Universidad Nacional Mayor de San Marcos Decana de Amrica LABORATORIO DE FISICA III

CARGAS ELECTRICAS Y CUERPOS ELECTRIZADOS.1.-OBJETIVOS

Analizar los fenmenos fsicos que ocurren en el proceso de cargar elctricamente de un cuerpo.

Determinar el signo de la carga adquirida por un cuerpo en un proceso de electrificacin.

Comprobar experimentalmente la existencia de una de las propiedades de la materia llamada carga elctrica.

Conocer el funcionamiento y los principios fsicos de un generador electrosttico (mquina de Wimshurst y la mquina de Van de Graff).

Cargar un cuerpo por friccin, contacto e induccin

INTRODUCCINUn cuerpo puede ser cargado sin importar su tamao, tal preposicin es totalmente cierta, para cargar un cuerpo u objeto no necesariamente debe ser de tamao atmico, luego de esto se puede dar paso a las diferentes formas como de cmo hacerlo, este aspecto es el que se desea desarrollar en este informe basado en las experiencias realizadas en el laboratorio adems de los conceptos estudiados los cuales sern expuesto en una parte posterior del informe., en esta experiencia se ha propuesto el estudio de los fenmenos elctricos que se presentan con ms frecuencia de lo que se cree y son parte fundamental de la actual vida que llevamos, al punto que se podra decir que gran parte de la tecnologa que se ha desarrollado y la que est en proceso de creacin estn basadas en los fenmenos elctricos y por ende estos modifican toda nuestra vida. La importancia de los distintos fenmenos por llamar de alguna forma a las propiedades pertenecientes al mundo elctrico hace necesario el estudio del mismo.2.-FUNDAMENTO TERICOCarga elctrica. La carga elctrica es un atributo de las partculas elementales que la poseen. Caracterizado por la fuerza electrosttica que entre ellas se ejerce. Dicha fuerza es atractiva si las cargas respectivas son de signo contrario, y repulsiva si son del mismo signo Principio de conservacin de la carga. En concordancia con los resultados experimentales, el principio de conservacin de la carga establece que no hay destruccin ni creacin neta de carga elctrica, y afirma que en todo proceso electromagntico la carga total de un sistema aislado se conserva. En un proceso de electrizacin, el nmero total de protones y electrones no se altera y slo hay una separacin de las cargas elctricas. Por tanto, no hay destruccin ni creacin de carga elctrica, es decir, la carga total se conserva. Pueden aparecer cargas elctricas donde antes no haba, pero siempre lo harn de modo que la carga total del sistema permanezca constante. Adems esta conservacin es local, ocurre en cualquier regin del espacio por pequea que sea. Cuantificacin de carga elctrica. En fsica, un cuanto o cuantio (del latn Quantum, plural Quanta). Max Planck, 1900, dijo que la luz siempre viaja en pequeos paquetes llamados "queta". Denotaba en la fsica cuntica primitiva tanto el valor mnimo que puede tomar una determinada magnitud en un sistema fsico, como la mnima variacin posible de este parmetro al pasar de un estado discreto a otro. Se hablaba de que una determinada magnitud estaba cuantizada segn el valor de cunto. O sea que cuanto es una proporcin hecha por la magnitud dada. Un ejemplo del modo en que algunas cantidades relevantes de un sistema fsico estn cuantizadas lo encontramos en el caso de la carga elctrica de un cuerpo, que slo puede tomar un valor que sea un mltiplo entero de la carga del electrn. En la moderna teora cuntica aunque se sigue hablando de cuantizacin el trmino cuanto ha cado en desuso. El hecho de que las magnitudes estn cuantizadas se considera ahora un hecho secundario y menos definitorio de las caractersticas esenciales de la teora.Electrizacin. Cuando a un cuerpo se le dota de propiedades elctricas se dice que ha sido electrizado. La electrizacin por frotamiento permiti, a travs de unas cuantas experiencias fundamentales y de una interpretacin de las mismas cada vez ms completa, sentar las bases de lo que se entiende por electrosttica.Si una barra de mbar (de caucho o de plstico) se frota con un pao de lana, se electriza. Lo mismo sucede si una varilla de vidrio se frota con un pao de seda. Aun cuando ambas varillas pueden atraer objetos ligeros, como hilos o trocitos de papel, la propiedad elctrica adquirida por frotamiento no es equivalente en ambos casos. As, puede observarse que dos barras de mbar electrizadas se repelen entre s, y lo mismo sucede en el caso de que ambas sean de vidrio. Sin embargo, la barra de mbar es capaz de atraer a la de vidrio y viceversa. Este tipo de experiencias llevaron a W. Gilbert (1544-1603) a distinguir, por primera vez, entre la electricidad que adquiere el vidrio y la que adquiere el mbar. Posteriormente Franklin al tratar de explicar los fenmenos elctricos consider la electricidad como un fluido sutil, llam a la electricidad vtrea de Gilbert electricidad positiva (+) y a la resinosa electricidad negativa (-). Las experiencias de electrizacin pusieron de manifiesto que:Cargas elctricas de distinto signo se atraen y cargas elctricas de igual signo se repelen.Una experiencia sencilla sirvi