Laboratorio de fsica III

CARGA ELECTRICALaboratorio de fsica IIICampo elctrico

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INTRODUCCIN

Electrosttica es la ciencia que estudia las propiedades y accin recproca de las cargas elctricas en reposo con respecto al sistema inercial de referencia elegido para su estudio. El electromagnetismo clsico trata de las cargas estticas y en movimiento; sin embargo, todos estamos familiarizados con los efectos de la electricidad esttica, incluso algunas personas son ms susceptibles que otras a su influencia. Para explicar como se origina la electricidad esttica, hemos de considerar que la materia est hecha de tomos, y los tomos de partculas cargadas, un ncleo rodeado de una nube de electrones. Normalmente, la materia es neutra, tiene el mismo nmero de cargas positivas y negativas. La 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.FUNDAMENTO TEORICOUna carga elctrica puntualq(carga de prueba) sufre, en presencia de otra cargaq1(carga fuente), unafuerza electrosttica. Si eliminamos la carga de prueba, podemos pensar que el espacio que rodea a la carga fuente ha sufrido algn tipo de perturbacin, ya que una carga de prueba situada en ese espacio sufrir una fuerza.La perturbacin que crea en torno a ella la carga fuente se representa mediante unvectordenominadocampo elctrico. La direccin y sentido del vector campo elctrico en un punto vienen dados por la direccin y sentido de la fuerza que experimentara una carga positiva colocada en ese punto: si la carga fuente es positiva, el campo elctrico generado ser un vector dirigido hacia afuera (a) y si es negativa, el campo estar dirigido hacia la carga (b)

Campo elctrico creado en el punto P por una carga de fuenteq1positiva (a) y por una otra negativa (b).El campo elctricoEcreado por la carga puntualq1en un punto cualquiera P se define como

dondeq1es la carga creadora del campo (carga fuente),Kes laconstante electrosttica,res la distancia desde la carga fuente al punto P yures un vector unitario que va desde la carga fuente hacia el punto donde se calcula el campo elctrico (P).El campo elctrico depende nicamente de la carga fuente(carga creadora del campo) y en el Sistema Internacional se mide en N/C o V/m.Si en vez de cargas puntuales se tiene de una distribucin contnua de carga (un objeto macroscpico cargado), el campo creado se calcula sumando el campo creado por cada elemento diferencial de carga, es decir:

Esta integral, salvo casos concretos, es difcil de calcular. Para hallar el campo creado por distribuciones continuas de carga resulta ms prctico utilizar laLey de Gauss.Una vez conocido el campo elctricoEen un punto P, la fuerza que dicho campo ejerce sobre una carga de pruebaqque se site en P ser: MATERIALESComputadora personalInterfase Science Workshop 750ElectroscopioKit de materiales electrostticos Electrmetro Probadores planos Cubeta de Faraday Esferas conductorasFuente de voltaje electrostticaSensor de cargaRegla metlica de 30 cmPrimera actividad

Segunda actividad (Carga por Induccin Conservacin de la carga)

Tercera actividad (Carga por Contacto y Separacin de cargas)

CONCLUSIONESEn esta experiencia observamos que no es necesario tener contacto fsico con un elemento para que este quede cargado, ya que existe la posibilidad que un cuerpo se cargue por induccin el cual es un proceso de electrizacin donde las fuerzas elctricas debido a que estas se ejercen a distancia un cuerpo cargado positivamente en las proximidades de otro neutro atraer hacia si a las cargas negativas, con lo que la regin prxima queda cargada negativamente.

En este laboratorio pudimos verificar mediante la experimentacin, observacin y el anlisis que existen varios mtodos para cargar un cuerpo, tales como induccin, friccin y por contacto. De esta manera pueden obtener diferentes cargas y afectar a otros cuerpos por medio de la transferencia de electrones; tambin verificamos que la carga elctrica no se crea ni se destruye, slo se transforma (ley de la conservacin de la energaenerga).

Hemos visto que un cuerpo cargado elctricamente puede cargar a otro cuerpo con carga o neutro ya sea por friccin o induccin y dependiendo del tipo de material nos costar ms trabajo lograrlo porque va a depender de la cantidad de electrones libres que posea dicho cuerpo.Experimentando con la induccin pudimos darnos cuenta que, la carga elctrica siempre se conserva puesto que en ningn proceso puede crearse o destruirse carga neta. Pueden aparecer cargas elctricas en el cuerpo inducido donde antes no haba, pero siempre lo harn de modo que la carga total del sistema permanezca constante.

VI. CUESTIONARIO1. En la carga del electroscopio por induccin, Cul es el signo de la carga residual? La induccin es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo. Cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interaccin elctrica entre las cargas del primero y las del cuerpo neutro.Como resultado de esta interaccin, la distribucin inicial se altera: el cuerpo electrizado provoca el desplazamiento de los electrones libres del cuerpo neutro.

