LABORATORIO DE FÍSICA N° 01

Cargas eléctricas y cuerpos electrizados

CUESTIONARIO

1. ¿Cómo puede usted determinar el signo de las cargas de las esferas de tecnoport? Explique.Solución:Dentro de la experiencia aprendimos que cuando electrizamos un cuerpo, ya sea por frotación, por inducción o por contacto, este bien gana o pierde electrones; por consecuencia, el cuerpo obtiene carga positiva o negativa. Ahora al acercar el cuerpo a las esferas de tecnoport notamos que estas son atraídas al cuerpo. Sabemos por teoría que cargas iguales se repelen y cargas diferentes se atraen entonces podemos decir que si el cuerpo tiene carga positiva las esferas tendrán carga negativa; y si el cuerpo tiene carga negativa las esferas tendrán carga positiva.

2. En las experiencias efectuadas ¿Cómo podría aplicar el principio de superposición? Explique.Solución:El principio de superposición es un resultado matemático que permite descomponer un problema lineal en dos o más sub problemas más sencillos, de tal manera que el problema original se obtiene como "superposición" o "suma" de estos sub problemas más sencillos. Se ha comprobado también experimentalmente que las fuerzas eléctricas se comportan en forma aditiva, es decir; la fuerza eléctrica sobre una carga q, debida a un conjunto de cargas q1+q2+…+qn  es igual a la suma de las fuerzas F i, que  que cada carga qn , ejerce

separadamente sobre la carga q Fq=F1+F2+…+Fn=∑ F i

3. ¿Del experimento realizado se puede deducir que tipo de carga se traslada de un cuerpo a otro?Solución:Al electrizar un cuerpo sabemos qué bien se gana o se pierde electrones ya que estos son los que se trasladan de un cuerpo a otro; así que como son

los electrones los que se trasladan diremos que la carga trasladada es la misma que la de ellos, ósea, la carga negativa.

4. Enuncie los tipos de electrización. Explique cada caso.Solución:Electrización por frotamiento

La electrización por frotamiento se explica del siguiente modo. Por efecto de la fricción, los electrones externos de los átomos del paño de lana son liberados y cedidos a la barra de ámbar, con lo cual ésta queda cargada negativamente y aquél positivamente. En términos análogos puede explicarse la electrización del vidrio por la seda. En cualquiera de estos fenómenos se pierden o se ganan electrones, pero el número de electrones cedidos por uno de los cuerpos en contacto es igual al número de electrones aceptado por el otro, de ahí que en conjunto no hay producción ni destrucción de carga eléctrica. Esta es la explicación, desde la teoría atómica, del principio de conservación de la carga eléctrica formulado por Franklin con anterioridad a dicha teoría sobre la base de observaciones sencillas.

Electrización por contacto

La electrización por contacto es considerada como la consecuencia de un flujo de cargas negativas de un cuerpo a otro. Si el cuerpo cargado es positivo es porque sus correspondientes átomos poseen un defecto de electrones, que se verá en parte compensado por la aportación del cuerpo neutro cuando ambos entran en contacto, El resultado final es que el cuerpo cargado se hace menos positivo y el neutro adquiere carga eléctrica positiva. Aun cuando en realidad se hayan transferido electrones del cuerpo neutro al cargado positivamente, todo sucede como si el segundo hubiese cedido parte de su carga positiva al primero. En el caso de que el cuerpo cargado inicialmente sea negativo, la transferencia de carga negativa de uno a otro corresponde, en este caso, a una cesión de electrones.

Electrización por inducción

La electrización por influencia o inducción es un efecto de las fuerzas eléctricas.

Debido a que éstas se ejercen a distancia, un cuerpo cargado positivamente en las proximidades de otro neutro atraerá hacia sí a las cargas negativas, con lo que la región próxima queda cargada negativamente. Si el cuerpo cargado es negativo entonces el efecto de repulsión sobre los electrones atómicos convertirá esa zona en positiva. En ambos casos, la separación de cargas inducida por las fuerzas eléctricas es transitoria y desaparece cuando el agente responsable se aleja suficientemente del cuerpo neutro.

5. ¿Por qué el cuerpo humano es un buen conductor de la electricidad? Explique detalladamente.Solución:Porqué casi el 70% del organismo consta de agua ionizada, un buen conductor de electricidad. De acuerdo con la electrofisiología que es la ciencia que estudia las reacciones que produce la corriente eléctrica, cada uno de los tejidos de nuestro cuerpo reacciona cuando una descarga circula por el organismo y los efectos biológicos dependen de su intensidad.

6. Un objeto cargado positivamente se acerca a la esfera 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 ¿Qué tipo de carga tiene el electroscopio?Solución:

Cuando un electroscopio se carga con un signo conocido, puede

determinarse el tipo de carga eléctrica de un objeto aproximándolo a la

esfera. Si las laminillas se separan al acercar el cuerpo a la esfera del

electroscopio significa que el objeto está cargado con el mismo tipo de

carga que el electroscopio en este caso con carga positiva.

