GUÍA DE LABORATORIO No. 1 FUERZA ELECTROSTÁTICA

GUÍA DE LABORATORIO No. 1
FUERZA ELECTROSTÁTICA
INTEGRANTES:
MAESTRE ÁVILA ISMAEL ENRIQUE
MIELES MORENO RICARDO ANDRÉS
PEÑALOZA SOTO ANDRÉS ALFONSO
VELILLA PAVA OSCAR ALEJANDRO
LIC. JUAN PACHECO FERNANDEZ
Asignatura: Electromagnetismo
Grupo: 11
UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR
FALCULTAD DE INGENIERIAS Y TECNOLÓGICAS
VALLEDUPAR - CESAR
2015
INTRODUCCIÓN
La electricidad en la actualidad hace parte de nuestro estilo de vida y además con ella
podemos mostrar nuestro gran desarrollo tecnológico, ya que con esta pudo prosperar el
ingenio del hombre para generar nuevas tecnologías que usamos en la vida diaria ya sea
como por ejemplo radios, televisores, computadores, etc.
En el presente informe podremos ver cómo se cargan eléctricamente ciertos materiales,
qué sucede cuando esto ocurre y cómo evidenciamos esa interacción entre ellos.
La finalidad del informe es producir carga eléctrica por contacto y poder visualizar los
fenómenos que ocurren.
Para lograr este objetivo se deben frotar los materiales con paños y acercarlos entre sí, para
ver su reacción o interacción.
OBJETIVOS
 Producir cargas eléctricas sobre materiales por frotamiento.
 Observar la fuerza entre cuerpos cargados eléctricamente.
 Determinar si un cuerpo posee carga eléctrica usando el electroscopio.
MATERIALES Y EQUIPOS
FIGURA
CANTIDAD
A
2
Barras de baquelita o PVC.
B
2
Barras de vidrio.
C
2
Barras metálicas.
D
2
Pivotes.
Soporte de las barras para
rotación.
E
2
Paños de seda.
Para frotar las barras.
F
1
Figura A.
Figura D.
NOMBRE
ESPECIFICACIONES
Elementos a
electrizarlos.
frotar,
para
Instrumento que permite para
demostrar la presencia de las
cargas eléctricas.
Electroscopio.
Figura B.
Figura C.
Figura E.
Figura F.
MARCO TEÓRICO
Interacción entre cargas eléctricas. Hay muchos experimentos sencillos que demuestran la
existencia de fuerzas electrostáticas. Por ejemplo, después de peinarse el pelo, puede
comprobarse que el peine atrae trocitos de papel. La fuerza de atracción electrostática 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 eléctrica. Cuando los materiales se comportan del modo descrito anteriormente,
decimos que están cargados eléctricamente. Puede cargar su propio cuerpo eléctricamente
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 está excesivamente húmedo,
puede proporcionar un camino para que la carga salga del cuerpo).
¿Cómo cargar un cuerpo? Existen varias formas de cargar un cuerpo eléctricamente, entre
ellas, por influencia (inducción electrostática). Es un proceso de carga de un objeto sin
contacto directo. Si acercamos un objeto con carga a una superficie conductora, aún sin
contacto físico los electrones se mueven en la superficie conductora.
Para explicarlo mejor podemos poner como ejemplo dos esferas metálicas aisladas A y B,
las cuales no tienen carga y se encuentran en contacto, de modo que forman en efecto un
solo conductor sin carga. Posteriormente se acerca una barra con carga negativa a la esfera
A. La barra repele los electrones del metal y el exceso de carga negativa se desplaza a la
esfera contigua, con lo cual la primera esfera queda con exceso de carga positiva. La carga
en ambas esferas ha sido redistribuida por lo que se dice que ha sido inducida en ellas.
Como la barra con carga no toca las esferas, conserva su carga inicial.
Cuando permitimos que las cargas salgan de un conductor por contacto, decimos que lo
estamos poniendo a tierra.
