PRACTICA 2 ESIME ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

IPN PRACTICA 2 DISTRIBUCION DE LAS CARGAS ELECTRICAS EN LOS CONDUCTORES NOMBRE DE INTEGRANTES DE EQUIPO 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. OBJETIVO: Que el alumno

-Determine empleando un electroscopio si un cuerpo está cargado y si está cargado el signo de carga. -verifique que en los conductores, la carga eléctrica se distribuye en la superficie exterior al realizar las experiencias de Cavendis y !ran"lin -#erifique mediante el empleo de un electroscopio que en un conductor ueco, él campo eléctrico es nulo. -$xplique qué sucede con el efecto de puntas al realizar las experiencias de $l reilete electrostático %a bu&'a $l mec(n de pelo • • •

MARCO TEORICO: Un mat er i al cond uct ores aq ue l qu e pe r mi t e el transporte de carga eléctrica. $n general, los s(lidos metálicos son buenos conductores, ya que sus electrones de valencia están poco ligados a los n)cleos at(micos, lo que permite que se muevan con facilidad a través del s(lido. $ste tipo de electrones poco ligados se denominan electrones libres. Cuando a un s(lido conductor cargado con una cierta carga q, se le de&a evolucionar la suficiente cantidad de tiempo, alcanza una situaci(n de equilibrio electrostático en la que ya no ay movimiento de cargas. $n estas condiciones, el campo en el interior del conductor es nulo.

ARREGLO EXPERIMENTAL: o!"#o

vela

*ose corriente

fuerzas

no

i

+ipo de fuerzas y movimientos epulsi(n acercarle barras

al las

epulsi(n atracci(n

y

electroscopio

i pose carga

barra de vidrio

i positiva

carga

i

si

epulsi(n

barra poliuretano

de

i positiva

carga

si

movimiento giratorio

reilete electrostático

i

i

INTRODUCCION: $n la realizaci(n de los primeros experimentos de la electricidad, los cient'ficos observaron que las sustancias difer'an en su facultad de mantener lo que en aquellos tiempos llamaban la virtud eléctrica/, pues algunas sustancias podr'an electrizarse fácilmente por diferentes procedimientos y mantener su estado, y otras a las que en aquellos tiempos no pod'an electrizar por ning)n procedimiento. $sto dio srcen a que se elaboran listas en las que se clasifican a las sustancias en eléctricas y no eléctricas. 0 principios del siglo 1#222 %3 C2$4+2!2C3 D$ %0 $*3C0 lograron electrizar intensamente las sustancias no eléctricas, si estas se apoyaban sobre una barra de vidrio o si se suspend'an de ilos de seda .$n 5678 en 2nglaterra, tepen gray demostr( que la virtud eléctrica pod'a conducirse de un cuerpo a otro a grandes distancias por medio de un cord(n orizontal de una sustancia no eléctrica, con tal de que el propio cord(n estuviese sostenido de ilos de seda. 0demás de que se demostr( que una esfera metálica no aislada perd'a virtud eléctrica en un lapso muy corto y que una esfera metálica colocada sobre una base aislante manten'a su virtud eléctrica durante algunos d'as. Después de los traba&os de 9ray sus contemporáneos se establecieron una divisi(n de las sustancias en conductoras eléctricas y aisladoras eléctricas. 0ctualmente se dice que un cuerpo es conductor cuando los átomos que lo forman ceden con relativa facilidad sus electrones libres y que un cuerpo es aislador cuando esta constituido por átomos que e&ercen gran atracci(n sobre sus electrones superficiales y por lo tanto, no lo cede con facilidad. $sto significa que el comportamiento eléctrico de los cuerpos solidos dependen de la estructura de sus bandas de energ'a y de c(mo están ocupadas normalmente por los electrones .%os buenos conductores como los metales ordinarios difieren en su conductividad eléctrica de los