de apoyo a Franklin para avanzar en la descripcin de la carga elctrica como propiedad de la materia. Cuando se frota la barra de vidrio con el pao de seda, se observa que tanto una como otra se electrizan ejerciendo por separado fuerzas de diferente signo sobre un tercer cuerpo cargado. Pero si una vez efectuada la electrizacin se envuelve la barra con el pao de seda, no se aprecia fuerza alguna sobre el cuerpo anterior. Ello indica que a pesar de estar electrizadas sus partes, el conjunto pao-barra se comporta como si no lo estuviera, manteniendo una neutralidad elctrica.Este fenmeno fue interpretado por Franklin introduciendo el principio de conservacin de la carga, segn el cual 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, pero en conjunto no hay produccin neta de carga. En trminos de cargas positivas y negativas ello significa que los cuerpos y de su composicin. Existe, no obstante, la posibilidad de electrizar un cuerpo neutro mediante otro cargado sin ponerlo en contacto con l. Se trata, en este caso, de una electrizacin a distancia o por influencia. Si el cuerpo cargado lo est positivamente la parte del cuerpo neutro ms prximo se cargar con electricidad negativa y la opuesta con electricidad positiva. La formacin de estas dos regiones o polos de caractersticas elctricas opuestas hace que a la electrizacin por influencia se la denomine tambin polarizacin elctrica. A diferencia de la anterior este tipo de electrizacin es transitoria y dura mientras el cuerpo cargado se mantenga suficientemente prximo al neutro.La naturaleza elctrica de la materiaLa teora atmica moderna explica el por qu de los fenmenos de electrizacin y hace de la carga elctrica una propiedad fundamental de la materia en todas sus formas. Un tomo de cualquier sustancia est constituido, en esencia, por una regin central o ncleo y una envoltura externa formada por electrones. El ncleo est formado por dos tipos de partculas, los protones, dotados de carga elctrica positiva, y los neutrones, sin carga elctrica aunque con una masa semejante a la del protn. Tanto unos como otros se hallan unidos entre s por efecto de unas fuerzas mucho ms intensas que las de la repulsin electrosttica -las fuerzas nucleares- formando un todo compacto. Su carga total es positiva debido a la presencia de los protones.Los electrones son partculas mucho ms ligeras que los protones y tienen carga elctrica negativa. La carga de un electrn es igual en magnitud, aunque de signo contrario, a la de un protn. Las fuerzas elctricas atractivas que experimentan los electrones respecto del ncleo hacen que stos se muevan en torno a l en una situacin que podra ser comparada, en una primera aproximacin, a la de los planetas girando en torno al Sol por efecto, en este caso de la atraccin gravitatoria. El nmero de electrones en un tomo es igual al de protones de su ncleo correspondiente, de ah que en conjunto y a pesar de estar formado por partculas con carga, el tomo completo resulte elctricamente neutro.Aunque los electrones se encuentran ligados al ncleo por fuerzas de naturaleza elctrica, en algunos tipos de tomos les resulta sencillo liberarse de ellas. Cuando un electrn logra escapar de dicha influencia, el tomo correspondiente pierde la neutralidad elctrica y se convierte en un Ion positivo, al poseer un nmero de protones superior al de electrones. Lo contrario sucede cuando un electrn adicional es incorporado a un tomo neutro. Entonces el Ion formado es negativo.Electricidad.- La palabra Electricidad deriva de "electrn" que quiere decir "mbar". Es un agente natural que se manifiesta por atracciones y repulsiones de masa cargadas de electrones o masas deficitarias de electrones. Electrosttica.- Es la parte de la Fsica que estudia a las cargas elctricas en reposo (masa de electrones ganada o cedida).Aproximadamente 6 siglos antes de Cristo vivi Thales, nacido en la ciudad de Mileto (antigua ciudad de Asia Menor con puerto en el mar Egeo. Fue sede de la escuela filosfica de Jonia, Grecia).Segn la historia cientfica, parece que fue Thales quien descubri que frotando una barra de AMBAR con un pao, atraa objetos muy livianos como pedazos de papel o plumas. Posteriormente, a este fenmeno se le llamo Electricidad, derivado de "electrn", que en griego quiere decir mbar. Electricidad Positiva O Vitrea.- Es la que aparece en una barra de vidrio al ser frotada por una tela de seda, debido a que los electrones de los tomos superficiales del vidrio han pasado a la tela de seda y la barra de vidrio ha quedado deficitaria en electrones, por consiguiente, cargada de protones o con electricidad positiva.Electricidad Negativa O Resinosa.- Es la que aparece en una barra de resina (o plstico) cuando se frota con una tela o lana, debido a que los electrones debido a que los electrones de la lana han pasado a la resina; la lana se ha quedado deficitaria de electrones y la barra de resina ha quedado cargada de electrones o con electricidad negativa. LEYES DE LA ELECTROSTTICA Primera ley de la electrostticaLos cuerpos con cargas diferentes se atraen, cuerpos con cargas iguales se repelen"

