INFORME 1

FUNDACION UNIVERSIDAD DE AMERICA

FACULTAD DE CIENCIAS Y HUMANIDADES DEPARTAMENTO DE FISICA

FISICA III

PRACTICA #1: CARGAS ELECTRICAS

GRUPO 9

JULIO DE JESÚS MEDRANO PINEDA

MARIA PAULA NIÑO DAVID ALEJANDRO OSORIO ALEX TORRES NOVOA

Cód.: 3112481 Cód.: 6112754 Cód.: 6112744

BOGOTÁ DC, SEPTIEMBRE 10 DE 2012 9:00AM – 11:00AM

OBJETIVOS GENERALES

-Identificar los principales fenómenos electrostáticos existentes -Reconocer y aplicar los conceptos básicos de carga eléctrica

OBJETIVOS ESPECIFICOS

-Identificar el fenómeno conocido como inducción -Identificar el fenómeno conocido como conducción -identificar los principales materiales conductores y aislantes

PROCEDIMIENTO

1. Frote el tubo PVC con paño, con lana y acérquelo al plato del electroscopio. 2. Utilice ahora, una barra de vidrio y repita la misma operación utilizando seda. 3. Cargue el electroscopio por inducción, frote la barra inductora (PVC) y aproxímela al electroscopio. Sin retirar el tubo, realice polo a tierra tocando con la mano el plato del electroscopio. Retire el polo a tierra y luego la barra inductora. 4. Realice una carga pro inducción, pero colocando sobre el plato una lamina de vidrio. 5. Acerque al plato del electroscopio cargado por inducción, un fosforo encendido. 6. Repita la operación interponiendo entre la llama y el plato del electroscopio, una placa de vidrio. 7. Conecte dos electroscopios por medio de un alambre conductor, aproxime el PVC cargado, a uno de ellos, luego al otro y después en la parte media del alambre conductor. 8. Conecte dos electroscopios por medio de una regla de madera, aproxime el PVC cargado, a uno de ellos, luego al otro y después en la parte media del alambre conductor.

RESULTADOS Y ANÁLISIS DE OBSERVACIONES.

Antes de comenzar con el análisis, hay que resaltar el ambiente húmedo que presentaba el laboratorio, esto impide que se noten con facilidad los fenómenos que se generan luego de suministrarle al electroscopio objetos cargados positiva y negativamente. Caso 1: tubo de pvc Cuando se acerco el tubo de pvc al electroscopio, el cual fue frotado para cargarlo negativamente, se pudo observar que las laminas de aluminio se separaron, esto se debe a que el sistema estaba neutro y por agregarle cargas negativas, inmediatamente el electroscopio cede cargas positivas al tubo de pvc para generar un equilibrio en el sistema. El electroscopio queda con más cargas negativas y por consiguiente las laminas de aluminio que lo conforma, generando un fenómeno físico llamado repulsión.

Caso 2: barra de vidrio En este caso la barra queda cargada positivamente por haberle suministrado gran cantidad de calor con una estufa en uno de sus extremos. Como el vidrio es un material aislante se tuvo que calentar y luego frotar. Al momento que se acerca la barra se pudo notar que las laminas de aluminio se atrajeron, ya que en el caso 1 se le suministró al sistema un gran número de electrones, y las laminas quedaron con más cargas negativas que positivas y por este motivo, tienden ir hacia la barra de vidrio, generándose el fenómeno de atracción.

Caso 3 y 4: Tubo de pvc y polo a tierra/ barra de vidrio y polo a tierra En este ejercicio se obtuvo el mismo resultado explicado en los casos 1 y 2, variando el efecto de estos con la presencia del polo a tierra, que en este caso fue la mano de uno de los integrantes del grupo. La mano conduce la carga al suelo, lo cual genera un desvió o neutralización de esta, dejando neutro o cargado el sistema según sea el caso. La operación para que el electroscopio quedara con carga positiva o negativa respectivamente, fue acercar el objeto, posteriormente se coloca el dedo en la plataforma del electroscopio y se retira el objeto seguido del polo a tierra. De esta forma las láminas quedaban abiertas o cerradas debido a que las cargas del plato tratan de alejarse unas de las otras, produciendo la separación de las láminas. Queda así el electroscopio cargado con cargas de signo contrario al de la barra acercada.

