UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR

FACULTAD DE CIENCIAS BSICAS Y EDUCACIN

DEPARTAMENTO DE FSICA

LABORATORIOS DE FSICA MIGUEL NGEL VARGAS Z.

GUA DE LABORATORIO No. 1

ELECTROMAGNETISMO: Fuerza Electrosttica

INTRODUCCIN

Existe evidencia arqueolgica revelante (pila, plateado de objetos, pararrayos, etc.)

como la encontrada en las orillas del rio Tigris al sur de Bagdad, que fundamenta la

afirmacin sobre el conocimiento que se tena de la electricidad en el imperio

Babilnico, mil o dos mil aos antes de los griegos. La propiedad que tienen algunos

materiales de atraer otros cuerpos como pelusas, hilos y trocitos de paja, se conoca muy

bien en la antigedad en Grecia, Roma y Persia.

Sin embargo, los primeros reportes escritos sobre la atraccin del mbar (resina fsil) se

remonta a los textos antiguos de los griegos. Tales de Mileto en el ao 600 A.C saba

que el mbar frotado atraa objetos pequeos tales como plumas o pajitas. El mbar

tena otra propiedad misteriosa: al frotarlo en la oscuridad produca pequesimas

chispas azuladas acompaadas de un leve crujido y un susurro que apenas se oa. De

estos hechos deriva el trmino electricidad, el cual proviene de elektron, que significa

mbar (que atrae) en griego. En 1600, William Gibert demostr que muchas sustancias distintas al mbar adquiere

una propiedad atractiva cuando se frotan, es decir, descubri que el fenmeno de

electrificacin era un fenmeno general y no solamente del mbar. Introdujo el

trmino fuerza elctrica para describir la interaccin de dos objetos cargados por friccin y determin que podra de atraccin o repulsin. Tambin inventa un primer

modelo para explicar la electrizacin de un cuerpo por friccin.

En 1729, Stephen Gray, descubri que la atraccin y la repulsin elctrica pueden

transferirse de un cuerpo a otro si ambos se conectan mediante determinadas sustancias,

en especial metales. l observ que un corcho colocado en el extremo de un tubo de

vidrio frotado, atraa objetos livianos. Coloc el clavo por una barra metlica y el efecto

fue el mismo. Us una barra ms larga colgada de cordones de seda y not que su

extremo an atraa. Como no tena ms metal, at a la barra un hilo de camo colgado

de hilos de seda y observ lo mismo. De esta manera logro transmitir la electricidad

hasta 150 metro. Concluy que la electricidad fluye. Prob que los metales transmiten

muy bien la electricidad y los llam conductores; y que otros materiales generan

electricidad y los llam elctricos.

En 1733 Charles Dufay, descubri que existan os tipos de electricidad: una se obtiene

al frotar un trozo de cristal y la otra al frotar un trozo de resina. Anunci que la

electricidad consista de dos fluidos: el vtreo (de vidrio) y el resinoso (de resina). Segn l, sin electrizar, la materia es neutra y contiene la misma cantidad de los dos

fluidos; por la friccin, stos se separan produciendo un desbalance en las cantidades de

los fluidos, quedando as electrizada. Se dio cuenta que, los mismos tipos de

electricidad se repelan entre s y los opuestos se atraan.

En 1752 Benjamin Franklin, present la teora del fluido nico para explicar los dos

tipos de electricidad, positiva y negativa. Estableci el uso convencional de positivo y

negativo, en vez de vtreo y resinoso, para distinguir los tipos de electricidad, y encontr

que un cuerpo conductor se puede cargar si se asla de los que los rodean.

En 1767 Joseph Priestley, estableci que las cargas elctricas se atraan con una fuerza

inversamente proporcional a la distancia que las separan. En 1776 Charles Coulomb,

invent la balanza de torsin con la cual, midi con exactitud la fuerza entre las cargas

elctricas y corrobor que dicha fuerza era proporcional al producto de las cargas

individuales e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

1. CONCEPTOS BSICOS

Interaccin entre cargas elctricas. Hay muchos experimentos sencillos que

demuestran la existencia de fuerzas electrostticas. Por ejemplo, despus de peinarse el

pelo, puede comprobarse que el peine atrae trocitos de papel. La fuerza de atraccin

electrosttica es a veces tan intensa que puede suspender los trocitos de papel en el aire.

Se produce el mismo efecto cuando se frotan otros materiales, como el vidrio o el

caucho.

Carga elctrica. Cuando los materiales se comportan del modo descrito anteriormente,

decimos que estn cargados elctricamente. Puede cargar su propio cuerpo

elctricamente al caminar sobre una alfombra de lana o deslizarse sobre el asiento de un

carro. Puede entonces sentir y eliminar la carga de su cuerpo tocando a otra persona.

(Este experimento funciona mejor si el tiempo es seco, puesto que, si el aire est

excesivamente hmedo, puede proporcionar un camino para que la carga salga del

cuerpo).

Tipos de carga. Los experimentos demuestran tambin que hay dos tipos de carga

elctrica, denominados carga positiva y negativa por Benjamin Franklin. La figura 1

muestra la interaccin entre dos tipos de carga. Una varilla de caucho (o plstico) que se

ha frotando con pelo de un animal (o un tejido acrlico) se suspende de un hilo.