Segunda Ley De La Electrosttica (Ley De Coulomb):Coulomb afirmo que:la fuerza de repulsin o atraccin entre dos objetos muy pequeos separados en el vaco, o en el espacio libre por una distancia comparativamente grande en relacin con el tamao de los objetos, es proporcional ala carga en cada uno e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. O sea 3.-MATERIALES: Electroscopio.- dispositivo que sirve para detectar y medir la carga elctrica de un objeto. Los electroscopios han cado en desuso debido al desarrollo de instrumentos electrnicos mucho ms precisos, pero todava se utilizan para hacer demostraciones. El electroscopio ms sencillo esta compuesta por dos conductores ligeros suspendidos en un contenedor de vidrio u otro material aislante. Se pude utilizar un electroscopio para determinar si un objeto esta cargado elctricamente. cuando un objeto cargado se acerca al bulbo, las hojas divergen.

Pndulos de tecnopor.- Barras de acetato y vinilita.- Maquinas de Van de Graaff.- La mquina electrosttica conocida como generador de Van der Graaff, fue inventada por Robert J. Van der Graaff en 1929, con el objeto de generar voltajes elevados para experimentacin en Fsica Nuclear. Consiste en unterminalde alta tensin formado por una esfera metlica hueca montada en la parte superior de una columna de material aislante. Una correa de material dielctrico se hace mover entre dos rodil los situados en la parte inferior y superior de la columna. Mediante una tensin elevada se emiten electrones en la parte inferior de la columna a travs de un peine metlico a la correa, que los transporta a la parte superior de lacolumna,donde son retiradas por otro peine y llevadas a la parte exterior de la esfera. Este transporte de cargas hace que la esfera adquiera una diferencia de potencial muy elevada. Funcionamiento: Es una mquina que utiliza una cinta mvil para acumular grandes cantidades de carga elctrica en el interior de una esfera metlica hueca. Las diferencias de potencial as alcanzadas en un generador de este tipo pueden llegar a alcanzar los 5 mega voltios. El generador consiste en una cinta transportadora motorizada, que transporta carga a un terminal hueco. La carga es depositada en la cinta por frotamiento. Dentro del terminal, la carga es recolectada por una varilla metlica que se apega a la cinta. La carga, transportada por la cinta es transportada al terminal esfrico nulo. Los generadores de Van De Graff comprenden los fenmenos electroestticos.Su funcionamiento es el siguiente: En primer lugar, se electrifica la superficie de la polea de la esfera hueca debido a que la superficie de la polea y la cinta estn hechos de materiales diferentes. La cinta y la superficie del rodillo adquieren cargas iguales y de signo contrario;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 mayor, a su ves la cinta y polea adquieren cargas diferentes;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 se realiza de manera similar el mismo proceso.

