Informe 2 - Fisica III

 

“UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA” 

FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS, GEOLOGIA Y CIVIL ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL DEPARTAMENTO ACADEMICO DE MATEMATICA Y FISICA

LABORATORIO DE FISICA ASIGNATURA FS-242 PRACTICA N°02 “EXPERIMENTOS

DE ELECTROSTATICA II”

ALUMNOS:   

ARESTEGUI TACURI RENZO JAIR

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MELVIN ACHALMA GALINDO LEANDRO PEREZ CRISTHIAN ROY   NAJARRO SAAVEDRA WALTER JAVIER

DOCENTE: NOEL MARCO TORRES HUARIPAUCAR GRUPO: LUNES (9:00-11:00am) FECHA DE REALIZACION: 01/11/17 FECHA DE ENTREGA:06/11/17

AYACUCHO-PERU 2017

 

EXPERIMENTO DE ELECTROSTATICA II I.

OBJETIVO: Hacer experimentos demostrativos sobre: descargas eléctricas, transporte de cargas y el poder de las puntas

II.

FUNDAMENTO TEORICO: DESCARGAS ELÉCTRICAS. La descarga electrostática electrostátic a un fenómeno fenómeno electrostático  electrostático que hace que circule una corriente una corriente eléctrica repentina y momentáneamente entre dos objetos de distinto distinto  potencial eléctrico;  eléctrico;   como la que circula por un pararrayos un pararrayos tras ser alcanzado por un rayo. un rayo. 

TRANSPORTE DE CARGAS: La red de transporte de energía eléctrica es la parte del  del sistema de suministro suministr o eléctrico constituida por los elementos necesarios para llevar hasta los puntos de consumo y a través de grandes distancias la energía la energía eléctrica generada en las centrales las centrales eléctricas.  eléctricas.  Para ello, los niveles de energía eléctrica producidos deben ser transformados, elevándose su nivel de tensión. de tensión.   Esto se hace considerando que para un determinado nivel de potencia de  potencia a transmitir, al elevar la tensión se reduce la corriente la  corriente que circulará, reduciéndose las pérdidas por  Efecto  Efecto Joule

 

 

EL PODER DE LA PUNTA EFECTO DE LAS PUNTAS: Cuando los conductores metálicos 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. Este efecto fue descubierto por el norteamericano Franklin y en él se basa su invento del pararrayos publicado en 1753 en su famoso “Almanaque del pobre Richard”.  Richard”.   Los pararrayos iniciales consistían en una varilla de unos dos metros de largo colocada en la parte alta de los edificios y unida eléctricamente a tierra por medio de un cable conductor. En la punta del pararrayos se ioniza el aire y por esa parte del aire, que conduce mejor que el resto, se desplaza el rayo. Si se produce una descarga la chispa es conducida a tierra a lo largo del cable.

FORMAS DE ELECTRIZACION Electrización por frotamiento

Cuando las condiciones son propicias, al frotar dos objetos entre si, estos adquieren una carga eléctrica, es decir, se electrizan. La electrización por frotación se caracteriza porque en ellas se da transferencia de carga de un cuerpo a otro.

 

Electrización por contacto  La electrización 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 átomos poseen un defecto de electrones, que se verá en parte compensado por la aportación 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 eléctrica 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 cesión de electrones.

Electrización por inducción La electrización influencia inducción efecto de lasen fuerzas eléctricas. a que éstas se ejercen por a distancia, unocuerpo carges cargado adounpositivamente las proximi proximidades dades Debido de otro neutro atraerá hacia sí a las cargas negativas, con lo que la región próxima queda cargada negativamente. Si el cuerpo cargado es negativo entonces el efecto de repulsión sobre los electrones atómicos convertirá esa zona en positiva. En ambos casos, la separación de cargas inducida por las fuerzas eléctricas es transitoria y desaparece cuando el agente responsable se aleja suficientemente del cuerpo neutro.

