Laboratorio N1:

Cargas elctricas y cuerpos electrizados

OBJETIVOS

1. Comprobar experimentalmente la existencia de una de las propiedades fundamentales de la materia llamada carga elctrica.

2. Experimentar con la electrificacin de los cuerpos mediante los diversos procesos.

3. Verificar la interaccin electrosttica entre cargas de igual signo y de signos opuestos.

4. Conocer el funcionamiento y los principios fsicos de un generador electrosttico mquina de Wimshurst y la mquina de Van de Graff

MATERIALES

Juegos de equipos de electrosttica U8491500 tablero de destellos, cubierta de electrodos esfricos, rueda con punta, barra de friccin de plstico, con clavijero de 4 mm, soporte de depsito, rodamiento de agujas con clavija de conexin, soporte con gancho para pndulo doble de bolitas de saco, clavija de conexin en pantalla de seda en varilla, trozos de mdula de saco, tablero de base en clavija de conexin y carril de rodamiento con bolas, cadenas de conexin, esfera conductora de 30 mm de dimetro, con clavija de conexin, cubierta con electrodos de punta, pie de soporte, varilla de soporte, aislada, con manguitos de soporte y de conexin y juego de campanas.

Pndulos de Tecnoport

Electroscopio

Barras de acetato y vinilita

Figura. 1. Paos de algodn, seda y lana. Figura. 2. Barras de acetato, vinilito y vidrio.

Figura. 3. Electroscopio. Figura. 4. Pndulo elctrico

Mquina de Wimshurst modelo U15310

Mquina de Var de Graaff

PROCEDIMIENTO

Maquina de Wimshurst

Se giro lentamente la manivela de la maquina de Wimshurst en sentido horario, los conductores transversales deben sealar 45 en relacin con la barra de aislamiento. Primero con el interruptor abierto y luego cerrado.

Luego con la rueda de punta puesta sobre el soporte, conectar la fuente de carga.

Ahora colocar el pndulo de bolitas de tecnopor en el soporte con gancho y conectarlo a la fuente de carga. Como se puede ver en la figura estos se separaron, en conclusin tienen la misma carga.

Colocar la clavija de conexin en pantalla de seda sobre el soporte, conectar a las fuentes de carga y acrecentar lentamente la carga aplicada.

Colocar el juego de campanas y conectar la fuente de carga, aumentando la carga administrada. Las bolitas de metal se pegaron a los platillos.

Luego conectar el tablero de destellos, en el soporte, conectar las fuentes de carga.

Luego la siguiente experiencia consiste en colocar el tablero de base sobre el soporte, colocar sobre l bolitas de saco de 5 a 8 unidades, y poner encima de la cubierta con electrodos esfricos invertida, conectar la fuente de carga.

CUESTIONARIO

01. Cmo puede UD determinar el signo de las cargas de las esferas de tecnoport?, Explique.

En la experiencia de laboratorio no se pueden identificar el tipo de carga que tiene cada una pero al repelerse nos damos cuenta que son de signos iguales. Pueden ser ambas de cargas negativas o positivas.

02. En las experiencias efectuadas, Cmo podra aplicar el principio de superposicin? Explique.

Los experimentos demuestran que cuando dos cargas ejercen fuerzas de manera simultnea sobre una tercera carga, la fuerza total que acta sobre esa carga es la suma vectorial de las fuerzas que las dos cargas ejerceran individualmente. Esta propiedad importante, llamada principio de superposicin de fuerzas, se cumple para cualquier nmero de cargas.

03. Del experimento realizado, se puede deducir Qu tipo de carga se traslada de un cuerpo a otro?

Durante el experimento no se puede determinar qu tipo de carga tiene cada uno de ellos, pero s saber si son cargas iguales o diferentes por su atraccin o repulsin.

04. Enuncie los tipos de electrizacin, explique cada casoElectrizacin por frotamientoLa electrizacin por frotamiento se explica del siguiente modo. Por efecto de la friccin, los electrones externos de los tomos del pao de lana son liberados y cedidos a la barra de mbar, con lo cual sta queda cargada negativamente y aqul positivamente. En trminos anlogos puede explicarse la electrizacin del vidrio por la seda. En cualquiera de estos fenmenos se pierden o se ganan electrones, pero el nmero de electrones cedidos por uno de los cuerpos en contacto es igual al nmero de electrones aceptado por el otro, de ah que en conjunto no hay produccin ni destruccin de carga elctrica. Esta es la explicacin, desde la teora atmica, del principio de conservacin de la carga elctrica formulado por Franklin con anterioridad a dicha teora sobre la base de observaciones sencillas.Electrizacin por contactoLa electrizacin 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 tomos poseen un defecto de electrones, que se ver en parte compensado por la aportacin 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 elctrica 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 cesin de electrones.