Maquina de wimshurst modelo U125310:a mquina de Wimshurst, fue inventada por James Wimshurst en Inglaterra, y fue descrita por primera vez en 1883. Estructuras similares, no sectoriales,(sin lminas metlicas adheridas) fueron descritas previamente por Holtz y Poggendorff en Alemania, alrededor de 1869 y por Musaeus en 1872.Se trata de una mquina electrosttica, constituida por dos discos de ebonita, paralelos, muy prximos entre si y dispuestos sobre el mismo eje, de tal modo que pueden girar con rapidez en sentido inverso. Su rotacin se efecta con auxilio de un manubrio que acta sobre dos pares de poleas unidas por una cuerda sin fin, una de ellas cruzada. La cara exterior de cada disco lleva pegados cerca de sus bordes varios sectores de papel de estao, que durante la rotacin frotan con dos pinceles flexibles de hilo metlico, sostenidos en los extremos de un arco metlico. Este arco y su igual de la cara opuesta son movibles y pueden formar un ngulo de 90, comunican con el suelo y entre si por el eje y realizan el mismo papel que las almohadillas en la mquina de Ramsden. En los extremos del dimetro horizontal, rodean a los platillos dos peines metlicos curvos, unidos a conductores independientes, aislados por columnas aislantes. Con los conductores se articulan dos excitadores provistos de mangos de ebonita, para poder variar sin riesgo la distancia entre las esferas terminales, que son los polos de la mquina. En comunicacin con los dos conductores hay dos condensadores de forma de probetas, sirven para aumentar la intensidad y el tamao de la chispa. No es posible saber la polaridad que la mquina tomar una vez la arranquemos. Por eso algunas mquinas incorporan un trocito de piel que tiene un mnimo de carga de manera que la mquina arrancar siempre con la misma polaridad. Hay cuatro funciones iguales que se realizan, dos en cada disco. Se puede decir que tenemos cuatro electrforos, dos positivos y dos negativos. Al aproximarse la parte positiva y neutra de los discos produce el efecto de electrforo. La corriente esttica se almacena en botellas de Leyden. 1,2.

4.-PROCEDIMIENTO.-1).Ubique en la mesa de trabajo en la posicin ms adecuada la Mquina de Wimshurst y de Van De Graff.2).experimente la interaccin entre las barras cargadas y las esferas de tecnoport que esta suspendida en el pndulo elctrico.Maquina de Wimshurst3) .Identifique las partes de las mquinas electrostticas4) .Gire lentamente la manivela en sentido horaria, 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.5) .Mantenga el interruptor de aislamiento abierto y anote lo observado.6) .Ahora cierre el interruptor, anote lo observado.7) .Conecte las botellas de Leyden, anote lo observado. Los pasos 5, 6 y 7 se efectan girando las manivelas del equipo.8) .Determine 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.9) .Ahora acerque una lmpara de fluorescente y anote lo observado, identifique la polaridad de la lmpara.10) .Descarga de punta (figura-04); colocar la rueda de punta sobre el rodamiento de agujas en el soporte, conectar la fuente de carga y transmitir la carga, anote lo observado.

11) .Pndulo doble; (figura-05) colocar un pndulo de bolitas de saco en soporte con gancho, conectar a la fuente de carga y transmitir una carga a travs de sta, anote lo observado. 12) .clavija de conexin en pantalla de seda; (figura-06) 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.13) .Juego de campanas; (figura-07) colocar sobre el juego de campanas, conectar la fuente de carga y aumentar lentamente la carga suministrada, anote lo observado.14) .Tablero de destellos; (figura-08) colocar el tablero de destellos en el soporte conectar las fuentes de carga y aumentar lentamente el volumen de la carga suministrada anote lo observado.15) .Danza elctrica; (figura-09) colocar el tablero de base sobre el soporte, colocar sobre l bolitas de saco 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.16) .Aparato fumvoro (figura-10) colocar el tablero de base sobre el soporte invertir sobre ste 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.17) .Carril de rodamiento con bolas;( figura -11) Colocar sobre el soporte la placa de base, y el carril de rodamiento de bolas. Al hacerlo, asegrese de que la distancia del carril de rodamiento con bolas no caigan hacia un lado. Coloca la bola, limpia y seca, sobre a 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 Graff18) .Conecte la mquina de Van Der Graff, a a fuente de 250V de C.A. Tenga cuidado, si tiene dudas consulte al profesor.19) .Una vez encendido, la faja vertical comenzar a girar, identifique el signo de las carga de la esfera, con la ayuda de un electroscopio, anote lo observado.20) .Utilice los dispositivos efectuados en los procesos del 9 al 17, anote lo observado.21) .Acerque el electroscopio lentamente a la esfera y anote el mximo valor del ngulo que se desva las hojuelas

