Lab Fisica 3

1. INTRODUCCION La electrostática es la rama de la física que estudia los fenómenos producidos por distribuciones de cargas eléctricas; por consiguiente, en esta experiencia se busca recrear los métodos para cargar eléctricamente un objeto ya sea negativa o positivamente y tener claro el comportamiento y significado de la carga adquirida por cada material; los métodos son: frotamiento, inducción y contacto. Se tiene como fin ampliar los conocimientos sobre todo lo referente a electrización por frotamiento mediante la experiencia realizada a continuación.

2. MARCO TEORICO Un cuerpo cualquiera está formado por moléculas y éstas están formadas por átomos. Los átomos poseen, básicamente, tres tipos de partículas: electrones, protones y neutrones. Se ha descubierto que los electrones y los protones tienen propiedades eléctricas mientras que los neutrones no la poseen. A los electrones se les asignó la propiedad de tener carga negativa y a los protones carga positiva. Se dice, entonces, que un cuerpo está cargado negativamente si tiene un exceso de electrones y está cargado positivamente si tiene una ausencia de electrones, es decir, si tiene más protones que electrones. Ley de coulomb La ley de Coulomb, que establece cómo es la fuerza entre dos cargas eléctricas puntuales, constituye el punto de partida de la Electrostática como ciencia cuantitativa. Fue descubierta por Priestley en 1766, y redescubierta por Cavendish pocos años después, pero fue Coulomb en 1785 quien la sometió a ensayos experimentales directos. Entendemos por carga puntual una carga eléctrica localizada en un punto geométrico del espacio. Evidentemente, una carga puntual no existe, es una idealización, pero constituye una buena aproximación cuando estamos estudiando la interacción entre cuerpos cargados eléctricamente cuyas dimensiones son muy pequeñas en comparación con la distancia que existen entre ellos. La Ley de Coulomb dice que "la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario". Es importante hacer notar en relación a la ley de Coulomb los siguientes puntos: a) cuando hablamos de la fuerza entre cargas eléctricas estamos siempre suponiendo que éstas se encuentran en reposo (de ahí la denominación de Electrostática); Nótese que la fuerza eléctrica es una cantidad vectorial, posee magnitud, dirección y sentido. b) las fuerzas electrostáticas cumplen la tercera ley de Newton (ley de acción y reacción); es decir, las fuerzas que dos cargas eléctricas puntuales ejercen entre sí son iguales en módulo y dirección, pero de sentido contrario:

k es una constante conocida como constante Coulomb y las barras denotan valor absoluto. F es el vector Fuerza que sufren las cargas eléctricas. Puede ser de atracción o de repulsión, dependiendo del signo que aparezca (en función de que las cargas sean positivas o negativas). - Si las cargas son de signo opuesto (+ y –), la fuerza "F" será negativa, lo que indica atracción - Si las cargas son del mismo signo (– y – ó + y +), la fuerza "F" será positiva, lo que indica repulsión. Electroscopio El electroscopio es un instrumento que se utiliza para establecer si un cuerpo está electrizado y el signo de su carga. El electroscopio consiste en una varilla metálica vertical que tiene una esfera en la parte superior y en el extremo opuesto dos láminas de oro o de aluminio muy delgadas. La varilla está sostenida en la parte superior de una caja de vidrio transparente con un armazón de cobre en contacto con tierra. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electriza y las laminillas cargadas con igual signo de electricidad se repelen, separándose, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido. La fuerza de repulsión electrostática se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera, las láminas, al perder la polarización, vuelven a su posición normal. 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.

3. OBJETIVOS Electrización por frotamiento 

Determinar con un tubito de neón los tipos de carga que aparecen al frotar varillas de plástico.



Estudiar con un tubito de neón como se cargan una placa de policarbonato y una hoja de acetato al frotarlas con un papel y al entrar en contacto una con otra.

Fuerzas entre cuerpos cargados eléctricamente 

Analizar las fuerzas que actúan entre cuerpos cargados.



Observar y diferenciar las fuerzas de repulsión y de atracción entre cuerpos cargados.

