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Laboratorio de Física III

Facultad de Ciencias Físicas

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

Laboratorio 1:

Cargas eléctricas y cuerpos electrizados

Integrantes:     

Bartolo Cristobal Cristian Jesus Callalli Acosta Vicente Franklin Carrasco Aldave Frank Erick Guizado Chavez Kevin Francis Santos Vargas Elynor Estefany

Docente:

2017

Laboratorio de Física III

Facultad de Ciencias Físicas

Cargas Eléctricas y Cuerpos Electrizados I.

Objetivos • Comprobar experimentalmente la existencia de una de las propiedades fundamentales de la materia llamada carga eléctrica. • Experimentar con la electrificación de los cuerpos mediante las diversas formas. • Verificar la interacción electrostática entre cargas de igual signo y de signos opuestos. • Conocer el funcionamiento y los principios físicos de un generador electrostático-máquina de Wimshurst y la máquina de Van de Graaff.

II.

Materiales

El equipo de electrostática U8491500 consta de un tablero de destellos, cubierta de electrodos esféricos, rueda con punta, barra de fricción de plástico, con clavijero de 4mm, soporte de depósito, rodamiento de agujas con clavija de conexión, soporte con ganchos para péndulo doble de bolitas de sauco, clavija de conexión en pantalla de seda en varilla, trozos de medula de sauco, tablero de base en clavija de conexión y carril de rodamiento con bolas, cadenas de conexión, esfera conductora de 30mm de diámetro con clavija de conexión, cubierta con electrodos de punta, pie de soporte, varilla de soporte aislado, con manguitos de soporte y conexión y luego de campanas.

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Péndulos de tecnoport Electroscopio Barras de acetato y vinilito Máquina de Wimshurst Máquina de Van de Graaff

Laboratorio de Física III III.

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Fundamento Teórico

Se atribuye a Thales de Mileto (640 – 548 A. C.) haber observado que un trozo de ámbar frotado con un paño o una piel adquiere la propiedad de atraer cuerpos livianos. William Gilbert (1540 – 1603) comprobó que no sólo el ámbar al ser frotado atraía cuerpos ligeros, sino también lo hacían muchos otros cuerpos como el vidrio, la ebonita, la resina, el azufre, etc. Cuando sucede esto se dice que el cuerpo ha sido electrizado por frotamiento. Otras formas de electrización son: por contacto y por inducción. Aplicó el término eléctrica para la fuerza que ejercen estas sustancias después de ser frotadas. Fue el primero en utilizar términos como “energía eléctrica”, “atracción eléctrica” y “polo magnético”. Quizá su aportación más importante fue la demostración experimental de la naturaleza magnética de la Tierra. También se observa la existencia de una cierta carga eléctrica que es la causante de las atracciones, o también las repulsiones que se producen. Existen dos tipos de cargas eléctricas. Se comprueba experimentalmente que cuerpos con cargas eléctricas de igual tipo se repelen, mientras que los del tipo distinto se atraen. Los dos tipos de cargas eléctricas existentes son denominados cargas positivas y cargas negativas. A un cuerpo que no esté cargado eléctricamente se le denomina cuerpo electrostáticamente neutro, en este caso decimos que tienen igual número de cargas de ambos tipos. III.1 Generador Electrostático (Maquina de Wimshurst) La máquina de Wimshurst es un generador electrostático de alto voltaje desarrollado entre 1880 y 1883 por el inventor británico James Wimshurst. 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. Se basa en el efecto triboeléctrico, en el que se acumulan cargas cuando dos materiales distintos se frotan entre sí.

Descripción y datos técnicos: El generador electrostático consta de dos discos de cristal acrílico, de igual tamaño, montados sobre un eje horizontal, paralelamente y con escasa distancia entre sí. El accionamiento de los discos se realiza independientemente el uno del

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otro, por medio de correas de accionamiento, a través de poleas y una manivela. Una correa se desplaza de manera cruzada, por lo cual los discos giran en sentido opuesto. La cara externa de los discos está ocupada circularmente por hojas de estaño. Frente a cada disco, se ha fijado un conductor transversal, girable, con dos pinceles de metal, que frotan las hojas de estaño. Para la toma de corriente se emplean dos escobillas fijadas a un estribo, en el extremo del listón de aislamiento. La distancia entre las escobillas y los discos es regulable y debe ser de algunos milímetros. Éstas se encuentran conectadas con las barras de electrodos, cuyos extremos tienen forma de doble esfera y entre las que se efectúa la descarga de chispas.    