5.-CUESTIONARI0

1. Cmo puede usted determinar el signo de las cargas de las esferas de tecnopor?Como el ser humano est en contacto con la tierra obtiene carga negativa por lo que al ponerse en contacto un dedo con el pndulo del tecnopor, el dedo atraer o repeler al tecnopor si la carga del tecnopor es positiva o negativa respectivamente. Esto significa que como el dedo de la mano est cargado negativamente entonces el pndulo si est cargado positivamente ser atrado por el dedo puesto que necesita balancear su carga negativa y si tuviese carga negativa el dedo lo repeler puesto que tienen la misma carga.2. En las experiencias efectuadas, Cmo podra aplicar el principio de superposicin?

Podemos explicarla en la mquina de Van de graff, pues se nota que es un objeto de dimensin apreciable, podramos tomar un diferencial de carga de para la esfera de la mquina de Vandergraff y la interaccin con un cuerpo de dimensin despreciable de carga Q, entonces cada diferencial de carga interacta con la carga Q y la suma de todas las fuerzas obtenidas sera la fuerzaejercida entre la carga Q y la carga q. Aqu podramos apreciar el principio de superposicin.3. Del experimento realizado, se puede deducir que tipo de carga se traslada de un cuerpo a otro?En nuestra experiencia el tipo de carga que se traslada es negativa, pero tambin las cargas positivas pueden ser trasladadas todo dependera con que tipo carga se cargara un objeto

4. Enuncie los tipos de electrizacin, explique cada caso.ELECTRIZACIN POR FROTAMIENTO1. Suspende de un hilo un globo inflado y frtalo con un trozo de tela. Aproxima la tela al globo.2. Frota ahora una varilla de plstico con un trozo de tela y acerca la varilla al globo.3. Por ltimo, frota una varilla de vidrio con un trozo de seda y luego acerca aquella al globo.

USANDO EL VERSORIOEn los primeros experimentos con la electricidad, los cientficos la producan frotando ciertos materiales. Fue W. Gilbert quin invent en 1600, el primer instrumento elctrico, el versorio. Objetos como el papel adquiran carga elctrica al ser frotados y hacan que el indicador del versorio se desplazara hacia ellos. Gilbert denomin a estas sustancias atractivas elctricas, y a aquellas sustancias que no atraan el indicador del versorio, no elctricas.

ELECTRIZACIN POR CONTACTOTiene lugar cuando se pone en contacto un cuerpo no cargado y aislado con otro cargado por frotamiento. Para su estudio vamos a utilizar un pndulo elctrico. El pndulo elctrico consiste en una bolita de mdula de sauco que cuelga de un soporte por medio de un fino hilo de seda.1. Vamos a construir un pndulo elctrico: Fabrica una bolita con espuma de poliestireno expandido (plstico aislante) y nela a un hilo de seda de aproximadamente 15 cm de largo. Sujeta el hilo a una nuez con gancho, unida a su vez, a un soporte aislante.2. Se frota con un pao una barra de ebonita (se puede utilizar un bolgrafo de plstico) y se aproxima al pndulo. Al principio el pndulo es atrado, pero tras el contacto con la barra de ebonita electrizada, la bolita del pndulo es repelida.3. Se frota un tubo de vidrio con un pao de seda y se aproxima al pndulo. Al principio el pndulo es atrado, pero tras el contacto con el tubo de vidrio, la bolita del pndulo es repelida.4. Se cuelgan del soporte aislante dos bolitas de poliestireno (procura que las dos queden a la misma altura y a una distancia de 1 cm aproximadamente).5. Una vez frotada la barra de ebonita con un pao, se procura que toque ambas bolitas simultneamente. Se retira la barra. Observa como interaccionan las dos bolitas.6. Descarga las bolitas tocndolas con la mano y repite la experiencia con un tubo de vidrio.7. Descarga las bolitas tocndolas con las manos y acerca simultneamente la barra de ebonita a una de las bolitas y el tubo de vidrio a la otra. Observa lo que sucede.ELECTRIZACIN POR INDUCCINPara electrizar un cuerpo, no es imprescindible que exista contacto entre el cuerpo cargado y el que se quiere electrizar. Para su estudio vamos a utilizar el electroscopio.1. Vamos a construir un electroscopio. Para ello, necesitamos, un frasco de vidrio, un tapn de corcho, un alambre de cobre y una lmina de estao o de aluminio. Se dobla un hilo de cobre en forma de L y se introduce el extremo largo en un tapn de corcho de manera que sobresalga del mismo. Se corta una tira de papel de estao o de aluminio de 1 cm de ancho y 8 cm de longitud. Se cuelga del extremo inferior del hilo de cobre la tira estrecha de papel de estao doblada por la mitad, y se introduce el tapn de corcho con el alambre en un frasco de vidrio, de manera que el conjunto quede aislado.2. Se comprueba que el electroscopio est descargado, es decir, que las tiras de papel de estao o aluminio se encuentran en su posicin natural. Si estuviesen separadas, bastara con tocar con un dedo el extremo exterior del hilo de cobre para que se volvieran a juntar.3. Se frota una barra de ebonita con un trozo de lana o franela. Tras cargar por frotamiento la barra de ebonita, se aproxima al extremo exterior del hilo de cobre, sin ponerla en contacto con l. Comprobaremos que las tiras de papel de estao o aluminio se separan, pero en vez de continuar separadas, retornan a su posicin normal nada ms alejar la barra de ebonita.