Durante las tormentas eléctricas se llevan a cabo procesos de carga por inducción. La parte
inferior de las nubes, de carga negativa, induce una carga positiva en la superficie terrestre.
Benjamín Franklin fue el primero en demostrar este hecho a través de su famoso
experimento de la cometa, que le permitió comprobar que los rayos son un efecto eléctrico.
Franklin descubrió también que la carga fluye con facilidad hacia o desde objetos
puntiagudos y así se construyó el primer pararrayos.
Tipos de carga. Los experimentos demuestran también que hay dos tipos de carga eléctrica,
denominados carga positiva y negativa por Benjamín Franklin. La figura 1 muestra la
interacción entre dos tipos de carga. Una varilla de caucho (o plástico) que se ha frotando
con pelo de un animal (o un tejido acrílico) se suspende de un hilo.
Cuando se acerca a la varilla de caucho una varilla de vidrio que se ha frotado con seda, la
varilla de caucho es atraída 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. Se usa la convención propuesta por Franklin: la carga
eléctrica de la varilla de vidrio se denomina positiva y la de la varilla de caucho se denomina
negativa. A partir de observaciones como ésta, podemos generalizar diciendo que las cargas
del mismo signo se repelen y las cargas de signo contrario se atraen.
Otra característica importante de la carga eléctrica 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 eléctricas pueden también desplazarse de una posición
a otra dentro de un objeto; este desplazamiento de carga se denomina conducción eléctrica.
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, así como también para identificar el tipo de carga
que éste posee (Figura 2).
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 significa
que el objeto está cargado con el mismo tipo de carga que el electroscopio. De lo contrario,
si se juntan, el objeto y el electroscopio tienen signos opuestos.
PROCEDIMIENTO
A. Producción de Cargas
1. Frotamos las diferentes barras: las de PVC con lana y/o piel, las de vidrio y metal
con paño de seda, y las acercamos entre sí inmediatamente después de haber
sido frotadas, de la siguiente manera:
Imagen 1: Acercamiento del tubo de PVC
con la barra de vidrio.
Imagen 2: Acercamiento de tubo PVC y
barra metálica.
Imagen 3: Acercamiento entre los tubos de
PVC
Imagen 4: Acercamiento entre las barras de
metal y de vidrio.
Imagen 5: Acercamiento entre barras de
vidrio.
Imagen 6: Acercamiento entre barras de
metal.
B. Determinación de la Carga: Para evidenciar la presencia de carga eléctrica,
frotamos las diferentes barras y las fuimos acercando al plato del electroscopio
una por una, de la siguiente manera:
Imagen 7: Acercamiento del
tubo de PVC.
Imagen 8: Acercamiento de la
barra
de vidrio.
Imagen 9: Acercamiento de la
barra de metal.
PREGUNTAS:
Antes de explicar lo ocurrido, resolvamos los siguientes interrogantes para tener más
claridad en el análisis de resultados.
1. Explique a qué se debe la atracción o repulsión de las barras.
Se debe a la electrización de los cuerpos que es una transferencia de partículas
eléctricas. En condiciones normales, un cuerpos tiene igual número de electrones
que de protones, esto significa que son eléctricamente neutros. Por otra parte, al
ser electrizado los cuerpos pueden captar o ceder electrones. Pero si un cuerpo
neutro adquiere electrones de otro cuerpo posee una cantidad excesiva de
electrones en comparación con la cantidad normal. En estos casos está cargado
negativamente.
En cambio, si un cuerpo neutro pierde electrones, tendrá más cargas positivas que
negativas, en este caso está cargado positivamente. Los cuerpos electrizados con el
mismo tipo de electricidad se repelen y los electrizados con diferente tipo, se atraen.
2. ¿Qué puede decir sobre los tipos de carga que aparecen sobre las barras de PVC y de
vidrio?
Que son cargas contrarias una de la otra, ya que se atraen entre sí.