Diámetro de los discos: 310 mm Longitud de chispa: 120 mm (máximo) Dimensiones: 360 mm x290 x450 mm Corriente de cortocircuito: 30 µA (aproximadamente)

Funcionamiento: La teoría de esta máquina es algo compleja, consistiendo lo fundamental en que al girar por el manubrio los discos en sentido opuesto el uno del otro, el roce de los sectores con las escobillas produce por inducción en éstas una carga inicial a expensas de la cual, y por inducción, se electrizan los discos con electricidad de nombre contrario en las dos mitades de cada disco, y en cada sector del uno y el correspondiente del otro: de este modo mantenidas las cargas contrarias en cada sector y su opuesto, que marchan en sentido inverso, al pasar por los peines atrae, para su neutralización, la electricidad de nombre contrario, y los conductores quedan así cargados, el uno con electricidad positiva y el otro con negativa, con lo cual se recoge el fluido de signos contrarios en cada peine colector, pasando a las escobillas, entre las que se hace saltar la chispa en la descarga.

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III.2 Generador Electrostático: Maquina De Van De Graff El generador de Van de Graff Van de Graff inventó el generador que lleva su nombre en 1931, con el propósito de producir una diferencia de potencial muy alta (del orden de 20 millones de volts) para acelerar partículas cargadas que se hacían chocar contra blancos fijos. Los resultados de las colisiones nos informan de las características de los núcleos del material que constituye el blanco. El generador de Van de Graff es un generador de corriente constante, mientas que la batería es un generador de voltaje constante, lo que cambia es la intensidad dependiendo que los aparatos que se conectan. El generador de Van de Graff es muy simple, 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. En la figura, se muestra un esquema del generador de Van de Graff. Un conductor metálico hueco A de forma aproximadamente esférica, está sostenido por soportes aislantes de plástico, atornillados en un pié metálico C conectado a tierra. Una correa o cinta de goma (no conductora) D se mueve entre dos poleas E y F. La polea F se acciona mediante un motor eléctrico. Dos peines G y H están hechos de hilos conductores muy finos, están situados a la altura del eje de las poleas. Las puntas de los peines están muy próximas pero no tocan a la cinta. La rama izquierda de la cinta transportadora se mueve hacia arriba, transporta un flujo continuo de carga positiva hacia el conductor hueco A. Al llegar a G y debido a la propiedad de las puntas se crea un campo lo suficientemente intenso para ionizar el aire situado entre la punta G y la cinta. El aire ionizado proporciona el medio para que la carga pase de la cinta a la punta G y a continuación, al conductor hueco A, debido a la propiedad de las cargas que se introducen en el interior de un conductor hueco (cubeta de Faraday).

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Funcionamiento del generador de Van de Graff Hemos estudiado cualitativamente como se produce la electricidad estática, cuando se ponen en contacto dos materiales no conductores. Ahora explicaremos como adquiere la cinta la carga que transporta hasta el terminal esférico. En primer lugar, se electrifica la superficie de la polea inferior F debido a que la superficie de la polea y la cinta están hechas de materiales diferentes. 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 Supongamos que hemos elegido los materiales de la cinta y de la superficie del rodillo de modo que la cinta adquiera una carga negativa y la superficie de la polea una carga positiva, tal como se ve en la figura. Si una aguja metálica se coloca cerca de la superficie de la cinta, a la altura de su eje. Se produce un intenso campo eléctrico entre la punta de la aguja y la superficie de la polea. Las moléculas de aire en el espacio entre ambos elementos se ionizan, creando un puente conductor por el que circulan las cargas desde la punta metálica hacia la cinta. Las cargas negativas son atraídas hacia la superficie de la polea, pero en medio del camino se encuentra la cinta, y se depositan en su superficie, cancelando parcialmente la carga positiva de la polea. Pero la cinta se mueve hacia arriba, y el proceso comienza de nuevo. La polea superior E actúa en sentido contrario a la inferior F. No puede estar cargada positivamente. Tendrá que tener una carga negativa o ser neutra (una polea cuya superficie es metálica). Existe la posibilidad de cambiar la polaridad de las cargas que transporta la cinta cambiando los materiales de la polea inferior y de la cinta. Si la cinta está hecha de goma, y la polea inferior está hecha de nylon cubierto con una capa de plástico, en la polea se crea una carga negativa y en la goma positiva. La cinta transporta hacia arriba la carga positiva. Esta carga como ya se ha explicado, pasa a la superficie del conductor hueco.