Caso 5: Tubo pvc con objeto aislante El objeto que se utilizó fue vidrio y se colocó encima del electroscopio, en la figura que se muestra a continuación se simula que la tapa es el vidrio y se le acerca el tubo de pvc cargado por fricción. Aunque el vidrio sea aislante, las láminas se abrieron y esto se debe a un fenómeno llamado distribución de cargas, el cual consiste en la atracción de electrones y protones. El vidrio esta neutro, y al momento que el tubo de pvc es aproximado, las cargas positivas del vidrio se van a la parte superior de este, atraídas por las negativas del tubo de pvc, generando que las cargas negativas del objeto aislante se muevan a la parte inferior, donde se encuentra la plataforma del electroscopio, atrayendo los protones del electroscopio a su parte superior, dejando los electrones al fondo, lugar donde se encuentran las laminas.

Caso 6: 2 electroscopios con un objeto conductor Este experimento se hizo con una varilla de cobre, la cual se colocó encima de las plataformas de los electroscopios. Al momento de acercar los objetos cargados por fricción, se observó que las láminas de los dos electroscopios se abrían sin importar el punto donde se colocara la barra en la

varilla. Esto demuestra una característica primordial del metal, la cual es su capacidad para conducir carga eléctrica a todo el sistema de forma uniforme. Cuando se variaron los puntos donde se acercaba la barra se notó un cambio mínimo de un electroscopio con respecto al otro, el que tenía el objeto más cerca abría sus laminas mejor a comparación del otro electroscopio, pero esto se dio por el ambiente húmedo del laboratorio, ya que en un lugar con condiciones óptimas, la distribución es perfectamente uniforme, por la característica de los metales, sobretodo la del cobre.

CONCLUSIONES

A partir de este laboratorio, en donde se utilizó un electroscopio para explicar diversos fenómenos y propiedades de las cargas eléctricas, se llegan a las siguientes conclusiones: -La carga tiene una tendencia natural a transferirse entre materiales distintos. El acto de frotar dos materiales uno con otro sirve para aumentar el área de contacto y de esta manera, intensificar el proceso de transferencia de carga.

-La carga eléctrica no se crea ni se destruye, simplemente se conserva, es decir cuando dos objetos inicialmente neutros se cargan al frotarse, no se crea carga en el proceso, simplemente los objetos adquieren carga porque se transfiere carga negativa de un objeto a otro; mientras un objeto pierde carga negativa al otro le queda carga positiva.

-Para cargar el electroscopio por inducción no es necesario contacto alguno con el objeto que induce la carga(barra de vidrio o tubo pvc); a su vez fue posible dejar cargado este instrumento por la realización de un polo a tierra en donde se transmiten electrones al suelo que es una fuente infinita de ellos.

CUESTIONARIO 1. ¿Que indica que el electroscopio se encuentre cargado?

Cuando cargamos el electroscopio, 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. Pero si se juntan, el objeto y el electroscopio tienen signos opuestos. El electroscopio cargado pierde gradualmente su carga debido a la conductividad eléctrica del aire producida por su contenido en iones. Por ello la velocidad con la que se carga un electroscopio en presencia de un campo eléctrico o se descarga puede ser utilizada para medir la densidad de iones en el aire ambiente. El electroscopio consiste en una barra conductora y unas láminas de oro que al entrar en contacto con carga realizan una redistribución de carga; cuando el electroscopio recibe cierta carga las láminas de oro se abren lo que indica que el electroscopio está cargado ya sea positivamente o negativamente.

