cargas eléctricas y cuerpos electrizados b

LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y

MAGNETISMO

15-9-2015

2015

INTEGRANTE:

ARIAS VERAMENDI KRISTEL

MG. JAVIER MONTENEGRO JOO

Experiencia N°1: CARGAS ELÉCTRICAS Y CUERPOS ELECTRIZADOS

UNMSM LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

ContenidoI. OBJETIVOS.................................................................................................................................2

II. MATERIALES.............................................................................................................................2

III. FUNDAMENTO TEÓRICO.........................................................................................................3

Campo eléctrico...................................................................................................................3

Diferencia De Potencial Eléctrico.........................................................................................3

Líneas De Fuerza Eléctrica....................................................................................................4

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL...........................................................................................5

V. CUESTIONARIO.........................................................................................................................7

VI. CONCLUSIONES.....................................................................................................................11


Experiencia N°1: CARGAS ELÉCTRICAS Y CUERPOS ELECTRIZADOS

I. OBJETIVOS

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

• Experimentar con la electrificación de los cuerpos mediante las diversas formas

• Verificar la interacción electrostática entre cargas de igual signo y de signos opuestos.

• Conocer el funcionamiento y los principios físicos de un generador electrostático-máquina de Wimshurst y el generador de Van de Graaff.

II. MATERIALES

01 Cubeta de vidrio.

01 Fuente de voltaje de CD.

01 Voltímetro.

02 Electrodos de cobre.

01 Punta de prueba.

01 Cucharadita de sal.

02 Papeles milimetrados.

04 Cables de conexión


III. FUNDAMENTO TEÓRICO

Generador electrostático: Máquina de Wimshurst

La Maquina de Wimshurst es un generador electrostatico de altos voltajes desarrollados entre 1880 y 1883 por el britanico inventor James Wimshurst (1832 - 1903).Tiene un aspecto distintivo con dos discos que giran en sentidos opuestos montados en un plano vertical, dos barras cruzadas con dos cepillos metalicos, conectados a condensadores y a esferas entre las cuales se produce la descarga.

Se trata de una máquina electrostática, constituida por dos discos de ebonita, paralelos, muy próximos entre sí y dispuestos sobre el mismo eje, de tal modo que pueden girar con rapidez en sentido contrario. Su rotación se efectúa con auxilio de un manubrio que actúa 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 estaño, que durante la rotación frotan con dos pinceles flexibles de hilo metálico, sostenidos en los extremos de un arco metálico. Este arco y su igual de la cara opuesta son movibles y pueden formar un ángulo de 90°. En los extremos del diámetro horizontal, rodean a los platillos dos puntas metálicas, unidos a conductores independientes, aislados entre sí. 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 máquina. En comunicación con los dos conductores hay dos condensadores que sirven para aumentar la intensidad y el tamaño de la chispa.

Generador Electrostático; Máquina De Van De Graaff:

El Generador de Van de Graaff es una máquina electrostática empleada en física nuclear para producir tensiones muy elevadas. El generador fue desarrollado en 1931


por el físico estadounidense Robert Jemison Van de Graaff. Consiste en un terminal de alta tensión formado por una esfera metálica hueca montada en la parte superior de una columna aislante. Una correa continua de material dieléctrico, como algodón impregnado de caucho, se mueve desde una polea situada en la base de la columna hasta otra situada en el interior de ésta. Mediante una tensión eléctrica de unos 50.000 voltios se emiten electrones desde un peine metálico de púas afiladas, paralelo a la correa móvil. La correa transporta las cargas hasta el interior de ésta, 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. El generador Van de Graaff se usa para acelerar un haz de electrones, protones o iones destinado a bombardear núcleos atómicos.

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

A.- Ubique en la mesa de trabajo en la posición más adecuada la máquina de Wimshurst y Van De Graaff.

B.- Experimente la Interacción entre las barras cargadas y la esfera de tecnoport que está suspendida en el péndulo eléctrico

A-1 Maquina de Wimshurst

01.- Identifique las partes de las máquinas electrostáticas

02.- Gire lentamente la manivela en sentido horario, los conductores transversales deben señalar, por arriba, hacia la izquierda y por debajo, hacia la derecha, en un ángulo de 45°, en relación con la barra de aislamiento.

03.- Mantenga el interruptor de aislamiento abierto y anote lo observado.

04.- Ahora cierre el interruptor, anote lo observado.

05.- Conecte las botellas de Leyden, anote lo observado. Los pasos 2, 3 y 4 se efectúan girando las manivelas del equipo.


06.- Determine la polaridad del generador electrostático por medio de un electroscopio. Este último se carga con un electrodo y se toca luego con una barra de plástico previamente frotada con lana, anote el signo de la carga.

07.- Ahora acerque una lámpara de fluorescente y anote lo observado, identifique la polaridad de la lámpara.

08.- 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.

09.- Péndulo doble; (figura -05) colocar un péndulo de bolitas de saúco en soporte con gancho, conectar a la fuente de carga y transmitir una carga a través de ésta, anote lo observado.