aisladores, como el vidrio , el plástico, la madera, etc. De manera que la relaci(n de sus conductividades es del orden 58. $l desplazamiento de la electricidad en los conductores se explica por la presencia de cargas libres. %os electrones pueden desplazarse en el interior de la materia, pero no pueden abandonar el material. $n los materiales existen mucos electrones libres de manera que en un campo eléctrico pueden poner en movimiento de gran cantidad de ellos. :a&o condiciones electrostáticas los electrones se desplazaran solamente asta que produzcan un campo nulo en todo en todo el punto anterior del conductor esto sucede generalmente en una peque;a fracci(n de segundo. Como en un material conductor, el campo eléctrico es cero en todo punto y por la ley de gauss la densidad de carga debe ser 8 en el interior del conductor. $s decir si se coloca cualquier carga sobre o dentro de conductor $s decir si se coloca cualquier carga sobre o dentro de un conductor esta se ubicara solamente en la superficie exterior del mismo srcinando un campo eléctrico inminentemente fuera de la superficie del conductor, normal a dica superficie. Material 9enerador de van der graaff Copa de farsear ecipiente de platico con esferas de cripsota :arra de poliestireno $sfera ueca *a;o de lana :anco aislado *inza para mesa eileteelectrostá tico $lectroscopio , liger'simas de aluminio, fi&as a una varilla ?etálica, coronada por una esferilla también metálica. %a varilla se a&usta en un tap(n 0islador. %as ventanillas de cristal, una frente a la otra permiten ver al interior. *rocedimiento= 0cerque a la esfera del electroscopio una barra de vidrio sin frotar. 3bserve. ealizado lo 0nterior, cargue la barra de vidrio y acérquela asta tocar la esfera del electroscopio. 0note sus observaciones. +oque la esfera con la mano y repita el procedimiento anterior con la :arra de polietileno y anote sus observaciones. Cargue el electroscopio tocando con la barra de vidrio frotada con el pa;o de lana, de manera que las o&as queden solo un poco separadas@ acerque a la esfera pero sin llegar a tocarla un ob&eto cargado negativamente. 0note lo que sucede. 0ora toque a la esfera, *ero sin llegar a tocarla un ob&eto cargado positivamente. 0note lo que sucede. *or )ltimo 0proxime la esfera, pero sin tocarla, un ob&eto que no aya sido frotado y que en Consecuencia, este probablemente descargado AQué sucedeB Discusi(n A*or qué desciende la carga asta las o&asB Como la esfera que tiene como capuchón el electroscopio es conductor, cuando se le acerca una carga, esta viaja atreves de ella hasta las placas. Cuando se cargó el electroscopio con un tipo de carga y se le acerco una barra cargada con el otro tipo. AQué se observ(B Se observó que las placas se atraían debido a que las Cargas eran de signo contrario si se le acerca una barra cargada con carga del mismo signo AQué sucedeB Las placas se separarían, debido a la diferencia de signos en las cargas

AC(mo podr'a identificar el tipo de carga que adquiere un ob&eto cualquiera al ser frotado, empleando los resultados de las observaciones ecas en este experimentoB Cargando el electroscopio de una carga conocida, así cuando se le acercara la carga de rueba, esta interactuaría con la otra separando o atrayendo las placas Conclusiones A0 qué conclusi(n a llegado en este experimentoB !n el electroscopio se pudo apreciar que las cargas del mismo signo se separan y las cargas de signo contrario se atraen. "dem#s de que el electroscopio es un dispositivo que nos sirve para identificar el signo de las cargas, usando el principio de atracción o repulsión de cargas. %a experiencia de Cavendis ?onte la esfera metálica ueca en el soporte aislante y col(quela en el banco aislante. Conéctela a la esfera colectora del #an de 9raff por medio del cable de conexi(n, teniendo cuidado que este no llegue a tocar ning)n otro cuerpo, como se muestra en la figura. *ara cargar la esfera metálica ponga a funcionar el generador a su velocidad m'nimo durante un minuto aproximadament e y apáguelo. ealzado lo anterior , desconecte la esfera metálica ueca del generador procurando no tocar con la mano, ni el generador ni la esfera, con la sonda de prueba toque cualquier punto de la superficie de la esfera y con la ayudadel electroscopio determine si está cargada.e0not sus observaciones $l electroscopio debe estar lo bastante ale&ado del #an de 9raff, para evitar su influencia.  0ora conlos dos emisferios metálicos descargados, provistos mangos de aisladores, y cubra la esfera metálica con ellos como se muestra en la figura. Después de unos segundos separe ambos emisferios y, con la ayuda de sonda de prueba y del electroscopio descargado. Determine si existe carga eléctrica en layesfera en los emisferios. egiste sus observaciones. $iscusión AC(mo obtuvo la esfera ueca, carga eléctrica en este experimento % Se obtuvo mediante la ioni&ación, es decir que se le acerco demasiado a una superficie cargada uniformemente y si tocarla, esta adquiere la carga imant#ndola

