1

PRACTICA DE LABORATORIO Nº 1

“ELECTROSTATICA”

I.-OBJETIVOS:

Comprobar y verificar las leyes de la electrostática. Experimentar con la forma de cargar un cuerpo: por

frotamiento, contacto e inducción. Observar cualitativamente el comportamiento de los cuerpos

cargados.

II.-IQUIPOS Y MATERIALES:

Péndulo eléctrico:

Electroscopio

Barra de vidrio

Barra de plástico

2

Barra de metal.

Tela de seda

Tela de lana

Soporte universal

III.-MARCO TEORICO:

3

1.-ELECTROSTATICA.

Rama de la física que estudia los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el estudio de las cargas eléctricas e reposo, sabiendo que las cargas puntuales son cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables frete a otras dimensiones del problema. La carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la posee.

Históricamente, la electrostática fue la rama del electromagnetismo que primero se desarrolló. Con la postulación de la ley de coulomb fue descrita y utilizada en experimentos de laboratorio a partir del siglo XVII, y ya en la segunda mitad del siglo XIX las leyes de maxwell concluyeron definitivamente su estudio y explicación, y permitieron demostrar con las leyes de la electrostática y las leyes que gobiernan. Los fenómenos magnéticos pueden ser estudiados en el mismo marco teórico denominado electromagnetismo.

Si se frotan dos cuerpos de diferentes substancias se eleva la temperatura de las superficies, esto liberara electrones de sus bandas de valencia, estos serán atraídos por los núcleos con una fuerza proporcional a la valencia de los mismos, el átomo con más electrones de valencia atraerá con más fuerza los elementos libres y algunos atravesaran la superficie de contacto. Al separarse los cuerpos uno de ellos tendrá exceso de electrones y el otro carencia de los mismos, ya no serán cuerpos eléctricamente neutros. El cuerpo con carencia de electrones habrá adquirido carga eléctrica positiva, y él con exceso carga negativa.

2.-ELECTRICIDAD POR FROTAMIENTO:

4

La palabra electricidad deriva de “ELECTRON” que en griego quiere decir “AMBAR”. Los griegos descubrieron que al frotar el ámbar con un trozo de paño o piel, esta adquiría la propiedad de atraer pequeños objetos livianos. Con el tiempo se descubrió que no solo el ámbar se electriza por frotamiento, sino también otros materiales como el vidrio, el lacre, la resina, etc.

Por lo general los cuerpos se encuentran en estado neutro es decir con igual cantidad de carga positiva “+” (protones) y cargas negativas “-” (electrones).

Si un objeto o cuerpo tiene exceso de electrones, se dice que está cargado o electrizado “negativamente” (antiguamente se le denominaba electricidad resinosa).

Las cargas eléctricas del mismo signo se repelen mutuamente y las cargas de signo contrario se atraen.

3.-INDUCCION ELECTROSTATICA:

Si un cuerpo cargado positivamente se acerca a un conductor (neutro), obliga a este último a un desplazamiento de su carga, los de signo contrario hacia las zonas más próximas del cuerpo.

4.-PENDULO ELECTRICO:

Es un sencillo dispositivo empleado con fines didácticos para poner de manifiesto ciertos fenómenos electrostáticos.

Funcionamiento.-

Consiste usualmente en una pequeña esfera de sauco que pende de un hilo de seda y generalmente se utiliza u par de ellos para mostrar cómo interactúan entre sí. La ligereza de la bola de sauco permite que esta experimente un gran desplazamiento cuando sobre ella actúan fuerzas electrostáticas al acercársele un objeto cargado. Es un material aislante, pero la presencia de cierta cantidad de humedad (absorbida del aire) combinada con algunas sales propias de la madera de sauco le confieren una pequeña movilidad a la carga eléctrica; esto es lo que hace que la madera (o la semilla) del sauco sea particularmente adecuada para estos experimentos.

5.-ELECTROSCOPIO:

5

Es un dispositivo que permite detectar la presencia de un objeto cargado aprovechando el fenómeno de separación de cargas por inducción.

Funcionamiento:

Si a la esfera o disco se le acerca un cuerpo cargado, o se toca con él, todo el aparato se cargara de electricidad, por lo que las dos tiras de lámina, al quedar cargadas con electricidades del mismo signo, se repelen entre sí, se separan, de esta manera, el electroscopio permite determinar si un cuerpo está cargado o no: si al tocar con él el disco o la esfera del electroscopio las laminillas se separan, quiere decir que el cuerpo está cargado, mientras que si no se separan, es que no lo está.

6.-LEY DE COULUMB:

Esta ley rige las atracciones o repulsiones de dos cargas eléctricas la cual es como sigue “la fuerza de atracción o de repulsión es directamente proporcional al producto de las cargas eléctricas e inversamente proporcional al cuadrado de las distancias.

Charles Augustín de Coulomb (1736-1806), e 1785, midió por primera vez las atracciones y repulsiones eléctricas y dedujo la ley que las rige. Estableció que “la fuerza con la que se atraen o se repelen dos cuerpos cargados, es directamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa” y planteo la fórmula que las relaciona.

