Electricidad y magnetismo 1

Objetivo general  Identificar y comprender el concepto de electricidad, cargar, descarga (por ionización y  conducción) conducción) y electrostática, con el adecuado desarrollo de las habilidades prácticas propias  de un buen aprendizaje y el desarrollo adecuado de estas con el propósito de establecer la  percepción del estudiante sobre su entorno y futuras condiciones condiciones de trabajo. Conceptos necesarios  a) Carg Carga a eléc eléctr tric ica: a: Es el generar una deficiencia o exceso de electrones (ión (), ión (!))  b) Ley Ley de de Cou Coulo lomb mb:: "a fuerza entre dos cargas es directamente proporcional al producto de sus cargas e  in#ersamente proporcional proporcional al cuadrado de la distancia $ue las separa. F= K· q!q"#r "  c) Camp Campoo elé eléct ctri rico co:: Es a$uel $ue se encuentra rodeando la carga el%ctrica producida por un conjunto de  cargas puntuales. d) $istr $istribu ibuci% ci%nn de carga: carga: En el átom átomo, o, los los elec electr tron ones es gira girann alre alrede dedo dorr de dell n&cl n&cleo eo en órbi órbita tas' s' los los $ue $ue se  encuentran más cercanos al n&cleo están ligados más fuertemente, pero los $ue se  encuentran en las órbitas más alejadas están ligadas d%bilmente, sobre todo en los  átomos de los electrones metálicos, por lo cual es fácil $ue se separen. e) &rincipio &rincipioss de operaci%n operaci%n del del generador generador 'an 'an de (ra: (ra: uando un conductor cargado se pone en contacto con el interior de un conductor  hueco, toda la carga del primer conductor se transfiere al conductor hueco. En  principio, la carga en el conductor hueco y su potencial pueden incrementarse sin  lmites repitiendo el proceso. El generador de *an de +raff es un aparato $ue permite  transferir carga a un conductor hueco. Este tipo de generador se utiliza bastante en  in#estigaciones in#estigaciones de fsica nuclear  ) Formas Formas dierente dierentess de generar generar cargas eléctri eléctricas cas dierente dierentes: s: riboe oele lect ctri rici cida dad d o carg cargaa por por frot frotam amie ient nto, o, $ue $ue cons consis iste te en frot frotar  ar   rib energ%ticamente energ%ticamente un cuerpo contra otro.  -or contacto, un cuerpo se electriza tocándolo con otro cuerpo $ue ya esta  electrizado.  -or inducción, $ue consiste en acercar un cuerpo electrizado a otro $ue no lo  está sin tocarlo, logrando su electrización. electrización.  g) Convenci%n de Fran*lin:

Esta establece $ue al frotar una barra de #idrio con una franela o seda, al #idrio se le  atribuye siempre carga positi#a.

         

+quipo necesario para la pr,ctica  os soportes uni#ersales  / 0etro de hilo cá1amo  2na tira de polietileno  3 4arras (#idrio, madera, hule duro, plástico)  3 Excitadores(piel, seda, franela, polietileno)  / +enerador de *an de +raff  / Esfera de cargas inducidas  / 0uestreador de cargas el%ctricas / Esfera de descarga  ables y conectores 

-ntroducci%n  En la actualidad tanto en nuestro entorno como en nuestra #ida diaria todo lo $ue manejamos  y5o conocemos se mue#e a tra#%s de la electricidad, desde lámparas, relojes, focos, electrodom%sticos, computadoras, motores, comunicación, transporte6etc. -ero en si  7uántos de nosotros sabemos $ue es lo $ue pasa con todo esto $ue nos rodea8 7enemos  claro el funcionamiento de estos aparatos o $u% es lo $ue los mue#e8 -ara comprender el  funcionamiento de los aparatos $ue se han con#ertido en parte de nuestra #ida cotidiana en  primer lugar debemos entender $ue es la electricidad. 9e a$u la importancia de la  realización del siguiente trabajo en el cual se analiza y se comprenden los diferentes  aspectos en $ue se #e in#olucrada la electricidad y como se producen los fenómenos  el%ctricos en nuestra #ida cotidiana, los cuales no pueden ser obser#ados a simple #ista pero  si puede ser analizada, pues es importante conocer el tema desde el campo fsico!cientfico  y no dejarlo simplemente en lo emprico. :e sabe $ue en la naturaleza la materia se encuentra en e$uilibrio el%ctrico (carga neutra). -or consiguiente se dice $ue cargar el%ctricamente un cuerpo es generar en %l un exceso o  deficiencia de electrones, dicha carga el%ctrica se encuentra en reposo y el estudio de estas  cargas en reposo lo llamamos electrostática. Electrostática pro#iene del #ocablo griego +le*tron .,mbar)/ su estudio comienza con 0ales  de 1ileto .233 a4C4)   $uien se1alaba $ue al cargar por frotamiento ( triboelectricidad ) un  ámbar con piel de gato podra atraer a los cuerpos pe$ue1os y ligeros como pol#o, cabello o  paja. En obser#aciones posteriores de comprueba $ue ciertos materiales al ser frotados se 