7. Qué función cumple las botellas de la Leyden en la máquina de Wimshurst, explique detalladamente.Solución:La botella de Leyden es un dispositivo que permite almacenar cargas eléctricas comportándose como un condensador. La varilla metálica y las hojas de estaño conforman la armadura interna y la botella de vidrio actúa como un material aislante entre las dos capaz del condensador.

8. Durante el uso del generador electrostático se percibe un olor característico, investigue a que se debe. Explique detalladamente.Solución:Se percibió un olor único y punzante, alrededor del generador electrostático a este olor se le conoce como «el olor de la materia eléctrica». Este olor es el producto de la formación de ozono alrededor del generador.

9. Explique el poder de las puntas y sus aplicaciones.Solución:El poder de las puntas está relacionado con el concepto de la rigidez dieléctrica. Ésta es el mayor valor de campo eléctrico que puede aplicarse a un aislante sin que se vuelva conductor esto se produce debido que en un conductor electrizado tiende a acumular la carga en la región puntiaguda. La concentración de carga en una región casi plana es mucho menor que la acumulación de carga eléctrica en un saliente acentuado. Debido a esta distribución, el campo eléctrico de las puntas es mucho más intenso que el de las regiones planas. El valor de la rigidez dieléctrica del aire en la porción más aguzada será sobrepasado antes que en las otras regiones, y será por ello que el aire se volverá conductor y por allí escapará la carga del conductor.

10.Mencione al menos 5 aplicaciones del equipo de Van De Graff.Solución:En experimentos de física de partículas y física nuclearEn la esterilización de los alimentosEn la producción de rayos XPara poder comprender los principios de las cargas eléctricasComo un generador de corriente constante

PREGUNTAS DE CLASE

1. ¿En qué afecta la humedad en el experimento?Solución:El aire húmedo produce menores cargas eléctrica por eso las tensiones generadas en los días con baja humedad relativa serán más altas que las generadas en los días en la que la humedad es mayor ya que no se podrá apreciar bien el experimento dado que no se producirán suficientes cargas eléctricas.

2. ¿Qué es un polímero?Solución:

Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diversas. Un polímero (del griego poly, muchos; meros, parte, segmento) es una macromolécula formada por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros. Un polímero no es más que una sustancia formada por una cantidad finita de macromoléculas que le confieren un alto peso molecular que es una característica representativa de esta familia de compuestos orgánicos. 

3. ¿Cómo se forman los rayos?Solución:El rayo se produce así: Cuando llueve sobre la superficie terrestre, se produce evaporación natural (causada por el fenómeno de la convección), llevando hacia arriba gotas de agua. Mientras tanto, a una altura de 2,5 a 3 kilómetros donde la temperatura es de 15 a 20 grados centígrados bajo cero, se producen partículas de hielo que caen por el efecto de la gravedad y que chocan con las gotas de agua que suben por la evaporación. Estas fricciones y colisiones producen separación de cargas eléctricas, y se genera un campo eléctrico, es decir, fuerzas que se ejercen entre cargas, hasta que llega el momento en que se dan transferencias de cargas, conocidas como rayos

4. ¿Para qué sirve el experimento dentro de la carrera de Matemáticas? Solución:En matemáticas se definen algunos conceptos físicos que son aplicables a este experimento como: la ley de coulomb, la ley de gauss, la ecuación de Laplace, la ecuación de Poisson, entre otras donde dicen que el campo eléctrico también satisface la ley de derivadas parciales Este experimento es la demostración de todas estas leyes y al ser todas estas demostradas y comprobadas en la realidad le dan a la carrera una mayor credibilidad.

5. ¿Cuál es la importancia del experimento?Solución:Este experimento es importante porque nos permite establecer los principios más básicos de la electricidad, además nos demuestra las nociones de las cargas positivas y negativas, sus características y comportamiento, también nos demuestra cómo es que se puede medir una carga eléctrica y como se puede determinar si se trata de una carga positiva o negativa.

6. ¿A qué conclusiones se llega?Solución:Las cargas eléctricas no son engendradas ni creadas, sino que el proceso de adquirir cargas eléctricas consiste en ceder electrones de un cuerpo a otro, de modo que una de ellas posee un exceso y la otra un déficit de electrones.Terminada la experiencia se reconoce y comprende claramente los tres métodos para cargar un objeto, fricción, inducción y contacto.

7. ¿Cuáles son las aplicaciones del experimento en la vida cotidiana? Ejemplos Solución:La electricidad estática puede causar daños a los componentes esto le puede ocurrir a una persona por frotamiento de las suelas de los zapatos (de materiales como la goma) contra suelos de tela o alfombras, o por frotamiento de su vestimenta contra una silla de plástico. Hoy las alfombras y las sillas se hacen con materiales que generen poca electricidad por frotamiento. En los talleres de reparación o en fábricas de artefactos electrónicos se tiene el cuidado de evitar la generación o de descargar estas cargas electrostáticas.Al aterrizar un avión se debe proceder a su descarga por seguridad. En los automóviles también puede ocurrir la electrificación al circular a gran velocidad en aire seco, por lo que también se necesitan medidas de seguridad para evitar las chispas eléctricas.