2. En la carga por friccin, que determina el signo de la carga adquirida por un determinado material?, explique. Si se frota una barra de vidrio o de plstico con un trozo de seda, este se carga positivamente. La seda tiene ms afinidad por los electrones que la barra de vidrio o de plstico. Con el frotamiento llevado a cabo, los electrones se desprenden de la barra y son traspasados a la seda. A partir de esto, de deduce que todo objeto con un nmero de electrones diferente al de protones posee carga elctrica. Con ms electrones que protones est cargado negativamente, y con ms protones que electrones est cargado positivamente.3. De lo obtenido en la segunda actividad, dira usted que la carga se conserva?, explique.

La induccin es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo.Un cuerpo cargado elctricamente puede atraer a otro cuerpo que est neutro. Cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interaccin elctrica entre las cargas del primero y las del cuerpo neutro.En un proceso de electrizacin, el nmero total de protones y electrones no se altera y slo hay una separacin de las cargas elctricas. En este proceso de redistribucin de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas se carga positivamente y en otras negativamente.

Se dice que aparecen cargas elctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado, denominado inductor, induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae. 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.

4. En la tercera actividad la magnitud de la carga transferida variara si el radio de la esfera conductora descargada fuera mayor a la de la esfera cargada? Si Variar debido a que la carga con la superficie son inversamente proporcionales, es decir mientras ms radio tenga la esfera, menos carga se transferir o si el radio disminuye la carga aumentar.

7. En la polarizacin de cargas ocurrida al acercar el cuerpo cargado al cuerpo descargado la fuerza de repulsin es de la misma magnitud para ambos elementos?, explique.

La polarizacin de la carga sucede cuando, por induccin, un lado de la molcula o tomo se hace ligeramente ms positivo. Cuando se acerca una carga negativa externa por la izquierda, las a cargas del tomo neutro o molcula se reacomodan de tal manera que el lado izquierdo es ligeramente ms positivo y el derecho, ligeramente negativo. Todos los tomos o molculas prximos a una superficie se polarizan elctricamente.

8. Cmo explica usted la descarga elctrica atmosfrica durante una tormenta?, explique.

El fenmeno elctrico ms comn del mundo inorgnico son las descargas elctricas atmosfricas denominadas rayos y relmpagos. Debido al rozamiento de las partculas de agua o hielo con el aire, se produce la creciente separacin de cargas elctricas positivas y negativas en las nubes, separacin que genera campos elctricos. Cuando el campo elctrico resultante excede el de ruptura dielctrica del medio, se produce una descarga entre dos partes de una nube, entre dos nubes diferentes o entre la parte inferior de una nube y tierra. Esta descarga ioniza el aire por calentamiento y excita transiciones electrnicas moleculares. La brusca dilatacin del aire genera el trueno, mientras que el decaimiento de los electrones a sus niveles de equilibrio genera radiacin electromagntica, luz. Son de origen similar las centellas y el fuego de San Telmo. Este ltimo es comn en los barcos durante las tormentas y es similar al efecto corona que se produce en algunos cables de alta tensin. El dao que producen los rayos a las personas y sus instalaciones puede prevenirse derivando la descarga a tierra, de modo inocuo, mediante pararrayos. 9. En el experimento de Millikan para demostrar que la carga elctrica esta cuantizada, de que manera se cargan elctricamente las gotas de aceite?, explique. Este experimento consiste en introducir en un gas, gotitas de aceite de un radio del orden de un micrmetro. Estas gotitas caen muy lentamente, con movimiento uniforme, con su peso compensado por la viscosidad del medio. Este tipo de movimiento viene regido por la ley de Stokes. Ahora bien, las gotas se cargan electrostticamente al salir del atomizador por lo que su movimiento de cada se altera fuertemente si se hace actuar un campo elctrico vertical. Ajustando convenientemente el campo, puede lograrse que la gota permanezca en suspensin.Conociendo el valor m de la masa de la gota, la intensidad E del campo elctrico y el valor g de la gravedad, puede calcularse la carga q de la gota en equilibrio: mg = qEMillikan comprob que las variaciones de esta carga eran siempre mltiplos de una carga elemental, indudablemente la del electrn. Por consiguiente pudo medir la carga elctrica que posee un electrn. Este valor es: e = 1,602 10-19 culombios.10. Explique el funcionamiento de un generador de Van de Graff. Funcionamiento del generador de Van de Graaff Hemos 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.

BIBLIOGRAFIA www.wikipedia.com www.arraki.es www.solociencia.com GUIA DE LABORATORIO DE FISICA III Google imgenes.