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Si se usa un material neutro en la polea superior E la cinta no transporta cargas hacia abajo. Si se usa nylon en la polea superior, la cinta transporta carga negativa hacia abajo, esta carga viene del conductor hueco. De este modo, la cinta carga positivamente el conductor hueco tanto en su movimiento ascendente como descendente. IV. Procedimiento A.- Ubicamos en la mesa de trabajo en la posición más adecuada la máquina de Wimshurst y de Van De Graff B.- Experimentamos la interacción entre las barras cargadas y las esferas de tecnoport que está suspendida en el péndulo eléctrico.

A-1 MAQUINA DE WIMSHURST 01. Identificamos las partes de las maquinas electrostáticas 02. Giramos lentamente la manivela en sentido horario, los conductores transversales deben señalar, por arriba, hacia la izquierda y, por debajo, hacia la derecha, en un ángulo de 45º, en relación con la barra de aislamiento. 03. Mantuvimos el interruptor de aislamiento abierto y anotamos lo observado.  Al mantener el interruptor abierto y girar la manivela en sentido horario podemos apreciar que se produce una descarga de chispas por la palanca de acoplamiento. 04. Ahora cerramos el interruptor y anotamos lo observado  De igual manera al mantener el interruptor cerrado se aprecia una descarga de chispas 05. Conectamos las botellas de Leyden y anotamos lo observado. Los pasos observados 5, 6 y 7 se efectúan girando las manecillas del equipo. 06. Determinamos la polaridad del generador electrostático por medio de un electroscopio, este último se carga con un electrodo y se toca luego con una barra de plástico previamente frotada con lana, anote el signo de la carga. 07. Ahora acercamos una lámpara de fluorescente y anotamos lo observado, identificando la polaridad de las lámparas.  No se realizó este paso por falta de materiales. 08.- Descarga de punta; colocamos la rueda de punta sobre el rodamiento de agujas en el soporte, conectando la fuente descarga y transmitimos la carga, anotamos lo observado.

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 Se observa que las agujas empiezan a girar en sentido anti horario. 09.-Pendulo doble; colocamos un péndulo de bolitas de sauco en soporte con gancho, conectándolo a la fuente de carga y transmitiendo una carga a través de esta, anotando lo observado.  Se observa que las bolitas de sauco empiezan a alejarse entre sí, es decir se repelen. 10.- Clavija de conexión en pantalla de seda; colocamos la clavija de conexión en pantalla de seda sobre el soporte, conectándolo a las fuentes de carga y acrecentando lentamente la carga aplicada, anotamos lo observado.  No se realizó este paso por falta de materiales. 11.- Juego de campanas; colocamos sobre el juego de campanas, conectamos la fuente de carga y aumentamos lentamente la carga suministrada, anotamos lo observado.  Se observa que los péndulos se repelen y durante una fracción de segundo se pegan a las campanas y generan electricidad en contacto. 12.-Tablero de destellos; colocamos el tablero de destellos en el soporte, conectamos las fuentes de carga y aumentamos lentamente el volumen de la carga suministrada, anotando lo observado.  Se observa que el tablero presenta destellos de luz. Estos destellos son bastante pequeños pero se presentan en todo el tablero. 13.-Danza eléctrica; colocamos el tablero de base sobre el soporte, colocando sobre el bolitas de sauco de 5 a 8 unidades y pusimos encima de la cubierta con electrodos esféricos invertida, conectando la fuente de carga y aumentamos lentamente la cantidad de carga suministrada, anotando lo observado.  No se realizó este paso por falta de materiales.