Electrizacin por induccin

La electrizacin por influencia o induccin es un efecto de las fuerzas elctricas. Debido a que stas se ejercen a distancia, un cuerpo cargado positivamente en las proximidades de otro neutro atraer hacia s a las cargas negativas, con lo que la regin prxima queda cargada negativamente. Si el cuerpo cargado es negativo entonces el efecto de repulsin sobre los electrones atmicos convertir esa zona en positiva. En ambos casos, la separacin de cargas inducida por las fuerzas elctricas es transitoria y desaparece cuando el agente responsable se aleja suficientemente del cuerpo neutro.

05. Porque el cuerpo humano es un buen conductor de electricidad.

Porqu casi el 70% del organismo consta de agua ionizada, un buen conductor de electricidad. De acuerdo con la electrofisiologa, ciencia que estudia las reacciones que produce la corriente elctrica, cada uno de los tejidos de nuestro cuerpo reacciona cuando una descarga circula por el organismo y los efectos biolgicos dependen de su intensidad. Se ha descubierto que las partes ms sensibles son la retina y el globo ocular, pues ante cualquier estmulo elctrico producen una sensacin luminosa. Le sigue la lengua, la cual manifiesta un sabor alcalino.

06. Un objeto cargado positivamente se acerca a la esfera de 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 Qu tipo de carga tiene el electroscopio?Si acercamos un cuerpo cargado con carga positiva, por ejemplo una lapicera que ha sido frotada con un pao, las cargas negativas del conductor experimentan una fuerza atractiva hacia la lapicera. Por esta razn se acumulan en la parte ms cercana a sta. Por el contrario las cargas positivas del conductor experimentan una fuerza de repulsin y por esto se acumulan en la parte ms lejana a la lapicera.Lo que ha ocurrido es que las cargas se han desplazado, pero la suma de cargas positivas es igual a la suma de cargas negativas. Por lo tanto la carga neta del conductor sigue siendo nula.Si ahora alejamos la lapicera, las cargas positivas y negativas del electroscopio vuelven a redistribuirse, la fuerza de repulsin entre las hojas desaparece y se juntan nuevamente.07. Qu funcin cumplen las botellas de Leyden en la mquina de Wimshurst?

Las botellas de Leyden cumple la funcin de condensador o capacitor (es decir permite almacenar cargas elctricas).Estas botellas estn hechas de vidrio lo que le permite actuar como aislante.

08. Durante el uso del generador electrosttico se percibe un olor caracterstico, investigue a que se debe.

El olor percibido es producido por la formacin del ozono (O3).Este compuesto es producido por una reaccin qumica del aire circundante (concretamente el oxigeno) al producirse las descargas elctricas.Dicha reaccin se resume como sigue:Debido a las cargas elctricas el oxigeno se ioniza:O2 O + OUn tomo de oxigeno libre reacciona en presencia de otra molcula de oxigeno no ionizada formando una molcula de ozono: O + O2 O3El primero en describir dicha formacin fue el holands Martinus van Marum, pero el primero en describir las propiedades qumicas del ozono formado fue Christian Schnbein en 1840

09. Explicar el poder de las puntas y sus aplicaciones

El denominado efecto punta es el nombre de un efecto que se produce por la acumulacin de energa en dicha parte de un cuerpo.Cuando un material posee carga elctrica, esta se distribuye por todo el cuerpo (superficie, si se trata de conductores). La densidad de carga es la carga por unidad de volumen o superficie en el cuerpo. De modo que si la carga se distribuye en el cuerpo, su densidad ser mayor en las zonas de menos volumen o menos superficie. Cuando los conductores metlicos terminan en punta se acumula mucha carga en ellas, la densidad de carga es muy alta y en las proximidades se crea un intenso campo que ioniza el aire.Fue descubierto por Benjamn Franklin, quien lo ilustr en su obra de 1753, "Almanaque del pobre Richard".

010. Mencionar 5 aplicaciones del equipo de van de Graff

Este equipo se desarroll con el objetivo inicial de realizar experimentos de Fsica Nuclear para acelerar partculas cargadas (iones). Se usa en maquinaria de rayos X como conductor de cargas. Aprovechando el uso inicial de acelerar electrones tambin se usa en procesos de esterilizacin (alimentos, etc) Posteriormente con el desarrollo de la Fsica de partculas tambin se usa para realizar experimentos en este campo.

CONCLUSIONES

Existen cuerpos que pueden cargarse positivamente y otros que pueden cargarse negativamente.

Los cuerpos al encontrarse en diferente cantidad de carga tienden a equilibrar su carga.

Materiales como el vidrio y la lana se carga de una forma positiva.

Materiales como la resina y la seda se carga de una forma negativa.

La fuerza de atraccin entre cargas depende tambin del radio de las esferas.

La electricidad esttica es quiz la forma de electricidad mas antigua conocida por el hombre.