III.

MATERIALES MATERIALES E INSTRUMENTOS:   Péndulo eléctrico eléctric o   Una placa acrílica con listones de aluminio o tablero de destellos

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Cables conductoras Máquina de wimshurt Fosforo y vela Agujas giratorias o molinetes eléctrico

 

       

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Timbre electrostático o juego de campanas Placa condensadoras Aparato para demostrar el poder de las puntas Extintor de humo o purificador de aire o fumívoro.

PÉNDULO ELÉCTRICO: El péndulo eléctrico es un sencillo dispositivo empleado con fines didácticos para poner de manifiesto ciertos fenómenos electrostáticos. Consiste usualmente en una pequeña esfera de saúco que pende de un hilo de seda y generalmente se utiliza un par de ellos para mostrar cómo interactúan entre sí.

UNA PLACA ACRÍLICA CON LISTONES DE ALUMINIO O TABLERO DE DESTELLOS

AGUJAS GIRATORIAS

TIMBRE ELECTROSTÁTICOS ELECTROSTÁTICOS O JUEGO DE CAMPANAS

 

  ESFERAS CONDUCTORAS Son materiales metálicos que tienen la propiedad de cargarse eléctricamente.  

MAQUINA DE WIMSHURST La máquina de Wimshurst es un  un   generador electrostático de alto voltaje. alto voltaje.   Tiene un aspecto distintivo con dos grandes discos a contra-rotación (giran en sentidos opuestos) montados en un plano vertical, dos barras cruzadas con cepillos metálicos, y dos esferas de metal separadas por una distancia donde saltan las chispas. chisp as. Se basa en el  el  efecto triboeléctrico,  triboeléctrico,  en el que se acumulan cargas cuando dos materiales distintos se frotan entre sí. 

GENERADOR DE VAN DE GRAFF Máquina electrostática creada por   Robert Van de Graaff y que utiliza una cinta móvil para acumular grandes cantidades de carga de carga eléctrica en el interior de una esfera metálica hueca.  

 

 

CABLES CONDUCTORES Se llama cable a un un conductor  conductor (generalmente cobre) (generalmente  cobre)   o conjunto de ellos generalmente recubierto de un material aislante o protector.

IV.

PROCEDIMIENTOS: EXPERIMENTO 1:  Acerque cualquiera delas barras, sin

cargar, a la esfera de tecnoport que está suspendido en el péndulo eléctrico. eléctr ico. Después acerque un cuerp cuerpo o cargado a la esfera de tecnoport y anote sus observaciones.

Cuando la esfera no esta cargada, al acercar al tecnopor no sucede nada. Al cargar la esfera con mayor area y acerrcar a la esfera de tecnoport este como esta forrado con papel aluminio hace que sus cargas se redistribuyan, la carga de la esfera grande atrae a la esfera de tecnoport y hace que se junten luego la la esfera mayor le tranfiere cargas por contacto y al ser de la misma carga se repelen y la esfera de tecnoport se mueve.

EXPERIMENTO 2: Conecte los extremos de la placa acrilico conductora a cada electrodo de la maquina wimshurt, energice la maquina wimshurt, observe el comportamiento y explique el fenomeno.

 

   Al cargar la maquina y conectamos conectamos los electrodos electrodos vimos que entre los espacios espacios de los listones de aluminio se producia electricidad eso se debe a la continuidad de la electricidad.

EXPERIMENTO 3: Disponga el arreglo de la aguja giratoria, haga un esquema. Con le cable conecte el arreglo con un electrodo de la maquina de wimshurt, energice la maquina de wimshurt, aumentando paulatinamente la velocidad de giro de la manija, explique lo observado.¿Que es lo que hace que gire el molinete?