Figura 1: (a) Una varilla de caucho cargado negativamente, suspendida de

un hilo, es atrada por una varilla de vidrio cargada positivamente. (b) Una

varilla de caucho cargada negativamente es repelida por otra varilla de

caucho cargada negativamente.

Cuando se acerca a la varilla de caucho una varilla de vidrio que se ha frotado con seda,

la varilla de caucho es atrada hacia la de vidrio (figura 1a). Por lo contrario, si se acerca

dos varillas de caucho (o dos varillas de vidrio), como se observa en la figura 1b, la

fuerza que aparece entre ambas es repulsiva. Este hecho experimental demuestra que el

caucho y el vidrio tienen tipos de carga diferentes de carga. Se usa la convencin

propuesta por Franklin: la carga elctrica de la varilla de vidrio se denomina positiva y

la de la varilla de caucho se denomina negativa. A partir de observaciones como sta,

podemos generalizar diciendo que las cargas del mismo signo se repelen y las cargas

de signo contrario se atraen.

Otra caracterstica importante de la carga elctrica es que la carga neta de un sistema

aislado siempre se conserva. Cuando dos objetos, inicialmente descargados, se cargan

frotando uno contra el otro, no se crea carga en el proceso. Los objetos se cargan porque

hay una transferencia de electrones de un objeto a otro.

Conductores y aislantes. Las cargas elctricas pueden tambin desplazarse de una

posicin a otra dentro de un objeto; este desplazamiento de carga se denomina

conduccin elctrica. Es conveniente clasificar las sustancias dependiendo de la

facilidad con la que permiten que la carga se desplace en su interior:

Un conductor es un material en el que la carga puede moverse de manera relativamente

libre; un aislante es un material en el que la carga no puede moverse libremente.

Electroscopio. Es un instrumento de prueba que se usa para comprobar si un cuerpo se

encuentra cargado o no de electricidad, as como tambin para identificar el tipo de

carga que ste posee.

Figura 2: El electroscopio

2. OBJETIVO:

Cargar cuerpos elctricamente por frotamiento y observar la fuerza entre cuerpos

cargados elctricamente y adems, determinar si un cuerpo posee carga elctrica

usando el electroscopio.

3. MATERIALES

2 Barras de baquelita o PVC.

2 Barras de vidrio.

2 Barras metlicas.

En particular, en la figura 2 se muestra un modelo

construido por fiel metlico suspendido de un eje

que lo atraviesa perpendicularmente y colocado

cerca de su centro de masa. De esta forma se

mantiene en equilibrio mecnico estable en un

soporte tambin vertical, y que a su vez, sustenta un

disco colector de carga en su extremo superior.

Toda esta estructura es metlica (conductora) y se

sostiene de un disco de plexigls (aislante),

montado en una carcasa tambin de metal. En otra

versin, se sustituye el pitillo por dos lminas

metlicas (aluminio) muy delgadas.

2 Pivotes para rotacin.

2 Paos de seda para frotar.

1 Electroscopio.

4. PROCEDIMIENTO

4.1 Frote 2 barras de baquelita o PVC con el pao de lana y dos barras de vidrio con un

pao de seda. Coloque una de las barras frotadas de PVC sobre uno de los pivotes y

una de las barras de vidrio sobre el otro pivote y acrqueles, a cada una de ellas, primero

la barra de vidrio frotada y luego la otra barra de PVC. Tome nota de lo observado.

4.2 Acerque el plato del electroscopio a cada una de las barras frotadas. Observe si hay

deflexin en su hojilla.

4.3 Reemplace la barra en uno de los pivotes por una barra metlica. Acrquele primero

una de las barras de PVC frotadas, luego una de vidrio frotada y por ltimo otra barra

metlica. Observe el tipo de interaccin en cada caso.

PREGUNTAS PARA EL ANLISIS

1. Explique a qu se debe la atraccin o repulsin de las barras.

2. Qu puede decir sobre los tipos de carga que aparecen sobre las barras de PVC y de

vidrio?

3. De qu tipo es la carga que aparece en la hojilla del electroscopio al acercarle un

cuerpo cargado?

4. Por qu las dos barras metlicas no interaccionan entre ellas, pero si interaccionan

con las barras de baquelita o de vidrio?

5. La teora afirma que slo existen dos tipos de carga elctrica (negativa y positiva),

esto implica que si un cuerpo A atrae elctricamente a otro cuerpo cargado B y tambin

atrae a un tercer cuerpo cargado C, entonces los cuerpos B y C deben repelerse

elctricamente. Cmo se explica entonces, que en el punto 3 del procedimiento, la

barra metlica se atrae con la barra de PVC frotada y con la de vidrio frotada pero las

barras de vidrio y PVC no se repelen si no que se atraen? Falla la teora?

5. ANLISIS Y RESULTADOS

6. BIBLIOGRAFA

1. Halliday, D., Resnick, R. y Krane, K. Fsica, volumen 2, cuarta edicin, Editorial

Continental S.A., Mxico D.F. Mxico 1999.

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3. Escalona, O. y Briceo, M. La electrosttica, cuaderno I, III escuela para la

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