10.- Clavija de conexión en pantalla de seda; (figura-06) colocar la clavija de conexión 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; (figura -07) colocar sobre el juego de campanas, conectar la fuente de carga y aumentar lentamente la carga suministrada, anote lo observado.

12.- 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.

13.- Danza eléctrica; ( figura -09) colocar el tablero de base sobre el soporte, colocar sobre él bolitas de saúco de 5 a 8 unidades, y poner encima de la cubierta con electrodos esféricos invertida, conectar la fuente de carga y aumentar lentamente la cantidad de carga suministrada, anote lo observado.

14.- Aparato fumívoro; (figura – 10) 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; (figura -11). Colocar sobre el soporte la placa de base, y el carril de rodamiento de bolas. Al hacerlo, asegúrese de que la distancia del carril de rodamiento con bolas no caiga hacia un lado. Coloca la bola, limpia y seca, sobre la placa de base de tal manera que entre en contacto con el canto del electrodo esférico superior. Conectar la fuente de alimentación y suministrar lentamente la carga, anote lo observado.

A-2 Máquina de Van De Graaff:

16.- Conecte la máquina de Van De Graaff, a la fuente de 250V de C.A. Tenga cuidado, si tiene dudas consulte al profesor.

17.- Una vez encendida, la faja vertical comenzará a girar, identifique el signo de la carga de la esfera, con la ayuda de un electroscopio, anote lo observado.

18.- Utilice los dispositivos efectuados en los procesos del 9 al 17, anote lo observado.


19.- Acerque el electroscopio lentamente a la esfera y anote el máximo valor del ángulo que se desvía las hojuelas.

B. PÉNDULO ELÉCTRICO.

1. Acerque cualquiera de las barras, sin frotarla, a la esfera de tecnoport que está suspendida en el péndulo eléctrico como muestra la ilustración 5. Anote lo observado.

2. Frote la barra de acetato con el paño de seda, luego acérquela a la esfera de tecnoport. Repita la operación frotando la barra de vinilito. Anote sus observaciones.

3. Ponga frente a frente dos esferas de tecnoport suspendidas en los péndulos eléctricos. A continuación frote la barra de vinilito con el paño de lana, luego toque a la esfera 1 y a la esfera 2. Anote sus observaciones.

4. Frote nuevamente la barra de acetato con el paño de seda y la barra de vinilito con el paño de lana y toque la esfera 1 con la barra de acetato y a la esfera 2 con la barra de vinilito. Anote sus observaciones.

5. Asigne el nombre que usted desee a las cargas eléctricas obtenidas en los pasos 3 y 4.

6. Frote nuevamente la barra de acetato con el paño de seda, luego toque la esfera 1 y la esfera 2. Anote sus observaciones.

7. Frote nuevamente la barra de vinilito con el paño de lana, luego acérquela a la esfera 1 y esfera 2. Anote sus observaciones

8. Acerque sin tocar la barra de acetato a la esfera 1, simultáneamente acerque sin tocar. la barra de vinilito a la esfera 2. Anote sus observaciones.

9. La ilustración 3 nos muestra un electroscopio, aparato que nos permite observar si un cuerpo está electrizado o no lo está. Acerque la barra de acetato previamente frotada con el paño de seda a la esfera metálica del electroscopio. Anote sus observaciones.

10. Manteniendo cerca de la esfera metálica, la barra de acetato, coloque un dedo de su mano sobre la esfera. Anote sus observaciones.

11. Manteniendo cerca de la esfera metálica la barra de acetato, retire el dedo que había colocado sobre ella. Anote sus observaciones.

12. Retire la barra de acetato de la vecindad de la esfera metálica. Anote sus observaciones.

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

V. CUESTIONARIO

1.¿Cómo puede usted determinar el signo de las cargas de las esferas de tecnoport?, explique.


Para determinar la magnitud del campo eléctrico entre las líneas equipotenciales, se utilizará una fórmula que esté en función de la diferencia de potencial entre dos puntos

2. En las experiencias efectuadas, ¿cómo podría aplicar el principio de superposición? Explique

Ver gráfico en papel milimetrado.

3. Del experimento realizado, ¿se puede deducir qué tipo de carga se traslada de un cuerpo a otro?

Para tal fin se utilizaron diferentes electrodos y la práctica se realizó en dos partes constituyendo los siguientes sistemas:

• Electrodos aro-aro• Electrodos aro-barra

En cada uno de los casos anteriores, se buscaron puntos del sistema donde hubiese el mismo potencial tomando como referencia un sistema de ejes coordenados, y las parejas ordenadas obtenidas se graficaron obteniendo así las líneas equipotenciales.

Se observó que las líneas equipotenciales son paralelas a la superficie del electrodo (barra), en el caso de un electrodo circular estas se forman como círculos de mayor radio alrededor de cada electrodo.

Fue posible construir las líneas de campo para conocer la trayectoria del campo eléctrico, los resultados correspondieron satisfactoriamente con los descritos en la teoría.

En conclusión las líneas equipotenciales tendrán la forma de los electrodos.