AC(mo la detectoB Se detectó mediante el electroscopio al acercarlo demasiado al objeto de prueba A*or qué se ace contacto en la superficie de la esfera cargada sonda con la de prueba esta adquiere la carga del punto del contactoB $ebido a que al hacer contacto la sonda queda cargada y la esfera se descarga. A*or qué podemos considerar en este experimento que el área de contacto este la esfera y lasonda de prueba permanece constanteB orque cuando hace contacto la esfera con la sonda y se carga se considera un solo objeto y no e'iste la superficie de contacto. $iga si la carga por contacto por la sonda de prueba pasa íntegramente al electroscopio. AC(mo ar'a para que esto sucedieraB $ebido a que e'iste una perdida cuando se atraviesa el electroscopio, si se desea que pase íntegramente, se debiera cargar la sonda al mismo tiempo que la esfera, así ambas tendrían la misma carga.

Cuando los emisferios metálicos cubren la esfera metálica ACuál es la superficie externa del con&untoB !n la parte conve'a de los hemisferios debido a que allí es donde se adquiere la carga. Después de aber retirado los emisferios de la esfera ADetecto carga eléctrica en la esferaB A$n los emisferiosB Cuando fueron cargados en la parte conve'a no, debido a que no se detectó carga en el interior, y cuando se cargó en la parte cóncava, si debido a que ahí si se cargó el hemisferio . A%a carga que detecto en los emisferios metálicos fue del mismo signoesfera que la metálicaB $xplique c(mo podr'a comprobar lo anterior. $ebido a que se polari&o de con la misma carga para comprobarlo, se cargaría el electroscopio con la carga de la esfera y se le acercaría al capuchón esf(rico del electroscopio los hemisferios, y si las placas de (l, se separaran estas serían del mismo signo.

$xperiencia de fran"lin

2nstale con la parte superior de la esfera colectora del #an de 9raff. *reviamente descargada , el recipiente de plástico con base de metal. *onga a funcionarsu a m'nima velocidad durante algunos segundos. 3bserve lo que sucedereg'strelo. y ealizado lo anterior desconecte el generador y descárguelo. Quite el recipiente con paredes de plástico del generador e instale en lugar su el cilindro metálico. Con las esferasconductoras como se muestra en la figura y ponga a funcionar el generador a su m'nima velocidad durante algunos segundos, observe lo que sucede y reg'strelo. $iscusión A*or qué repelidas las esferas conductor as al funcionar el generador, uando c estas encontraban en el recipiente de plásticoB $ebido a que la carga de las esferas era de signo igual a la carga de la esfera del generador. AQué tipocuando de carga la placa metálica que sirve de tap(n del recipiente de pl#stico seadquiere golpeado por las esferas conductoras% "dquiere la misma que la de las esferas, debido a que repele a las mismas. AQué tipo de carga adquieren las esferas conductoras cuando se encontraban en la copa de !araday después de acer funcionar el generadorB "dquieren la misma carga que la del generador debido a que se ioni&an, y despu(s de ser repelidas por el tapón, est#n adquieren la misma. A*or qué no saltaron las esferas conductoras cuando se carg( la copa de !aradayB $ebido a que como la copa de )araday tenía la carga contraria a la de las esferas, estas fueron atraídas por la misma copa. Conclusión AQué se puede concluir las )ltimas dos experienciasB *ue la ioni&ación es otro m(todo por el cual se pueden cargar los cuerpos, sin necesidad de tener contacto con ellos, así mismo que las cargas de signo igual se repelen y las de signo contrario se atraen. *antalla eléctrica Coloque el capuc(n metálico cobre el electroscopio y conéctelo a la esfera de generador rocedimiento

*onga a funcionar el generador a su m'nima velocidad. 3bserve. 4ota= cuide que no aya arcos eléctricos entre el capuc(n el electroscopio. y $iscusión+ AQué papel &uega el capuc(n conductorB !s el mismo que el de la esfera, debido a que al ser cargado este, las placas se atraen o repelen debido a la carga que se le introduce al (l. Conclusión+ ACuál es suconclusi(n de respecto a este experimentoB *ue la carga electrost#tica viaja por la superficie de los cuerpos, es decir que en el interior el campo el(ctrico es cero, pero mientras este por el e'terior, si puede e'istir una carga.

