previamente frotada a la esfera metlica del electroscopio la aguja avanza hasta llegar a la segunda gradacin.

B) Al colocar el dedo encima de la esfera metlica del electroscopio y manteniendo la barra de acetato cerca de esta, no ocurre absolutamente nada.

C) Manteniendo la barra de acetato cerca de la esfera metlica y retirando el dedo de la esfera metlica no ocurre absolutamente nada.

D) Al retirar la barra de acetato despus de haber retirado el dedo de encima de la esfera metlica, la aguja oscila hasta llegar a la primera gradacin del electroscopio.

CUESTIONARIO (CLASE)

Diga usted las aplicaciones industriales de la electrosttica?La xerografa: Es un proceso de impresin que emplea electrosttica en seco para la reproduccin o copiado de documentos o imgenes. Es la tecnologa base de la actuales fotocopiadoras, impresoras lser e impresoras digitales de produccinSistema de Aspersin Electrosttica: Este sistema es capaz de aumentar el control de insectos y enfermedades en los cultivos, y a la vez, reducir la cantidad de agua y qumicos aplicados. Esta aspersora tambin es instrumental para los agricultores que desean usar qumicos que no daan el medio ambiente

La pintura electrosttica:Es utilizada en muchos mbitos industriales. La misma es capaz de cubrir objetos ferrosos y no ferrosos, pero tambin se la emplea en otros materiales como la mayora de los plsticos slidos.

Precipitador electrosttico: Una importante aplicacin de la descarga elctrica en gases es una dispositiva llamado precipitador electroesttico. Este aparato se utiliza para eliminar partculas de materia de los gases de combustin, reduciendo de ese modo la contaminacin del aire.

Diga usted las desventajas de la electrosttica, cite ejemplos?-La descarga electrosttica, aunque por lo general no daa a las personas, puede provocar graves problemas en los equipos electrnicos sensibles, a menos que se trate de una forma adecuada. Si un computador sufre una ESD, el resultado puede ser desastroso, ya que puede daar los chips y los datos del computador de forma aleatoria.

-Si no hubiese accin y reaccin los cuerpos quedaran neutros

-Si las partculas no tuvieran carga elctrica no habra campo de fuerza.

CUESTIONARIO

1.- Cmo puede Ud. determinar el signo de las cargas de las esferas de tecnoport? Explique.Se puede utilizar la convencin de Franklin que establece que la carga de la barra de vidrio es positiva despus de haberse frotado con la tela de seda, y la carga de la barra de ebonita es negativa despus de haberse frotado con la piel de conejo.Para hallar el signo de la carga de las esferas de tecnoport, solo habra que acercar los materiales ya cargados y observar si la esfera se aleja (signo igual al objeto) o se acerca a estos (signo diferentes).2.-En las experiencias efectuadas, Cmo podra aplicarse el principio de superposicin? ExpliqueEn el presente experimento podemos acercar a la esfera de un electroscopio, muchas barras cargadas por distintos procedimientos y de cargas opuestas, entonces podemos observar que las laminillas del electroscopio se abren y cierran indeterminadamente debido a la diversidad de cargas que se estn superponiendo sobre un punto, en ese caso: la esfera del electroscopio.3.- Del experimento realizado, Se puede deducir que tipo de carga se traslada de un cuerpo a otro?Si se puede, solo dependera de la carga de la varillaY si de lo contrario la varilla inicialmente hubiese tenido carga negativa, la esfera de tecnoport se cargara positivamente.

4.-Enuncie los tipos de electrizacin, explique cada caso.Electrizacin por frotamiento.-La electrizacin por frotamiento se explica del siguiente modo. Por efecto de la friccin, los electrones externos de los tomos del pao de lana son liberados y cedidos a la barra de mbar, con lo cual sta queda cargada negativamente y aqul positivamente. En trminos anlogos puede explicarse la electrizacin del vidrio por la seda. En cualquiera de estos fenmenos se pierden o se ganan electrones, pero el nmero de electrones cedidos por uno de los cuerpos en contacto es igual al nmero de electrones aceptado por el otro, de ah que en conjunto no hay produccin ni destruccin de carga elctrica. Esta es la explicacin, desde la teora atmica, del principio de conservacin de la carga elctrica formulado por Franklin con anterioridad a dicha teora sobre la base de observaciones sencillas.