 Al conectar conectar el molinete a la maquina maquina y cargalo cargalo vimos que que el molinete molinete empezo empezo a girar, girar, esto se debe a que los electrones tienden a irse a las puntas de los cuerpos (efecto puntas) y de ahí salen airemolinete, y por efectos accionelectrones y reaccionesta estefuerza electro un fuerza uno de los al brazosaldel a ser de muchos esgenera la suficiente paraahacer girar molinete.

 

EXPERIMENTO 4: Disponga el arreglo del timbre electrico, haga un esquema. Con el cable conecte al timbre con un electrodo de la maquina de wimshurt, energice la maquina de wimshurt, explique lo observado. Tambien en este experimento utilice las placas condensadoras.

 Al conectar conectar los electrodos electrodos a los timbre eloectricos eloectricos y cargar cargar la maquina maquina pudimos pudimos observar observar que las esferas pequeñas del timbre se empezaban a mover y chocar con los timbres, esto se debe a que el timbre mayor se cargaban de diferente a los timbres pequeños y esto hacia que la esfera redistribulla sus cargas y como el ejemplo de la esfera de tecnoport esta esferita se  juntaba con con uno de ellos y luego luego tomaba tomaba la carga carga del timbre despues al tener tener la misma carga carga se repelieron y se unia al otro timbre ya que eras de cargas diferentes y asi sucesivamente.

EXPERIMENTO 5: A la altura del punto punto del cilind cilindro ro conductor conductor o generador generador del viento eléctrico eléctrico ponga una vela encendida, conecte con un cable el material conductor con un electrodo de la máquina de winshurt, haga el esquema, energice la máquina y observe lo que sucede con la llama de la vela. 

 

 

Cuando el generador (Máquina de Wimshurt) empieza a producir energía y energiza el conductor, lossalir electrones se dirigen hacia la punta y tratan escapar o salir hace elde mismo efecto en y al tratar de generannegativos una especie de viento y esto es que la llama de fuego que al soplar sobre ella.  ella. 

Experimento 6: Llene de humo una vasija, coloque sobre el soporte, conecte cada cable a cada electrodo de la máquina de winshurt. Energice la máquina y observe lo que sucede con el humo en la vasija. 

 

  Tenemos un generador de winshurt instalado, y una vasija el cual nos servirá para colocar en su interior un gas, el cual conectamos, por medio de unos cables y con las pinzas de sujeción al generador de winshurt el cual, al accionarlo manualmente provoca un campo eléctrico dentro del recipiente donde se encuentra el humo el cual empieza a disiparse y también tambié n a polarizarse. Como muestra la imagen siguiente.

VII CUESTIONARIO: CUESTIONARIO:  ¿Por

qué el cuerpo humano es buen conductor de la electricidad? Explique Ex plique

En laboratorio descubrimos que el cuerpo humano es buen conductor eléctrico y que si recibe una gran descarga puede ser perjudicial, y la explicación de estos fenómenos eléctricos es. Porque el cuerpo humano está integrado por un conjunto de compuestos químicos, por ejemplo, la sangre y los minerales dentro de ella. Además de los siempre constantes pulsos eléctricos de nuestro sistema neurológico que está presente en todo nuestro cuerpo. Y uno de los causantes mas importante de que por que el cuerpo humano es buen conductor es:  es:   porqué casi el 70% del organismo consta const a de agua ionizada, un buen conductor de electricidad. De acuerdo con la electrofisiología, ciencia que estudia las reacciones que produce la

 

corriente eléctrica, cada uno de los tejidos de nuestro cuerpo reacciona cuando una descarga circula por el organismo y los efectos biológicos dependen de su intensidad. Y en el cuerpo humano encontramos somas más sensibles a este fenómeno eléctrico son: retina y el globo ocular, pues ante cualquier estímulo eléctrico producen una sensación luminosa. Le sigue la lengua, la cual manifiesta un sabor alcalino.