2. En la carga por inducción ¿Por qué se debe retirar primero el contacto a polo tierra y luego si el conductor? Esto se debe a que cuando se realiza el polo a tierra se disminuye la carga al transferir electrones del polo a tierra para neutralizar el electroscopio. Cuando se retira el polo a tierra, a este se le transfiere la totalidad de electrones para que así el electroscopio tenga carga neutra Esto sucede ya que la carga negativa acumulada pasará a la mano, que utilizamos como contacto a tierra y por lo tanto el electroscopio queda cargado positivamente. Debido a esto las hojas no se juntan cuando alejamos el objeto utilizado. 3. ¿La madera y el vidrio son aislantes perfectos? MADERA: la madera seca es mala conductora de la electricidad. Su conductividad aumentara rápidamente al aumentar su contenido de humedad, a tal punto que la madera saturada puede llegar a ser conductora. La capacidad aislante de la madera tiene numerosas aplicaciones prácticas en la transmisión y protección de la energía eléctrica.

VIDRIO: La resistividad eléctrica superficial, es la resistencia que presenta el vidrio al paso de la corriente eléctrica, la cual es muy alta en este material, 108 veces más alta que en el cobre, lo cual hace al vidrio muy popular en el diseño de partes y máquinas eléctricas. La constante dieléctrica es la capacidad de almacenar energía eléctrica, la capacidad y la constante dieléctrica están relacionadas de manera inversamente proporcional, siendo que mientras más transparente sea el vidrio, mayor será su capacidad para almacenar energía

En realidad no existen aislantes perfectos, la madera y el vidrio son buenos aislantes pero no lo suficiente, para los casos que realizamos en la práctica porque según el electroscopio mostraban estar cargados . 4. Realice y explique el generador de cinta (Van der Graff). El generador de Van der Graff es un instrumento que lleva carga hacia la superficie de un conductor esférico mediante una cinta transportadora, movida mediante un motor. En la figura adjunta se muestra su funcionamiento: la carga escapa por las puntas de un conductor afilado cerca del fondo del aparato y es captada por la cinta. En la parte superior la carga abandona la cinta y pasa a otro peine metálico conectado a un gran conductor esférico. Se basa en los fenómenos de electrización por contacto y en la inducción de carga. Este efecto es creado por un campo intenso y se asocia a la alta densidad de carga en las puntas. El primer generador electrostático fue construido por Robert Jamison Van der Graff en el año 1931 y desde entonces no sufrió modificaciones sustanciales. Existen dos modelos básicos de generador:  

el que origina la ionización del aire situado en su parte inferior, frente a la correa, con un generador externo de voltaje (un aparato diferente conectado a la red eléctrica y que crea un gran voltaje) el que se basa en el efecto de electrización por contacto. En este modelo el motor externo sólo se emplea para mover la correa y la electrización se produce por contacto. Podemos moverlo a mano con una manivela y funciona igual que con el motor.

Nosotros vamos a construir y a estudiar uno de este último tipo, que coincide con los generadores didácticos que existen en los centros docentes. En los dos modelos las cargas creadas se depositan sobre la correa y son transportadas hasta la parte interna de la cúpula donde, por efecto Faraday, se desplazan hasta la parte externa de la esfera que puede seguir ganando más y más hasta conseguir una gran carga.

Funcionamiento:

Una correa transporta la carga eléctrica que se forma en la ionización del aire por el efecto de las puntas del peine inferior y la deja en la parte interna de la esfera superior. Veamos el funcionamiento de uno didáctico construido con un rodillo inferior recubierto de moqueta de fibra y el rodillo superior hecho de metal. El rodillo inferior está fuertemente electrizado (+), por el contacto y separación (no es un fenómeno de rozamiento) con la superficie interna de la correa de caucho. Se electriza con un tipo de carga que depende del material de que está hecho y del material de la correa.