TALLER LABORATORIO LA LEY DE COULOMB Jhoan Sebastian Beltran Pabon e-mail:
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Juan Felipe Fernández Morales) e-mail:
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1. Consulte y explique el método utilizado por el profesor para cargar las esferitas, en la parte correspondiente a la balanza (Electróforo). Es un instrumento simple el cual consiste de un disco metálico con un mango aislante por lo general de vidrio, usado para separar cargas neutras de la materia. Por lo general se electrifica la placa de metal usando piel de gato, el elemento aislante quedará cargado negativamente y el metal se cargará por influencia desplazando la carga positiva al material aislante y una vez sea tocado por alguien la carga negativa se eliminará y quedará el electróforo cargado positivamente. Una vez cargado al tocar un objeto aislado con el electróforo se puede transferir su carga a un elemento o cuerpo externo el cual queremos cargar. Entre sus aplicaciones está la de producir, mediante la chispa generada, detonaciones en mezclas gaseosas.
2. Describir el montaje y funcionamiento de un generador de Vann de Graff.
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El generador de van der graff, es un generador de corriente constante, es decir un electróforo con un funcionamiento continuo. Se basa en la electrificación por contacto y en la inducción de carga este efecto es creado por un campo intenso con alta densidad de carga en las puntas del generador. Existen dos tipos de generadores básicos: El que origina ionización por el aire situado por su parte inferior frente a la correa, con un generador de fuente externo (aparato diferente conectado a la red eléctrica que crea un gran voltaje). El que origina ionización por contacto, el motor se encarga de mover la correa produciendo la electrización por contacto. Este proceso se puede realizar moviendo el instrumento (correa) con la mano y genera el mismo efecto. Está hecho de los siguientes materiales, consta de un motor, dos poleas, una correa o cinta, dos peines o terminales hechos de finos hilos de cobre y una esfera hueca donde se acumula la carga transportada por la cinta. La cinta y la superficie del rodillo adquieren
cargas iguales y de signo contrario. Sin embargo, la densidad de carga es mucho mayor en la superficie de la polea que en la cinta, ya que las cargas se extienden por una superficie mucho mayor
3. Explique con diagramas porque la fuerza eléctrica sobre un cuerpo cargado ubicado dentro de la esfera hueca es nula, tenga en cuenta la dependencia del inverso al cuadrado de la distancia. La fuerza eléctrica dentro de una esfera es nula desde el punto central que se observe porque siempre se ejercerán otras fuerzas que compensen a diferentes distancias, en este caso hay ley de acción y reacción y en el centro de la esfera para cualquier caso de fuerza la distancia siempre va a ser el radio.
4. ¿Por qué al llevar la esfera pequeña desde el interior de la esfera hueca al electroscopio este no sufre ninguna deflexión?, realice diagramas de flujo de carga para explicar su respuesta. Al introducir una esfera pequeña dentro de la esfera hueca está no se va a cargar ya que como se explicaba en el punto anterior la esfera en su interior no tiene carga.
Por consiguiente al acercar esta esfera al electroscopio este no se deflacta ya que no hay carga.
5. Explique cómo es el funcionamiento de la jaula de Faraday y porque la niña dentro de ella no se electrocuta. ¿Qué tipo de aplicaciones modernas tienen estas Jaulas? Una jaula de Faraday es una caja metálica que protege de los campos eléctricos estáticos, Se emplean para proteger de descargas eléctricas, ya que en su interior el campo eléctrico es nulo. Cuando la caja metálica se coloca en presencia de un campo eléctrico externo, las cargas positivas se quedan en las posiciones de la jaula. Como la carga del electrón es negativa, los electrones se mueven en sentido contrario al campo eléctrico y, aunque la carga total del conductor es cero, uno de los lados de la caja (en el que se acumulan los electrones) se queda con un exceso de carga negativa, mientras que el otro lado queda con un defecto de electrones (carga positiva). La niña del video no se electrocuta ya que el campo eléctrico dentro de la jaula es nulo por esto allí no se generan cargas y el mayor flujo de la corriente circula por la jaula actuando como aislador llevando la carga a la tierra. Muchos dispositivos que empleamos en nuestra vida cotidiana están provistos de una jaula de Faraday: los microondas, escáneres, cables otros dispositivos, sin estar provistos de una jaula de Faraday actúan como tal: los ascensores, los coches, los aviones, etc.