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comportaban como el ámbar, notando $ue los cuerpos electrizados -osteriormente para  definir la polaridad de los cuerpos electrizados se atra5an  o rec6a7aban  entre s. -ara definir la polaridad de los cuerpos cargados se emplea la  convenci%n de Fran*lin . ; por  <imo para saber la fuerza $ue ejercen dos cargas entre s empleamos la Ley de Coulomb la  cual establece $ue dicha fuerza es directamente proporcional al producto de sus cargas e  in#ersamente proporcional al cuadrado de la distancia $ue las separa. ; una #ez teniendo estos conceptos básicos en claro podremos analizar y entender los  fenómenos $ue a continuación se presentan. $esarrollo  < continuación teniendo los materiales antes mencionados contemplados, comenzamos por  resol#iendo algunas dudas, como por ejemplo 89ué es el generador 'an de (ra  Este tipo de generador se utiliza bastante en in#estigaciones de fsica nuclear, pero en esta  ocasión lo utilizaremos para de#elar los principios de la electrostática. "a idea básica se  describe en la igura 43 se entrega carga de manera continua en un electrodo de alto  #oltaje sobre una banda mó#il de material aislante, el electrodo de alto #oltaje es un  conductor hueco montado sobre la columna aislante.

Fi ura 43 (enerador 'an de (ra < continuación, y una #ez teniendo claro el funcionamiento de este procedemos a la realización de la práctica tomamos la nuestra franela y la tira de polietileno electrizándolas por medio de la triboelectricidad(igura 4), colgamos el polietileno sobre el hilo suspendido entre los soportes de manera $ue la cara frotada de nuestro polietileno $uede frente a frente como se muestra en a igura 4" .lin determinamos la polaridad de la tira de polietileno $ue resulta ser negativa, posteriormente se hace uso de las barras $ue tenemos disponibles frotando cada una con los excitadores proporcionados, para determinar as el signo de la carga $ue ad$uiere cada uno de ellos usando como carga de prueba la tira de polietileno. "os resultados se muestran en la siguiente tabla / (positi#o () negati#o (!))? +

?ule duro

@

&l,stico

>

1adera

>

'idrio

>

?ule duro

@

Aeda

&olietileno

Carga de la barra

2

Franela

&l,stico

>

1adera

>

'idrio

>

?ule duro

@

&l,stico

@

1adera

>

Tabla de resultados 1

"legamos a la parte en la $ue utilizamos el generador de *an de +raff arreglándolo como se muestra en la igura 4B y al ponerlo a funcionar no más de @ seg. se percibe un ligero sonido, una especie de tronido $ue se genera por la carga electrostática $ue se genera en este, y al momento de acercar a A cm la esfera de descarga se puede obser#ar fsicamente la electricidad $ue pasa del generador a hacia la esfera de descarga, posterior a esto primera instancia utilizamos la esfera de descarga para tocar el casco del generador, esto con el fin de hacer una descarga $ue se conoce como descarga por conducci%n o contacto/   y comprobamos $ue el generador ha sido descargado tocando el casco con la mano / posterior a esto repetimos el proceso para experimentar la descarga por ionización y en efecto al hacer la prueba y tocar el casco se comprueba $ue este ya esta descargado, se repite este proceso A #eces más y de obtienen los resultados de la tabla "4

Tabla de resultados 2

Figura 1.4 Descarga por 2

&olaridad del casco conectado a tierra

>

&olaridad del casco conectar a tierra

sin

>

&olaridad de la conectar a tierra4

sin

>

base

=inalmente armamos el dispositi#o del generador como se muestra en la igura 44 Bótese $ue en este caso utilizamos la esfera de cargas inducidas y no la esfera de descarga como lo hicimos en la prueba anterior, hacemos funcionar el dispositi#o por un máximo de /C seg. ; se determina la polaridad $ue toma la esfera de cargas inducidas dando como resultado una carga positiva4

Figura 1.5 Carga por

Cuestionario inal /. Expli$ue en $u% consiste la descarga por ionización experimentalmente? En acercar un cerillo encendido al material cargado cambiando así su temperatura.