$fecto de puntas. eilete electrostático. Dispositivo= el que se muestra en la figura 2nstale el reilete sobre la esfera colectora de #an de 9raff, ponga a funcionar este )ltimo as u m'nima velocidad, registre sus observaciones. i puede aumentar la velocidad ágalo. 0note lo que sucede. ?ec(n de cabellos *rocedimiento= Descargue el generador de #an de 9raff, quite el reilete y en su lugar coloque el mec(n de cabellos. *onga a funcionar al generador a velocidad una m'nima si esta se puede regular dé&elo funcionando por espacio de un minuto, registre lo que observé.

$xperiencia de vela rocedimiento 4uevamente descargue el generador,equit el mec(nde cabellos, coloque la punta metálica en la esfera del generador, en cienda la vela yponga a funcionar el generador , acerque la flama de la velalaa punta metálica. egistre lo que sucede.

Discusi(n. $xplique el comportamiento del reilete mec(n y el de cabellos. !n el rehilete se apreció que la concentración de cargas siempre ser# mayor en las puntas, y como la caga que adquirió el rehilete fue la misma que en la esfera, esta sirvió para impulsarlo, y hacer que este rotara. A*uede invocarse el aire % Sí debido a que la carga pueden viajas por (l, un claro ejemplo de esto son las descargas atmosf(ricas . A0 qué se llamaviento eléctricoB Cuando los conductores met#licos terminan en punta se acumula mucha carga en ellas, la densidad de carga es muy alta y en las pro'imidades se crea un intenso campo que ioni&a el aire. Las puntas cargadas positivamente producen viento el(ctrico positivo las puntas cargadas negativamente producen viento el(ctrico negativo.

A*or qué las cargas eléctricas fluyen atreves de una puntaB $ebido a que es mayor su concentración en ellas, y su #rea es menor, así la carga ser# demayor concentración . $xpliqué porque la flama de la veladesv'a se al acercarla a la punta cargada orque e'iste un flujo de electrones por medio del campo el(ctrico que de las puntas sale. Conclusi(n= De las observaciones registrada s durante estostres )ltimos experimentos AQué puede concluirB ?ucos de estos fen(menos f'sicos nos demuestran la existencia de los campos eléctricos y cargas eléctricas

OPINIONES DE LA PR$CTICA: OPINION 1: *or medio de la práctica pudimos observar c(mo es posible conducir la energ'a eléctrica a través de algunos materiales o de igual manera poder ver los cambios que ace en los ob&etos. 0l generar campos eléctricos se aprecian fuerzas de atracci(n o repulsi(n. 3*24234 E= $n el laboratorio de electricidad y magnetismo, mediante la experimentaci(n se pudo observar el funcionamiento de un electroscopio, as' como determinar con él si un cuerpo está cargado y el signo de la carga. e

verific( que en los conductores, la carga eléctrica se distribuye en la superficie exterior, al realizar *odemos observar que mediante esta serie de experimentos que en un conductor ueco el campo eléctrico es nulo, que la carga electrostática via&a por la superficie de los cuerpos, es decir que en el interior el campo eléctrico es cero, pero mientras este por el exterior, si puede existir una cargalas experiencias de Cavendis y !ran"lin. e observ( que mediante el empleo de un electroscopio, en un conductor ueco, el campo eléctrico es nulo@ as' como también se observ( el efecto con puntas al realizar los experimentos del reporte del reilete, la vela y el mec(n de cabellos.

OPINIÓN F= $n esa práctica pudimos observar mediante varias erramientas para poder realizarla, que cargando un ob&eto se puede ver como se transfiere a otro o que se repelen dependiendo el caso, la distribuci(n de cargas puede generar electrostática también ya que en un experimento se puso un poco de cabello y este se pon'an de una forma vertical. OPINION 4: *odemos observar que mediante esta serie de experimentos que en un conductor ueco el campo eléctrico es nulo, que la carga electrostática via&a por la superficie de los cuerpos, es decir que en el interior el campo eléctrico es cero, pero mientras este por el exterior, si puede existir una carga