6. Explique el concepto de campo eléctrico. Una carga eléctrica puntual q (carga de prueba) sufre, en presencia de otra carga q1 (carga fuente), una fuerza electrostática. Si eliminamos la carga de prueba, podemos pensar que el espacio que rodea a la carga fuente ha sufrido algún tipo de perturbación, ya que una carga de prueba situada en ese espacio sufrirá una fuerza. El campo eléctrico existe cuando existe una carga y representa el vínculo entre ésta y otra carga al momento de determinar la interacción entre ambas y las fuerzas ejercidas. Tiene carácter vectorial (campo vectorial) y se representa por medio de líneas de campo. Si la carga es positiva, el campo eléctrico es radial y saliente a dicha carga. Si es negativa es radial y entrante. La letra con la que se representa el campo eléctrico es la E. El campo eléctrico E creado por la carga puntual q1 en un punto P se define como:
Donde q1 es la carga creadora del campo (carga fuente), K es la constante electrostática, r es la distancia desde la carga fuente al punto P y Ur es un vector unitario que va desde la carga fuente hacia el punto donde se calcula el campo eléctrico.
7. ¿Cómo funcionan y porque se alinean las brújulas eléctricas en la parte del experimento con los generadores de Vann de Graff?, realice diagramas de movimiento de carga. Las brújulas eléctricas se encargan de indicar la dirección del campo eléctrico en este caso entre cargas positivas y negativas ya que las líneas de campo salen de una carga y entran en la otra carga, así es posible saber los signos de dos cargas distintas ya que estas líneas de campo irán perpendicularmente hacia las esferas.
8. ¿Por qué al colocar dentro del cilindro hueco una de las brújulas eléctricas esta no se orienta en una dirección especifica? La carga dentro de una esfera hueca son nulos por medio de la ecuación inversa de la distancia ya que dentro de la esfera no existen campos que impulsen estas cargas para que obtengan una fuerza resultante por ende los campos dentro de la esfera son nulos. Esto ocurre por los campos que se producen fuera y en su área transversal, la suma de dichos campos será cero. 9. Teniendo en cuenta los generadores y el cilindro compacto que se coloca entre ellos, realice un diagrama donde muestre las líneas de campo eléctrico en los siguientes casos; a) solo los generadores de carga y b) Cuando se encuentra el cilindro dentro del campo producido por las esferas cargadas positiva y negativamente.
a. Campos de generadores de carga
b. Campo producido por un cilindro hueco Al poner el cilindro entre los dos generadores el campo producido por estos se dirige al lugar en donde se encuentra el cilindro.
10. Explique cómo es posible encender el bombillo en la antena presentada por el profesor y porque este se apaga cuando la antena se gira. Esto se debe a los campos eléctricos oscilantes con una onda de radio y campo eléctrico horizontal que están por todas partes sin poder ser observados, al colocar un cable completamente aislado conectado a un bombillo horizontalmente este se enciende por causa de la onda oscilante que genera un campo eléctrico horizontal, al colocar el cable conectado a bombilla en otra dirección esta no encenderá ya que el campo se encuentra sólo horizontalmente.
Bibliografía http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/graaf/graaf.htm http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/sacaleE_ M2/Triboelecetricidad/vanderGraff/GeneradorEVG_Trabajo.htm http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/sacaleE_ M2/Triboelecetricidad/electroforo/electroforo.htm