14.- Aparato fumívoro; colocamos el tablero de base sobre el soporte, invirtiendo sobre este la cubierta con electrodos de punta y conectamos la fuente de carga. Hacemos penetrar en la cubierta el humo de un cigarro o de una vela de humo, anotamos lo observado.  No se realizó este paso por falta de materiales. 15.- Carril de rodamiento con bolas; Colocamos sobre el soporte la placa de base, y el carril de rodamiento de bolas. Al hacerlo, nos aseguramos de que la distancia de carril de rodamiento con bolas no caiga hacia un lado. Colocamos la bola, limpia y seca, sobre la placa de base de tal manera que entre en contacto con el canto del electrodo superior.

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Conectamos la fuente de alimentación y suministrar lentamente la carga, anotamos lo observado.  No se realizó este paso por falta de materiales. A-2 MAQUINA DE VAN DER GRAFF 16.- Conectamos la máquina de Van Der Graff, a la fuente de 250V de C.A. tuvimos cuidado. 17.- Una vez encendido, la faja vertical comenzara a girar, identificamos el signo de las carga de la esfera, con la ayuda de un electroscopio. 18.-Utilizamos los dispositivos efectuados en los procesos del 9 al 17, anotando lo observado.  Se observa que las agujas empiezan a girar.  Se observa que las bolitas de sauco empiezan a alejarse entre si.  Se observa que los péndulos se alejan poco.  Se observa que el tablero presenta destellos de luz pero frágilmente. 19.- Acercamos el electroscopio lentamente a la esfera y anotamos el máximo valor del ángulo que se desvía las hojuelas.  El máximo valor del ángulo observado que se desvía las hojuelas es de 90º

B. PENDULO ELECTRICO 1. Acercamos cualquiera de las barras, sin frotarla, a la esfera de tecnoport que está suspendida en el péndulo eléctrico, muestra la ilustración.  Se observa que las bolitas de tecnoport se repelen con la barra de vinilito.

2. Frotamos la barra de acetato con el paño de seda, luego la acercamos a la esfera de tecnoport. Repetimos la operación frotando la barra de vinilito. Anotamos lo observado.  Cuando frotamos la barra de acetato y la acercamos a las esferas de tecnoport, no hubo reacción alguna.  Todo lo contrario sucedió con la barra de vinilito, que género atracción.

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3. Pusimos frente a frente dos esferas de tecnoport suspendidas en los péndulos eléctricos. A continuación frotamos la barra de vinilito con el paño de lana, luego tocamos la esfera 1 y a la esfera 2. Anotamos lo observado.

 Se observa que las bolitas de tecnoport se atraen con la barra. Pero entre ellas se repelieron, después de sacar la barra. 4. Frotamos nuevamente la barra de acetato con el paño de seda y la barra de vinilito con el paño de lana y tocamos la esfera 1 con la barra de acetato y a la esfera 2 con la barra de vinilito. Anotamos lo observado.

 Con respecto a la esfera 1, no se obtuvo ninguna reacción.  Y en la esfera 2 se observó una fuerza de atracción. 5. Asignamos el nombre que usted desee a las cargas eléctricas obtenidas en los paso 3 y 4.

 Cuando las esferas se repelen, tienen carga positiva, es decir la misma carga.  Cuando se atraen tienen carga negativa, es decir diferentes cargas. 6. Frotamos nuevamente la barra de acetato con el paño de seda, luego la acercamos a la esfera 1 y esfera 2. Anotamos las observaciones.

 Se observa que no hubo reacción. 7. Frotamos nuevamente la barra de vinilito con el paño de lana, luego la acercamos a la esfera 1 y esfera 2. Anotamos las observaciones.

 Se observa que se atraen. 8. Acercamos sin tocar la barra de acetato a la esfera 1, simultáneamente acercamos sin tocar, la barra de vinilito a la esfera 2. Anotamos las observaciones.

 Se observa que las esferas se juntas a la barra. 9. La ilustración 3 nos muestra un electroscopio, aparato que nos permite observar si un cuerpo esta electrizado o no lo está. Acercamos la barra de acetato previamente frotada Con el paño de seda a la esfera metálica del electroscopio. Anotamos las observaciones.

 Se observa que la barra se encuentra cargada.