5. Por qu el cuerpo humano es un buen conductor de la electricidad? Explique detalladamente.Porqu 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. El aislamiento de la persona del suelo por usar suelas de material no conductor (goma, plstico) o estar situada sobre pavimento no conductor es la condicin necesaria para que sta pueda acumular cargas electrostticas considerables.6. En la ilustracin 6 considere que la bola 1 tiene una carga Q y la bola 2 est descargada. Considere adems que las bolas tienes igual radio R. Qu suceder?

Primeramente las dos esferas se van a juntar y al estar juntos la esfera cargada traspasa electrones, entonces quedan con las mismas cargas por lo tanto se atraen luego de un minimo tiempo las esferas se llegan a repeler.

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 observara?Cul ser la carga que adquiere de la esfera 2?Solucin:Presentamos la ilustracin 6

Se observa que como son dos esferas idnticas y como una esta cargada y la otra se mantiene neutra, lo que sucedera al juntarlas seria que la esfera que esta con carga Q (ya sea positivamente o negativamente ) transfiere sus electrones a la otra de esta manera como sus dimensiones son iguales , los cuerpos quedaran cargados cada uno con Q/2 para luego separarse debido a la repulsin de sus cargas.

8. Respecto a la pregunta 6, suponga ahora que la bola 1 tiene un radio 2r y la bola 2 un radio r . si la bola1, que contiene una carga Q , se pone en contacto con la bola 2Cul ser la carga que adquiere la esfera 2?Solucin:La reparticin de carga en este caso para las dos esferas es de manera proporcional a sus superficies.Entonces para hallar la cantidad de carga que debe tener cada esfera se aplica una relacin de magnitudes que relacionan carga y dimensiones de la esfera(en este caso su radio). q. r1 + q.r2 = qt (r1 + r2) q . r = qt (3r) q = qt 3 Entonces para la distribucin de carga , a la esfera de radio 2r le corresponde una carga de 2q/3 y a la de radio r solo q/3 .9. En un experimento de electrosttica se observa que la distancia entre las esferas idnticas 1 y 2, inicialmente descargadas es de 12cm,(ilustracin 6 ).Luego de transmitirles la misma carga q a ambas esferas estas se separan hasta 16cm 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 30cm?

Solucin:Se presenta el diagrama de cuerpo libre :

12 cm g = 9.8 m/s2 T

Tenemos la fuerza elctrica: F = 1 . q . q 40 d2

T. cos = 1 . q2 .. (1) 40 ( 16 . 10-2m)2

Pero del grafico T . sen = m esfera . g

T . ( 896)1/2 = (5.10-3Kg) . (9,8 m/s2) 30

T = 49.10-3N .. (2)

Ahora reemplazamos en (2) en (1):

(49.10-3 N ) . 2 = 1 . q2 30 40 ( 16 . 10-2m)2

Resolviendo la ecuacin tenemos que :

q = 9,639 . 10-8 C

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?

Respuesta:

El tipo de carga que tiene el electroscopio es negativa debido a que en el inicio las dos laminillas estn separadas, y cuando se acerca una carga negativa, las laminillas se van a la esfera y quedan con carga neutra. Mientras el objeto de carga positivo se acerque ms, mayor ser la cantidad de carga negativa se ir a la esfera metlica y en consecuencia las laminillas quedan nuevamente cargas y separadas con carga positiva (carga opuesta a la inicial).