Electrizacin por contacto.- La electrizacin por contacto es considerada como la consecuencia de un flujo de cargas negativas de un cuerpo a otro. Si el cuerpo cargado es positivo es porque sus correspondientes tomos poseen un defecto de electrones, que se ver en parte compensado por la aportacin del cuerpo neutro cuando ambos entran en contacto, El resultado final es que el cuerpo cargado se hace menos positivo y el neutro adquiere carga elctrica positiva. Aun cuando en realidad se hayan transferido electrones del cuerpo neutro al cargado positivamente, todo sucede como si el segundo hubiese cedido parte de su carga positiva al primero. En el caso de que el cuerpo cargado inicialmente sea negativo, la transferencia de carga negativa de uno a otro corresponde, en este caso, a una cesin de electrones.

Electrizacin por induccin.- La electrizacin por influencia o induccin es un efecto de las fuerzas elctricas. Debido a que stas se ejercen a distancia, un cuerpo cargado positivamente en las proximidades de otro neutro atraer hacia s a las cargas negativas, con lo que la regin prxima queda cargada negativamente. Si el cuerpo cargado es negativo entonces el efecto de repulsin sobre los electrones atmicos convertir esa zona en positiva. En ambos casos, la separacin de cargas inducida por las fuerzas elctricas es transitoria y desaparece cuando el agente responsable se aleja suficientemente del cuerpo neutro.

5.- Por qu el cuerpo humano es un buen conductor de la electricidad?Explique detalladamente.Como se sabe, existen cuerpos que poseen la propiedad de presentar mayor o menor resistencia al paso de los electrones, conocidos como aislantes o conductores respectivamente; dependiendo esta propiedad de las caractersticas del cuerpo o materia por donde circule dichos electrones. El cuerpo humano es un buen conductor de la electricidad, debido a que el 98% del mismo est formado por agua y fluidos, los cuales poseen diferentes tipos de minerales y compuestos, tales como: sales, cidos, hierro, calcio, etc. los cuales ya se ha demostrado son elementos conductores. Tal es as que dependiendo de otros factores (psicolgicos, somticos), existen personas que puede "percibir" o sentir magnitudes de potencial hasta el rango de los mV (mili voltios).

6.- En la ilustracin 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?De acuerdo a la ley de Coulomb:F1-2= KQq ; donde q1 = 0 F1-2 = 0

No habr ninguna fuerza interactuando entre ellos ya que q1= 0, y segn la ley de Coulomb la interaccin de las dos esferas es igual a cero.Explique el poder de las puntas y sus aplicacionesEl rodamiento de puntas sera muy til como generador de energa, ya que la polaridad de sus puntas impulsan a que esta gire de forma continua.Mencione al menos 5 aplicaciones del equipo de Van De GraffLas diferentes aplicaciones de esta mquina incluyen la produccin de rayos X, esterilizacin de alimentos y experimentos de fsica de partculas y fsica nuclear.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se comprueba experimentalmente que los cuerpos con cargas elctricas de igual especie se repelen mientras que los tiene cargas de distinto signo se atraen. Por ejemplo en la prctica se observ, cuando al acercar la barra de vinilito previamente frotada con el pao de seda, esta se atraa con las esferitas de tecnoport, aqu se manifest la atraccin de los cuerpos.

Al realizar el experimento se demostr que los cuerpos haban sido electrizados por frotamiento, se acepta que en ellos han aparecido una cantidad de electricidad o cierta carga elctrica que es la causa de las atracciones o repulsiones.

La carga elctrica es una propiedad fundamental de la materia, es por eso que se concluye, en que estas no son engendradas, ni creadas, sino que mediante procesos fsicos adquieren una carga elctrica, que consiste en ceder algo de un cuerpo, de tal modo que uno de ellos tenga un exceso de carga y el otro tenga un dficit de carga.

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 cuerpos experimentan fuerzas de repulsin o de atraccin dependiendo de la naturaleza del origen de su carga al ser electrizados.

La existencia de dos clases de fuerzas elctricas tales como son: la fuerza de atraccin y la fuerza de repulsin; se explica por la existencia de dos tipos de cargas elctricas como son: la carga positiva y la carga negativa.

Muchos de los cuerpos debido a sus dimensiones son difciles de cargar elctricamente porque el cuerpo humano al rozarlos por algn motivo cuando ya estn cargados este lo neutraliza rpidamente.

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.

BIBLIOGRAFIA

SERWAY FISICA TOMO 2 LEYVA NAVEROS FISICA 3 WIKIPEDIA ENCICLOPEDIA Resnick Halliday sears zemansky