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10. Manteniendo cerca de la esfera metálica la barra de acetato, colocamos un dedo de su mano sobre la esfera. Anotamos lo observado.

 Se observa que no hay ninguna reacción. 11. Manteniendo cerca de la esfera metálica la barra de acetato, retiramos el dedo que se había colocado sobre ella. Anotamos lo observado.

 Se observa que no hay ninguna reacción. 12. Retiramos la barra de acetato de la vecindad de la esfera metálica. Anotamos lo observado.

 Se observa que no hay ninguna reacción. 13. Repetimos los pasos 7, 8,9 y 10 con la barra de vinilito que ha sido previamente frotada con el paño de lana.

   

Se observa que hay reacción. Se observa que hay reacción. Se observa que la barra está cargada. Se observa que hay reacción.

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CUESTIONARIO 1.- ¿Cómo puede usted determinar las cargas de las esferas de tecnopor? Explique Podemos determinarlo observando la forma en que se comportan las esferas, si se atraen o se repelen de acuerdo a la inducción magnética.

2.-En las experiencias efectuadas, ¿cómo podría aplicar el principio de superposición? Explique El principio de superposición o teorema de superposición es una herramienta matemática que permite descomponer un problema complejo en dos o más subproblemas más sencillos, de tal manera que el problema original se obtiene como "superposición" o "suma" de estos subproblemas más sencillos y manejable, más fáciles de resolver; así que la suma de subproblemas es el problema original. En los experimentos realizados en el laboratorio evaluamos qué carga tiene cada esfera, a qué distancia se encuentran, en qué sentido gira la máquina de Wimshurst si esta tiene un objeto que hace que las cargas se orienten siempre al mismo sentido, qué tanto afecta la humedad en la máquina de Wimshurst, si la máquina de Wimshurst está conectada a otro objeto del experimento, porque se atraerían o repelerían, etc. Es decir al analizarlo por partes, aplicamos el principio de superposición, y así podemos entenderlo mejor 3.-Del experimento realizado, ¿se puede deducir que tipo de carga se traslada de un cuerpo a otro? Si podemos conocer el tipo de carga. Para comprender que cargas se trasladan de un cuerpo a otro primero debemos probar que tipo de carga posee el cuerpo, esto lo podemos comprobar acercando una carga de prueba (de carga positiva y que sea puntual) si se repele, entonces el cuerpo posee carga positiva mientras si es atraída, el cuerpo está cargada negativamente. Luego de haberlas identificado podemos deducir que tipo de cargas se trasladan, estas cargas son flujo de electrones que irán del cuerpo que está cargado negativamente (con exceso de electrones) al cuerpo que está cargado positivamente (con déficit de electrones), una vez concluida este proceso los cuerpos se neutralizaran.

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04. Enuncie los tipos de electrización, explique cada caso. A.- Electrización por contacto Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si toco un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero también queda con carga positiva.

B.- Electrización por frotamiento

Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa. Si frotas una barra de vidrio con un paño de seda, hay un traspaso de electrones del vidrio a la seda.

C.- Electrización por inducción En este caso es necesario, que uno de los cuerpos este cargado (inductor), al acercarse al cuerpo, se atrae las cargas de signo opuesto y se repele las cargas de igual signo.

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5. ¿Por qué el cuerpo humano es un buen conductor de la electricidad? explique detalladamente. Es un buen conductor por que tiene éste una mínima resistencia, los electrones se moverán a través de él, buscando escapar por tierra para que él se neutralice, esto se debe a que el cuerpo humano posee muchas sales ionizables las cuales producen que se transmita por todo el cuerpo humano. La resistencia del cuerpo humano baja con el tiempo porque las sales que posee se reordenan para facilitar el desplazamiento. Claro que el cuerpo humano es conductor, ya que la mayoría de este está formada por agua, la cual es conductora. La resistencia del cuerpo humano varía dependiendo de la composición de este (que tan gorda o flaca es la persona, estatura, etc.). La resistencia difícilmente la puedes cambiar. Lo que tienes que hacer es proteger el cuerpo con un aislante de por medio (equipo de seguridad). Botas, guantes, casco, lentes, etc. Hay tablas que te indican cuanto micro amperes puede resistir el cuerpo, pero el daño que provoca una electrocución también depende del camino que recorra la corriente (mano izquierda-mano derecha, pie izquierdo-mano derecha, etc.) y del tiempo de exposición. Es decir el daño al organismo no solo depende de la resistencia del cuerpo, de hecho es lo menos importante. 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. Se ha descubierto que las partes más sensibles son la retina y el globo ocular, pues ante cualquier estímulo eléctrico producen una sensación luminosa. Le sigue la lengua, la cual manifiesta un sabor alcalino. 6. En la ilustración 6 considere que la bola 1 tiene una carga Q y la bola 2 esta descargada. Considere además que las bolas tienen igual radio r. ¿Qué sucederá? Como se observó experimentalmente, las cargas de signos iguales se repelen (ya sean las dos cargas positivas o negativas) y las cargas opuestas se atraen. Pero como solo una esfera posee carga y la otra es neutra no habrá fuerza alguna que las repele o atraiga, por lo tanto no se observara ninguna interacción entre las esferas.