4. DESCRIPCION DE LA EXPERIENCIA Electrización por frotamiento En la primera parte de la primera experiencia utilizamos una varilla de polipropileno y un tubito de neón; frotamos con una hoja de papel la varilla hasta que estuviera cargada y después acercamos el tubo de neón. Posteriormente realizamos el mismo procedimiento con la varilla acrílica. En la segunda parte construimos una “balanza eléctrica” con una varilla de polipropileno, está es cargada con un papel por medio de frotación en uno de sus extremos, también se frota un tubito de neón y lo acercamos al extremo de la varilla que está en el péndulo. Lo mismo se hace con la varilla acrílica. En la segunda experiencia colocamos una hoja de acetato sobre la placa de policarbonato y la frotamos fuertemente con un papel, después separamos la hoja de acetato de la placa y acercamos uno de los extremos metálicos del tubo de neón. Después utilizamos la balanza eléctrica cargando uno de los extremos de la varilla de polipropileno y acercando la hoja y la placa a ese extremo. Fuerzas entre cuerpos cargados eléctricamente. Experimento1: 1. Se froto también la mitad de la otra varilla de polipropileno enérgicamente con el papel, se aproximó el extremo frotado de esta varilla al extremo frotado de la que está colgada. 2. Se repitió el experimento, pero la segunda es ahora la acrílica 3. Se puso la placa de policarbonato sobre la mesa y la hoja de acetato encima de ella, se froto la hoja de acetato con el papel. Se levantaron las dos juntas y después se separaron la hoja de acetato. 4. Se aproximó el extremo frotado de la varilla que está colgada primero la placa de policarbonato y después la hoja de acetato. Experimento 2: Se carga eléctricamente la varilla de polipropileno frotándola enérgicamente con una hoja de papel y se pasa sobre la varilla estática haciendo que se rocen la mayor longitud posible, se observa la tira conductora y se repite el experimento utilizando la varilla acrílica. Experimento 3: Se compone de una botella cuyo tapón de goma está atravesado por una varilla metálica que termina en su extremo inferior en dos láminas muy livianas de papel de oro o de aluminio; en el otro extremo termina en una esferita metálica. Al tocar La esfera con un cuerpo electrizado las láminas se cargan con electricidad del mismo nombre y, por lo tanto, se separan. Para descargar el electroscopio basta tocar la esfera con la mano, es decir se establece 'contacto con tierra' a través de nuestro cuerpo.

5. MATERIALES

Electrización por frotamiento        

Varilla de polipropileno, d= 8mm, L= 175 mm Varilla acrílica, d=8mm, L= 175mm Tubito de neón Electroscopio (sin aguja) Placa de policarbonato Grapa para varillas redondas Hoja de acetato Hoja de papel áspero, seco

Fuerzas entre cuerpos cargados eléctricamente       

Electroscopio (sin aguja metálica) Varilla de polipropileno, d= 8 mm, L=175 mm Varilla acrílica, d=8 mm, L= 175 mm Grapa para varillas redondas Placa de policarbonato Hoja de acetato Hoja de papel áspero, seco

6. OBSERVACIONES

EVALUACION N° 1

Experimento Nº 1: 

¿Qué observaron al poner en contacto la lámpara de efluvios con la varilla de polipropileno? (gris):

-

La lámpara de efluvios se enciende; ocurre un destello de luz naranja que dura no más de 1 segundo.



¿Qué observaron al poner en contacto la lámpara de efluvios con la varilla acrílica (transparente)?:

-

La lámpara de efluvios no enciende debido a que no es un buen conductor este material o falto cargarlo.



Qué podría concluir sobre lo observado al poner en contacto la lámpara de efluvios con la varilla de polipropileno y la varilla acrílica

-

Concluimos que hubo una diferencia de intensidad de luz donde fue más fuerte en la varilla de polipropileno debido a que se cargó más eléctricamente por frotación que la varilla de acrílico.

Experimento Nº 2: Anote todo lo observado en los pasos uno, dos y tres del experimento 2. I.

Con la hoja de acetato fue posible apreciar el destello de luz rojo al prender el tubito de neón.

II.

Con la lámina de acrílico la barra se atrae quiere decir que hay cargas positivas y negativas; al igual que con la lámina de acetato, ambos materiales se atraen.

EVALUACION N° 2

Experimento Nº 1: 1) Qué sucede al aproximar la varilla de propileno -

Al observar la varilla gris vemos que al ser de la misma carga se repelan.

2) Qué sucede al aproximar la varilla acrílica (transparente)? -

al ser de diferentes cargas (signo) se atraen.

3) Qué sucede al separar la placa de policarbonato y la hoja de acetato? -

Se atraían por que las placas estaban cargadas con diferente signo por tanto esta fuerza no dejaba separarlas.

4) Qué sucede al aproximar la placa de policarbonato? -

La fuerza que había entre la placa y la varilla era de atracción por tanto la placa estaba cargada con signo contrario, se atraen.

5) Qué sucede al aproximar la hoja de acetato? -

Pasa lo contrario de la placa de policarbonato esta hoja de acetato se aleja debido a que las cargas son iguales y la fuerza es repulsiva.

Experimento N°2: Al rozar las dos cada una de las varillas se obtuvo un movimiento en el papel de aluminio

Experimento N°3:  

  

Tenemos los materiales para armar el electroscopio Armamos el electroscopio insertando la varilla en la base de caucho, ya echo ese paso se corta una tira larga de papel aluminio y se pega con una cinta en la parte superior de la varilla Ya con el electroscopio armado se carga una varilla de metal una de polímero y una vidriosa Ya cargadas las varillas respectivamente se prueba pasándola x el lado opuesto de la tira de aluminio Observamos que efectos causaron el la tira de papel aluminio.

7. CONCLUSION Concluimos que a través de estos experimentos logramos diferenciar las cargas y las fuerzas entre ellas, además observamos como un objeto puede ser cargado eléctricamente por frotamiento. Observamos la fuerza de los objetos cargados si se repelan o se atraen a través de las placas.