4. Enuncie los tipos de electrización, explique cada caso.

Las líneas equipotenciales nunca se cruzan debido a que nacen en la carga positiva por tanto cada una de ellas busca su propio negativo en el cual terminan. Hablando en términos físicos podemos decir que nunca se cruzarían debido a en cada uno de los puntos que las conforman nunca pueden existir dos valores de potenciales eléctricos distintos.

5. ¿Por qué el cuerpo humano es un buen conductor de la electricidad? Explique detalladamente.

Bueno depende de la carga de prueba, ya que las líneas de fuerza se dirigen del electrodo positivo al electrodo negativo, o sea del electrodo de mayor potencial al electrodo de menor potencial, si la carga de prueba fuera positiva las líneas se dirigirían al electrodo negativo, y fuera negativo se iría al electrodo positivo.

6. En la ilustración 6 considere que la bola 1 tiene una carga Q y la bola 2 está descargada. Considere además que las bolas tiene igual radio r. ¿Qué sucederá?


Por teoría sabemos que cuando una fuerza realiza trabajo sobre una carga para moverla de un lado a otro (del punto A al punto B) sobre una línea o superficie equipotencial es nula puesto que la diferencia de potencial es nula.

Entonces para que dicho trabajo realizado por la fuerza sea nulo esta última debe de ser perpendicular al desplazamiento. Por lo que el campo eléctrico el cual es paralelo a la fuerza siempre es perpendicular a la superficie equipotencial, dando como consecuencia que las líneas de fuerza sean perpendiculares a las líneas equipotenciales.

7. Siguiendo con la ilustración 6, suponga que mediante algún deslizamiento del hilo la esfera 1, que contiene una carga Q, se pone en contacto con la esfera 2, que está descargada ¿Qué es lo que se observará?. ¿Cuál será la carga que adquiere de la esfera 2?

Para poder hallar el trabajo realizado utilizamos los datos obtenidos en la gráfica:

8. Siendo E=V B−V A

d, el error absoluto de E es:

9. El error relativo de la medida de E es:

Error relativo: Es el cociente (la división) entre el error absoluto y el valor exacto.

ER=E A/X m

ER=1.638 /24.7=0.066

En porcentaje será

ER%=ER x 100=6.6%

10. ¿Qué semejanza y diferencia existe entre un campo eléctrico y un campo gravitatorio?

DIFERENCIASCAMPO GRAVITATORIO CAMPO ELECTRICO

Este campo no depende del medio. La intensidad del campo es pequeña

debido a: G=6.67*10−11. Las fuerzas son de atracción. Una masa en reposo o en

movimiento crea un campo gravitatorio.

Este campo si depende del medio (dieléctrico).

La intensidad del campo es grande debido a: K=9*109.

Las fuerzas pueden ser de atracción como de repulsión.

Una masa en reposo crea un campo eléctrico, y si está en movimiento crea un campo eléctrico y magnético.


Semejanzas:

Estos dos campos interactúan con los cuerpos sin manifestar contacto con ellos.

La magnitud se incrementa cuando se acerca al cuerpo que genera este campo y disminuye si se aleja de este.

Ambos campos son conservativos. Estos dos campos son centrales, ya que están dirigidos hacia el punto donde

se encuentra la carga o la masa que los crea.

11. Si el potencial eléctrico es constante a través de una determinada región del espacio. ¿Qué puede decirse acerca del campo eléctrico en la misma? Explique.

El campo eléctrico a través de una superficie equipotencial no siempre es constante, debido a que el campo eléctrico es una magnitud vectorial a diferencia del potencial la cual es una magnitud escalar.

Solo en un caso en particular el campo eléctrico es uniforme, estamos hablando del campo eléctrico entre las dos placas paralelas de un condensador cargado en donde las líneas del campo eléctrico son perpendiculares a las placas y las líneas equipotenciales son paralelas a las placas.


VI. CONCLUSIONES

De la experiencia llevada a cabo se puede concluir lo siguiente: El campo eléctrico producido por los dos electrodos colocados simétricamente es constante, ya que en la parte práctica gracias al papel milimetrado observamos que tienden a ser una línea recta perpendicular a la superficie equipotencial.

Una superficie equipotencial el campo eléctrico no es necesariamente contante debido a la naturaleza de magnitudes además podemos concluir que las líneas equipotenciales no se cruzan debido a su naturaleza ya que en cada uno de los puntos que las conforman no puede existir dos valores distintos de potencial eléctrico.

Vemos que las líneas equipotenciales toman la forma de los electrodos, En la gráfica No se observa que un conjunto de puntos equipotenciales forman una curva parecida a un semicírculo alrededor del electrodo en forma de aro, no se observa el circulo completo ya que las medidas se tomaron a un solo lado del aro pero se deduce que si se hubiesen tomado las medidas en todo el contorno del electrodo se hubiese presentado una forma de circulo equipotencial. Se recomienda para prácticas posteriores tomar más datos donde se rodee totalmente el electrodo patrón.

De esta experiencia podemos concluir que en una superficie equipotencial el campo eléctrico no es necesariamente contante debido a la naturaleza de magnitudes además podemos concluir que las líneas equipotenciales no se cruzan debido a su naturaleza ya que en cada uno de los puntos que las conforman no puede existir dos valores distintos de potencial eléctrico.

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