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7. Siguiendo la ilustración 6, suponga que mediante algún deslizamiento del hilo la esfera 1, que tiene una carga Q, se pone en contacto con la esfera 2, que está descargada. ¿Qué es lo que se observará? ¿Cuál será la carga que adquiere la esfera 2? Dos esferas conductoras

Sean dos esferas conductoras de radios R1 y R2 respectivamente, que están inicialmente aisladas una de la otra y cargadas con cargas Q1 y Q2 respectivamente. Los potenciales de las superficies de las dos esferas son, respectivamente V1=(Ke.Q1)/R1,

V2=(Ke.Q2)/R2

Se ponen en contacto las dos esferas. La carga pasa de una esfera a la otra hasta que sus potenciales se igualan. V=(Ke.q1)/R1=(Ke.q2)/R2 Q1+Q2=q1+q2 En este sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas despejamos q1 y q2 q1=R1.(Q1+Q2)/(R1+R2), q1=R2.(Q1+Q2)/(R1+R2) Usando la fórmula tenemos: r

r

𝑞1 = r+r (𝑄), 𝑞2 = r+r (𝑄) La carga de la esfera 1 será: Q/2 y la carga de la esfera 2 será: Q/2, las cuales serán de mismo signo.

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8. Respecto a la pregunta 6, suponga ahora que la esfera 1 tiene un radio 3r y la esfera 2 un radio r. Si la esfera 1, que contiene una carga Q, se pone en contacto con la esfera 2. ¿Cuál será la carga que adquiere la esfera 2? Aplicando la fórmula utilizada en la pregunta anterior se puede hallar la carga de cada esfera. 2r

r

𝑞1 = 2r+r (𝑄), 𝑞2 = 2r+r (𝑄) La carga de la esfera 1 será: 2Q/3 y la carga de la esfera 2 será: Q/3, las cuales serán de mismo signo.

9. En un experimento de electrostática se observa que la distancia entre las esferas idénticas 1 y 2, inicialmente descargadas es de 10 cm. Luego de transmitirles la misma carga q a ambas esferas estas se separan 20 cm. ¿Cuál es el valor de esta carga, si la masa de cada una de ellas es de 4g y la longitud de los hilos en los que están suspendidas las esferas es de 25 cm? Se tiene: m=4g=4x10-3, L=25cm=25x10-2m, d=20cm=2x10-2 T

Tcosα Fe

Tsenα mg Tenemos: Tsenα= Fe, Tcosα=mg, dividiendo: tanα= Fe/mg de donde se obtiene Fe=mgtanα Como se tiene la longitud del hilo (L=25x10-2m) y sabemos que cada esfera se desplazó 5cm=5x10-3m, podemos formar un triángulo rectángulo y hallar tanα= √6 12

m

Utilizando la fórmula de la Ley de Coulomb y reemplazando los valores obtenidos se obtiene el valor de q=0.000000189 coulomb=0.189µC 10. Un objeto cargado positivamente se acerca a la esfera de un electroscopio y se observa que laminillas se cierran; y cuando se sigue acercando, sin tocar la esfera de pronto las hojuelas se abren ¿Qué tipo de carga tiene el electroscopio? El electroscopio contiene una carga diferente a la del objeto que se le acerca, este al transmitir su carga por el conducto del electroscopio neutraliza la barra que posee este cargándolo, al ser dos barras de igual cargas tienden a separarse. Al