8. RESPUESTAS HOJA DE EVALUACION EVALUACION N° 1 1) ¿En qué consiste la electrización por frotamiento? -

La electrización por frotamiento se explica del siguiente modo. Por efecto de la fricción, los electrones externos de los átomos del papel son liberados y cedidos las distintas varillas que utilizamos (polipropileno, acero) con lo cual ésta queda cargada negativamente y aquél positivamente. En cualquiera de estos fenómenos se pierden o se ganan electrones, pero el número de electrones cedidos por uno de los cuerpos en contacto es igual al número de electrones aceptado por el otro, de ahí que en conjunto no hay producción ni destrucción de carga eléctrica. Esta es la explicación, desde la teoría atómica, del principio de conservación de la carga eléctrica formulado por Franklin con anterioridad a dicha teoría sobre la base de observaciones sencillas.

2) ¿Qué puede concluir de lo que ha observado sobre las cargas de las dos varillas? -

Podemos concluir que las varillas son cargadas por frotamiento y dependiendo del material una es más ideal que la otra.

3) ¿Qué puedes decir acerca de la carga de la hoja y de la placa por el tubito de neón? -

Al estar la placa y la hoja juntas, la placa se encuentra cargada positivamente y la hoja negativamente; por el contrario cuando las placas se separan, ambas adquieren una carga negativa.

4) Compare los resultados de este experimento con los del primer experimento. -

Al comparar los resultados del primer experimento con este nos dimos cuenta que las varillas siempre transferían electrones a la lámpara de efluvios después que se frotaban mientras que el segundo podía ocurrir que no hubiese esa transferencia de electrones.

5) Qué clase de carga han visto en los dos objetos frotados, la hoja y la placa? Concuerdan los resultados con los de la segunda y tercera parte del experimento?

-

La carga de la hoja era negativa ya que al aproximarse a la varilla que ya había sido frotada con anterioridad estas se repelaban, mientras que la placa quedaba cargada positivamente y esto provocaba que se atraerán.

6) Como se puede explicar la diferencia de los resultados? -

La diferencia de los resultados varia en los materiales que se utilizan ya que al utilizar materiales distintos algunos ganaban o perdían electrones y esto causaba una reacción diferente.

EVALUACIÓN N°2

Experimento Nº 1:

1) Qué pueden ustedes deducir de lo observado en 1 y 2 sobre el efecto fuerza entre cuerpos cargados eléctricamente? -

Podemos deducir que la fuerza puede ser de atracción o de repulsión según sea el signo de la carga si las cargas son iguales estas se repelen de lo contrario se atraen.

2) Qué deducen de lo observado en el punto 3 sobre las cargas de dos cuerpos? -

Las cargas de los cuerpos eran de signos contrarios por lo tanto se atraen y su fuerza es de atracción.

3) Las observaciones 4 y 5 informan sobre la carga de la placa de policarbonato y la hoja de acetato. Qué conclusión se puede sacar? -

Concluimos que al ser cargas por frotamiento las cargas de las placas quedan de diferente signos por tanto al colocarlas con la varilla una tiene una fuerza repulsiva y la otra placa fuerza de atracción.

4) Mencione un ejemplo de la vida diaria en el que aparezca un fenómeno similar al observado en el punto 3. -

En las hojas de papel también se ve este fenómeno debido a que son muy difícil de despegar por la fuerza de las cargas.

Experimento Nº 3: 1) ¿Qué deducen ustedes de lo observado en las partes 1, 2 y 3 sobre el funcionamiento del electroscopio? -

Deducimos Que al cargar la varilla de polímero y acercándola al lado opuesto del papel aluminio, este se va a mover hacia la varilla cargada

2) ¿Cómo explicarían ustedes el movimiento de la aguja observado en la parte 4? -

En este caso no sería la aguja, en este caso sería la tira de papel aluminio, y el movimiento se debe a que la carga de la tira de papel aluminio y la varilla de polímero están cargados desigualmente y x eso se atraen y eso produce el movimiento

3) Expliquen la respuesta del electroscopio en los pasos de la parte 5. -

En el paso 5 nos dimos cuenta que el electroscopio solo funciono con la varilla de polímero con la varilla de metal y la vidriosa no se vieron los efectos con esto concluimos que el polímero es mejor conductor

9. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS -

Sears, volumen 2, Edición 14 Consulta de internet

Tabla de contenido

1.Introducción ......................................................................................................... 1 2.Marco teórico ....................................................................................................... 2 3.Objetivos .............................................................................................................. 4 4.Descripción de la experiencia............................................................................... 5 5.Materiales ............................................................................................................. 6 6.Observaciones ..................................................................................................... 6 7.Conclusión…………………………………………………………………...…………..8 8. Respuestas hojas de evaluación……………………………...…………………………………………………..9 9.Referencias bibliográficas………………………………………………………………..…………….10