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  Explique el poder de las puntas, y sus aplicaciones en el laboratorio se vio que cuando conectamos la electr electricidad icidad a un conductor que termina en punta, y colocamos una vela encendida delante de la punta conductora, se vio que la vela encendida se apago. Esto ocurrió por el llamado poder de las puntas ya que al momento de carga el cilindro en punta, los electrones se concentraron mas en la punta y posteriormente se comenzaron a desprender del material conductor, al momento del desprendimiento de los electrones estos comenzaron a arrastrar las moléculas de aire creando una fuerza de viento ionico, por ello la vela se apagó. Y Cuando un material posee carga posee  carga eléctrica,  eléctrica,  esta se distribuye por todo el cuerpo o superficie, si se trata de conductores. La densidad La densidad de carga es la carga por unidad de volumen o  superficie en el cuerpo de manera que si la carga se distribuye en el cuerpo, su densidad será mayor en las zonas de menos volumen o menos superficie. Por esto se produce una acumulación de carga en las zonas del material acabadas en punta donde su volumen es menor y se concentra mayor cantidad de carga, de manera que si el material está expuesto a un campo eléctrico externo, tenderá a interactuar con éste por la zona de mayor densidad de carga, es decir, en la punta.  punta.   Las aplicaciones más conocidas del poder de las puntas lo vemos:   Los pararrayos.   Descarga eléctrica de las nubes a una punta en tierra.   Las antenas de tv, radio, etc.

 

    Las puntas cargadas positivamente producen viento eléctrico positivo.   Las puntas cargadas negativamente producen viento eléctrico negativo.

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En qué casos se presenta fuerzas de distintas naturalezas, ponga ejemplos Las fuerzas de distintas naturalezas pueden interactuar en un mismo cuerpo de prueba y así obtendríamos una resultante, pero sin antes nombrar que la interacción de todas las fuerzas no se pueden dar ya que son de naturalezas distintas. Ejemplos:   Cambio de fase de la materia   Fuerzas de atracción y repulsión en electrones   Fuerza gravitación y eléctrica en un cuerpo conductor   Fuerzas elásticas   etc 

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Enumere los tipos de fuerzas que existen en la naturaleza, sería posible unificar a una sola expresión, sí o no y por qué. Según muchos físicos y estudios, autores que investigaron las distintas fuerzas de la naturaleza, se llegó al consenso de que existen 4 fuerzas básicas o fundamentales, estas fuerzas son las que rigen en la naturaleza.

1. Fuerza nuclear fuerte Es la fuerza que obliga a los núcleos atómicos a permanecer unidos. Esta es la más fuerte de todas las fuerzas, esta fuerza permite a los nucleones (los protones y los neutrones) mantenerse unidos a pesar de la fuerza de repulsión que existe entre ellas ella s (los protones tienen la misma carga eléctrica positiva por lo que se rechazan mutuamente). Esta fuerza se considera de corto alcance, ya que permite que los protones del núcleo se encuentren unidos, por lo que solo afecta al mismo núcleo.

 

 

2. Fuerza electromagnética Es la que recubre sobre aquellos cuerpos que se encuentran eléctricamente cargados. Está presente en las transformaciones químicas y físicas tanto de átomos como de moléculas. Una de las fuerzas que mejor conocemos y también a las que más habituados estamos, esta se da a través de partículas que se encuentran cargadas eléctricamente. Aquí, sin embargo, podemos tener una fuerza de atracción (partículas de diferente carga) o una fuerza de repulsión (misma carga).  carga). 

3. Fuerza nuclear débil Es la que logra la desintegración beta de los neutrones, los neutrinos, son solo sensibles a esta clase de interacción. ejempl o, Esta fuerza actúa a nivel de los núcleos atómicos y es la que permite la fusión de, por ejemplo, el hidrógeno, que es lo que nos permite no solo disfrutar de la luz del Sol, sino concebir la existencia misma tal como lo hacemos, siendo verdaderamente fundamental.