D. Expli$ue por $u% con un mismo excitador, algunas barras ad$uieren diferente polaridad? Porque cada material tiene su propia composición la cual permitirá si gana o pierde electrones

A. e acuerdo con la polaridad de cada una de las barras de la tabla /.3, expli$ue cómo se comporta la carga en los excitadores correspondientes? La carga va a cambiar dependiendo del material de los excitadores

3. 7En $u% principio se basa el generador de #an de +raff8 Electrización por contacto e inducción de carga.

@. 9aga un es$uema del generador de #an de +raff y expli$ue cada uno de sus componentes?

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Un conductor metálico hueco !" de #orma aproximadamente es#$rica% está sostenido por soportes aislantes de plástico% atornillados en un pie metálico &" conectado a tierra. Una correa o cinta de goma no conductora" ' se mueve entre dos poleas E ( ). La polea ) se acciona mediante un motor el$ctrico. 'os peines * ( + están hechos de hilos conductores mu( ,nos% están situados a la altura del e-e de las poleas. Las puntas de los peines están mu( próximas pero no tocan a la correa

. iga si en los experimentos de esta práctica se creó carga el%ctrica. Expli$ue? í% porque al #rotar los materiales con los excitadores se crearon cargas tanto positivas como negativas.

F. Expli$ue el proceso de carga por frotamiento? !l #rotar dos materiales se trans,eren gran cantidad de electrones de uno al otro creado así que un material se carge positivamente ( el otro negativamente.

G. Expli$ue la descarga por conducción? !cercando al material cargado otro materia sin carga conectado a tierra.

H. Expli$ue la descarga por ionización(teóricamente)? La ionización es el proceso químico #ísico mediante el cual se producen iones estos

son átomos mol$culas cargadas el$ctricamente. /C. :eg&n lo desarrollado en la práctica, 7u% entiende por carga el%ctrica8? ! la cantidad de electrones que tiene un material% si el material gana demasiados electrones se dice que está cargado negativamente% caso contrario% si pierde% está cargado positivamente.

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//. In#estigue algunas aplicaciones de la electrostática? Una importante aplicación de la descarga el$ctrica en gases es un dispositivo llamado precipitador electroestático. Este aparato se utiliza para eliminar partículas de materia de los gases de combustión% reduciendo de ese modo la contaminación del aire. En especial es /til en centrales carboel$ctricas ( en operaciones industriales que generan grandes cantidades de humo. Los sistemas actuales son capaces de eliminar más del 001 de la ceniza ( el polvo en peso" del humo.

/D. 7uál es el objeti#o de cargar el%ctricamente los cuerpos8 iguiendo con la respuesta anterior% para #acilitar la captura de partículas de polvo cargándolas negativamente ( con la a(uda de un electroimán atraerlas ( no generar tanta contaminación en el ambiente.

Dplicaciones "a electroestática en la electricidad estática posee muchas aplicaciones entre las más comunes e importantes de la electrostática, son los aparatos el%ctricos, son tele#isiones, computadoras, celulares,etc. Estos aparatos nos han dado grandes #entajas, ahorran tiempo, trabajo o simplemente nos entretienen o facilitan la #ida, sin embargo, las ondas electromagn%ticas $ue emiten pueden llegar a tener efectos negati#os en nuestra salud. -or otro lado los principios de la electrostática han sido la base para el desarrollo de di#ersos dispositi#os con diferentes aplicaciones. Entre estos se encuentran los generadores electrostáticos para acelerar partculas elementales, los precipitadores electrostáticos utilizados para reducir la contaminación atmosf%rica de las centrales carboel%ctricas, y la xerografa $ue ha re#olucionado la tecnologa del procesamiento de imágenes siendo de suma importancia para nuestra #ida actual y futura. Conclusiones < partir de la práctica realizada, pudimos aprender y entender lo referente a las cargas electrostáticas y las diferentes formas de cargar y descargar los cuerpos y los efectos $ue cada uno de ellos produce sobre otros, determinando as las diferentes propiedades de carga. on esto, estamos capacitados para dar respuesta a las interrogantes $ue pudieran surgir a lo largo de nuestra #ida personal y laboral sobre dichos temas. Es as como comprendemos $ue muchos de los fenómenos $ue pasan en nuestro entorno en la cotidianeidad no son más $ue productos de la fsica el%ctrica y de las cargas electrostática. =ibliogra5a: E 9ans . Jhanian, Kohn . 0ar>et, F5sica para ingenier5a y ciencias 1c(raG@6ill4

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E" -ng4 Horma Aoto/ -ng Hoé (on7ale7/ Dpuntes de pr,cticas de electricidad y magnetismo/ F+A Drag%n "33I4 e@gra5a: 6ttp:##id"b4Gi*ispaces4com#Dplicaciones>de>la>>+lectrostatica 6ttp:##es4slides6are4net#jorgebustillo#lab@@e