Esta es una típica formula empírica, es decir derivada directamente de la experimentación, en ella F es la fuerza, q1 y q2 la magnitud de las cargas, y d2 el cuadrado de la distancia. Aparece también lo que es normal en las formulas empíricas la constante de

6

proporcionalidad K. en k se agrupan todos los factores que no intervienen directamente en el resultado del experimento, aquí K depende del medio en que se encuentran las cargas y puede contener factores de conversión de las unidades empleadas. Experimentos posteriores demostraron que el exponente aplicado a la distancia estaría comprendido entre 2,000000002 y 1,999999998. En el sistema de unidades c.g.s (las unidades fundamentales de las cuales se derivan las demás son centímetro, gramo y segundo) la fuerza esta dad en dinas, la distancia en centímetros y las cargas en unidades c.g.s electrostáticas de carga eléctrica o Statcoulomb. Empleando el sistema de unidades M.K.S (UNIDADES METRO, KILOGRAMO y segundo) la fuerza será en kg equivalente a 9,807x105dinas, la distancia en metros y la carga en coulomb (1coulomb=2,998x109Statcoulomb). Si se aplican unidades c.g.s. K valdrá en el vacío 1,00.

IV.-PROCEDEMIENTO:

A.- ELECTRICIDAD POR FROTAMIENTO:

Acercar la barra de vidrio al péndulo, luego la barra de plástico. Observe y anote lo que ocurre.Las varillas no contienen carga eléctrica por lo tanto sus electrones s se encuentra en reposo lo cual ocasiona que la resultante de fuerzas sobre el péndulo sea cero lo cual implica que no haiga movimiento.

Frotar la barra de vidrio con el paño de seda acérquelo sin tocarlo, luego toque la esfera del péndulo. Descubre lo que sucede.

Al cercársele la barra de vidrio cargado eléctricamente a la esfera esta se acerca al vidrio y al tocarlo las fuerzas se repelen.

Frotar la barra de plástico con un paño de lana, acérquelo al péndulo sin tocarlo; luego toque la esfera del péndulo. Descubre lo que sucede.Al frotar la barra de plástico esta queda cargada eléctricamente por lo cual la acción que ejerce sobre la esfera del péndulo es de atracción.

7

Frotar una barra metálica con un paño de seda y acérquelo al péndulo ¿Qué sucede? Luego realice el mismo procedimiento, sujetando la barra metálica con un mango aislador, acérquelo ¿Qué sucede? ¿a qué conclusión se llega en esta experiencia?En el primer experimento no se observa ningún movimiento debido a la neutralidad de cargas; en el segundo experimento la esfera es atraída. Esto se debe a que en el primer caso o se utilizó un aislado por lo que la carga se descargó sobre el cuerpo por ser un conductor.

B.- VARILLA SUSPENDIDA:

Colocar una varilla de plástico suspendida de un hilo aislante, de tal manera que este en posición horizontal, cargar uno de sus extremos frotando con un paño de lana. Aparte frote una varilla de plástico con el mismo paño y acérquela al extremo cargado de la varilla suspendida (anote sus observaciones).Al cargar ambas barras estas se repelen entre sí por tener cargas iguales pero si acercamos la barra que está libre al otro extremo de la barra colgada horizontalmente estas se atraen.

Repita la misma experiencia, pero esta vez acercando una varilla de vidrio frotada con seda (anote sus observaciones).Las dos barras la de plástico y la de vidrio se atraen por lo cual se llega la conclusión que poseen cargas distintas.

8

C.-ELECTRIFICACION POR INDUCCION:

Una varilla de metal (Cu), colocada sobre un vaso está muy próximo por un extremo a la esfera de un péndulo. Frote una barra de plástico con lana y acérquela por el otro extremo del metal ¿a qué conclusión se llega? La varilla de metal atrae la esfera que se encuentra en el péndulo gracias a que hubo intercambio de electrones por inducción de cargas diferentes.

D.-ELECTROSCOPIO:

Acerque la varilla de vidrio y luego la de plástico al electrodo “E” del electroscopio. Observe lo que sucede.No ocurre ningún cambio o efecto; por lo cual se dirá que los electrones de las varillas se encuentran en reposo ya que no han sido cargados eléctricamente.

Frote una barra de plástico con un paño de lana y acérquelo al terminal del electroscopio. Anote lo observado. Restablecer la neutralidad eléctrica del electrodo “E” (tocar con un dedo la esfera “E”)Al acercar la varilla de plástico notamos u ligero movimiento en las láminas del electroscopio por lo cual diremos que la varilla de plástico está cargada eléctricamente, esto debido al frotamiento previo con un paño de lana.

Realizar la misma operación con una varilla de vidrio al ser frotada con seda. Anote sus observaciones. Restablecer la neutralidad del electrodo “E”.Con la varilla de vidrio se observa u movimiento menor que con la varilla de plástico esto se debe a la misma del vidrio ya que o suele retener una carga eléctrica por mucho tiempo en un espacio al aire libre.

9

VI.- CONCLUSIONES:

Al encontrarse u cuerpo en reposo también lo están los electrones que este posee, un cuerpo se carga eléctricamente cuando hay un contacto ya sea por inducción o frotamiento con otro cuerpo.

Cuando frotamos dos cuerpos estos se transfieren cargas; uno de ellos obtiene exceso de carga positiva y el otro exceso de carga negativa.

Al entrar en contacto dos cargas iguales estas se repelen y si las cargas son diferentes se atraen entre sí.

VII.-BIBLIOGRAFIA: http://www.profesorenlinia.cl/fisica/

Electricidadleydecoulomb.html http://www.hverdugo.cl/concepto/conceptos/

electrostatica.pdf http://www.fodonto.uncu.edu.ar/upload/electrostatica.pdf