 

4. Fuerza gravitatoria

 

Esta es una fuerza puramente atractiva, ya que dos cuerpos con masa siempre tienden a atraerse por la fuerza de gravedad, a diferencia de otras fuerzas en las que también se pueden rechazar los objetos. Esta fuerza es la que mantiene a los planetas orbitando y girando alrededor del Sol, así como también por ejemplo a nuestro satélite natural, la Luna, que orbita alrededor de la Tierra.

En los estudios realizados de que, si se podría unificar a una sola expresión las fuerzas, se concluyó que no se podría ya que estas fuerzas son de distintas dimensiones y que hay fuerzas que actúan en moléculas y otras a cuerpos grandes y no se cumpliría el mismo ente físico para cada uno. Pero si podemos encontrar algunas alguna s fuerzas que interactúen en un mismo cuerpo y puedan unificarse.   Que

entiende Ud. Por ionización.

Es un procedimiento a través del cual se generan gener an iones; un átomo o una molécula que dispone de carga eléctrica a partir de ganar o de perder una cierta cantidad de electrones. En la naturaleza encontramos dos clases de iones (positivos y negativos)

 

 

V

OBSERVACIONES: Los instrumentos del laboratorio de física son algo anticuados habría que renovarlos, pero igual son muy útiles. En el experimento dos las agujas deben estar alineadas para puedan girar. En un aislante los átomos solo se orientan en la dirección del campo. Solo debe existir un tipo de fuerzas para estar en equilibrio o bien fuerzas electrostáticas o fuerzas gravitacionales. La longitud del hilo debe ser suficiente para permitir que la bolita pueda tocar ambas placas condensadoras en su movimiento oscilatorio

VI.

CONCLUSIONES:

Experimento 1: Se comprobó que las fuerzas que ejercen las cargas son grandes, comparadas con la fuerza de gravitacional, esto genera que se genere un impulso(repelen) y es por tal motivo que la bola se mueva en dirección contraria. Experimento 2:

En el tablero de destellos se ha observado que las cargas ca rgas tienen una propiedad de hacerse continua, según la distancia y cantidad de carga. Además tener presente que la conductividad eléctrica es la medida de la capacidad de un  un  material  material o sustancia para dejar pasar la  la corriente eléctrica  eléctrica a través de él. La conductividad depende de la estructura atómica y molecular del material. Los  Los  metales  metales son buenos conductores porque tienen una estructura con muchos  muchos electrones  electrones con vínculos débiles, y esto permite su movimiento. La conductividad también depende de otros factores físicos del propio material, y de la  la temperatura. temperatura.  Experimento 3:

Al inicio el arreglo de las agujas solo contaba con una energía eléctrica, pero esta se transforme en energía mecánica y esto hizo que se moviera. Experimento 4:

 

Con el generador de winshurt y unas campanillas electrostáticas armamos un sistema electrostático el cual nos generara campo eléctrico, por tal motivo las campanillas comenzaran a vibrar continuamente. Además, que el campo eléctrico creado entre las placas conductoras debe ser de suficientemente grande para originar la fuerza necesaria para producir una amplitud de oscilación que permita el contacto entre la bolita y las placas. Experimento 5: Esta práctica sirve para demostrar que en la zona de espacio entre dos electrodos por el que pasa suficiente voltaje se produce un traspase de partículas de aire ionizadas de un electrodo a otro.

Ese traspase de partículas ionizadas se denomina ''viento iónico'' y produce el mismo efecto que el viento tal y como lo conocemos. Experimento 6: De este experimento se puede deducir que gracias a la energía que genera la máquina de Wimshurst, podemos extraer verdaderamente el humo de la vasija completamente hermético. También que podemos ionizar el humo de un gas, esto gracias al efecto de las puntas en los metales.

REFERENCIAS: Serway A.(2005) . Fisica para ciencias e ingenieria. Volumen II, sexta edicion.  Alonso M. M. (1990). Fisica Fisica general II. Campos y Ondas. Ondas. Cap 1. Mexico Mexico