3. ¿De qué tipo es la carga que aparece en la hojilla del electroscopio al acercarle un
cuerpo cargado?
Si la hojilla se mueve, inferimos que las cargas del objeto son diferentes al tipo de
carga que posee el electroscopio.
4. ¿Por qué las dos barras metálicas no interaccionan entre ellas, pero si
interaccionan con las barras de baquelita o de vidrio?
Al ser el metal un conductor, las cargas pueden moverse de manera relativamente
libre, se desprenden fácilmente, y las barras no interactúan con evidencia al ojo
humano; mientras que en los aislantes ocurre lo contrario, los electrones están
fuertemente unidos a los núcleos, lo que les permite ejercer una fuerza sobre otras
partículas. Como es el caso de las barras de baquelita o de vidrio, sobre los metales.
5. La teoría afirma que sólo existen dos tipos de carga eléctrica (negativa y positiva),
esto implica que si un cuerpo A atrae eléctricamente a otro cuerpo cargado B y
también atrae a un tercer cuerpo cargado C, entonces los cuerpos B y C deben
repelerse eléctricamente. ¿Cómo se explica entonces, que en el punto 3 del
procedimiento, la barra metálica se atrae con la barra de PVC frotada y con la de
vidrio frotado pero las barras de vidrio y PVC no se repelen si no que se atraen?
¿Falla la teoría?
No falla la teoría. Lo que ocurre, es el fenómeno de inducción entre la barra metálica
y al de PVC. En los materiales conductores como el metal, las cargas fluyen sobre
toda la superficie y cuando se acercan a cargas específicas ya sean positivas o
negativas, éstas se reorganizan; de tal manera que las contrarias se acercan entre sí,
mientras que las de igual carga se alejan. Esto no quita, que las barras de metal y
PVC sean de cargas opuestas, al contrario reafirman la teoría.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Veamos lo que ocurre en cada una de las imágenes, para analizar lo sucedido:
Imagen 1: Lo que se observa es una leve atracción entre la barra de vidrio y el PVC.
Imagen 2: Se evidencia una pequeña atracción entre el tubo de PVC y la barra metálica.
Imagen 3: Los tubos tienden a separarse, es decir se repelen.
Imagen 4: Se observa una atracción entre las barras.
Imagen 5: Las barras se repelen
Imagen 6: No ocurrió algún cambio visible.
Explicación: Esta interacción entre las barras, se debe a las fuerzas eléctricas que se
producen al frotar las barras, las cuales se energizan o electrizan. Lo que no sabemos con
seguridad es que tipo de carga son, pero si podemos decir que cuando las barras se repelen;
las cargas son opuestas, y cuando se atraen las barras están cargadas con el mismo tipo de
carga.
Determinación de la Carga: Acercamiento de las barras al electroscopio.
Imagen 7: Hubo movimiento de la hojilla.
Imagen 8: Hubo movimiento leve de la hojilla.
Imagen 9: No hubo movimiento alguno.
Explicación: Esto ocurre debido a una transferencia de electrones hacia la hojilla, pasando
por el disco conductor del instrumento. Comprobamos que las barras están electrizadas o
cargada.
CONCLUSIÓN
Podemos concluir que las cargas eléctricas producidas en los objetos de vidrio, metal y PVC,
dependen de las propiedades que estos poseen y las condiciones climáticas, como es el caso
del vidrio que en presencia del vapor de agua se descarga rápidamente.
En los materiales aislantes cargados eléctricamente se conserva la carga en la superficie que
se frota.
El electroscopio se puede utilizar como instrumento para determinar si un cuerpo está
cargado o no.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
 Física Fundamental 2. Michel Valero. Editorial Norma.
 Física. Resnick, Halliday, Krane. Volumen 2. 5ta Edición. CECSA.
 http://www.angelfire.com/empire/seigfrid/Induccion.html
Consultado el 23/03/2015