11. Qu funcin cumplen las botellas de Leyden en la mquina de Wimshurst?, explique detalladamente.

Respuesta:

La funcin de tal instrumento es la de almacenar cantidades inmensas de energas hasta magnitudes tan elevadas como kilovoltios, comportndose como un condensador o capacitor.

12. Durante el uso del generador electrosttico se percibe un olor caracterstico, investigue a que se debe. Explique detalladamente.

Respuesta:

En el experimento de el generador electrosttico de van der Graff se detecto un olor extrao y fuerte (que es similar al acre) en los alrededores de esta mquina.

El olor caracterstico se le atribuye al ozono (O3) , este se genera debido al efecto de las chispas producidas por la maquina ,cuando se producen las chispas el oxgeno de aire (O2) los enlaces entre estas dos molculas cercanas a las chispas se destruyen, y si encuentran a una molcula de O, entonces tras la reaccin qumica de O y O2se obtendra O3, de esta manera se explica el porqu de este olor. 13. Explique el poder de las puntas, y sus aplicaciones.

Respuesta:

El poder de las puntas se refiere que cuando a un cuerpo que posee una punta o varias, y se encuentra cargado elctricamente (no importa con que signo); entonces esta se distribuye por todo la superficie, y como sabemos que la densidad de carga es carga sobre volumen. Entonces tendremos que en las partes con menor volumen se tendr mayor densidad de carga.Como en las puntas se concentra mucha carga, entonces se crea un intenso campo.

En la figura que la punta se carga positivamente y que al entrar en contacto con el aire los iones positivos son repelidos y los negativos son atrados.En el caso del experimento en laboratorio hecho con la mquina de Wimshurst como se muestra en la figura:

En el experimento las dos varillas estn cargadas de signos contrarios al establecerlos cerca crean un campo elctrico por donde trata de fluir la corriente y por eso se establecen chispas en el intermedio de la separacin de las dos puntas.

Para el caso de las aplicaciones este concepto es muy importante para la construccin de un pararrayos.

14. Mencione aplicaciones del equipo de Van Der Graff.

Respuesta:

1. El Generador de Van de Graff es una mquina electrosttica empleada en fsica nuclear para producir tensiones muy elevadas.

Explicacin: La correa transporta las cargas hasta el interior de sta, donde son retiradas por otros peines y llevadas a la superficie de la esfera. A medida que la correa va recogiendo cargas y las transporta hasta la esfera, se crea una diferencia de potencial de hasta 5 millones de voltios, debido a tal funcionamiento el generador Van de Graaff se usa para acelerar un haz de electrones, protones o iones destinado a bombardear ncleos atmicos.

2. La generacin de rayos X mediante grandes cantidades de energa.

3. Esterilizacin de materiales y alimentos por el mtodo de acelerar electrones.

4. En espectculos para demostrar algunos efectos del alto voltaje.

5. Pruebas experimentales de materiales aisladores industriales para aplicaciones en transmisin de energa a altos voltajes.

6.-CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS.

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.

Las cargas elctricas no son engendradas ni creadas, sino que el proceso de adquirir cargas elctricas consiste en ceder algo de un cuerpo a otro, de modo que una de ellas posee un exceso y la otra un dficit de ese algo (electrones).

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

Algunos materiales son ms difciles de cargar (Vidrio) debido a su naturaleza fra. (Los elementos que se calientan ms rpidamente son los que se cargan ms rpidamente).

Finalmente, se realizaron con xito los objetivos propuestos, terminada la experiencia se reconoce y comprende claramente los tres mtodos para cargar un objeto, friccin, induccin y contacto. Esta experiencia abre la mente al estudiante para identificar y entender estos procesos que hacen parte de nuestro diario vivir, nos parece interesante haber estudiado estos fenmenos invisibles pero fundamentales que rigen severamente las leyes fsicas de nuestro universo. Obviamente, esto solo es un incentivo para atreverse a profundizar en los campos de la fsica elctrica

BIBLIOGRAFIA.- FSICA GENERAL- Sears Zemansky Young Freedman Volumen II. FISICA 3- Hugo Medina Guzman. FISICA (TOMO||) Raymond S: Serway, James Madison University, McGraw-Hill. Manual de Laboratorio de Fsica III, Facultad de Ciencias Fsicas , UNMSM, 2012

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