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acercar el objeto las laminillas se cierran, pues está habiendo un acomodamiento de cargas, al acercar más el objeto a la esfera metálica del electroscopio sin llegar a tocarlas estas laminilla, se abren, pues ya hubo un mejor acomodamiento y la parte de la esfera del electroscopio está cargada positivamente parcialmente, por lo que en la parte inferior las laminillas se cargas negativamente parcialmente por lo que se rechazan. Entonces la carga del electroscopio es neutra solo hubo un reordenamiento de cargas que sumadas dan cero ya que es por inducción. 11. Que función cumple las botellas de Leuden en la máquina de Wimshurst, explique detalladamente. 

La botella de Leyden es un dispositivo que permite almacenar cargas eléctricas comportándose como un condensador o capacitador.



Cuando la botella de Leyden se usa en combinación con alguna máquina de fricción (Como la máquina de Wimshurst), permite desarrollar cargas muy altas, del orden de kilovoltios. Una vez cargada al máximo, la botella puede descargarse de forma espontánea o mediante un descargador; en ambos casos, produciendo una chispa azul intenso, de características similares a un rayo.



La varilla metálica y las hojas de estaño conforman la armadura interna. La armadura externa está constituida por la capa que cubre la botella. La misma botella actúa como un material dieléctrico aislante entre las dos capas del condensador. El nombre de condensador proviene de las ideas del siglo XIX sobre la naturaleza de la carga eléctrica que asimilaban está a un fluido que podía almacenarse tras su condensación en un dispositivo adecuado como la botella de Leyden. Este es el principio por el cual, si un rayo cae por diferencia de potencial en un avión, este no sufrirá en su interior ningún tipo de descarga ni alteración eléctrica.

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12. Durante el uso del generador electrostático se percibe un color característico, investigue a que se debe. Explique detalladamente. Cuando se producen las chispas, el oxígeno del aire (O2) los enlaces entre estas dos moléculas cercanas a las chispas se destruyen, y si estas encuentran a una molécula de O2, entonces se forma la reacción química de O y O2, obteniéndose O3, desprendiendo un olor a acre y a grandes concentraciones de ozono. Este toma un color azulado oscuro. Tras aquellos experimentos se percibió un olor característico, único y punzante, generador; Van Marum se refirió al mismo como “el olor de la materia eléctrica”. Este olor era producto de la formación de ozono, siendo el primero en describirlo científicamente. Es el olor a Ozono O3 (variedad alotrópica del Oxigeno O2), que se genera a partir de él, por efecto de las chispas. También se percibe cuando hay una tormenta eléctrica.

13. Explique el poder de las puntas, y sus aplicaciones En Electrostática, el poder de las puntas está relacionado con la definición de la rigidez dieléctrica. Ésta es el mayor valor de campo eléctrico que puede aplicarse a un aislante sin que se haga conductor. Este fenómeno fue descubierto hace 200 años por Benjamín Franklin, al observar que un conductor con una porción puntiaguda en su superficie, descarga su carga eléctrica a través del aguzamiento y por lo tanto no se mantiene electrizado. Actualmente se sabe que esto se da debido que en un conductor electrizado tiende a acumular la carga en la región puntiaguda. La concentración de carga en una región casi plana es mucho menor que la acumulación de carga eléctrica en un saliente acentuado. Debido a esta distribución, el campo eléctrico de las puntas es mucho más notorio que el de las regiones planas. El valor de la rigidez dieléctrica del aire en la parte más aguzada será sobrepasado antes que en las otras regiones, y será por ello que el aire se volverá conductor y por allí escapará la carga del conductor.

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APLICACIONES:  



MÁQUINA DE WIMSHURST: Observamos que en las puntas de esta máquina hay un flujo de electrones, esto debido al efecto de las puntas. El mástil metálico en la parte superior de algunos edificios, como el Empire State, actúa como pararrayos. Es azotado por relámpagos hasta 500 veces al año. Esto sucede por el efecto de las puntas. Una aeronave en vuelo puede acumular una carga eléctrica. Quizás haya observado la presencia de extensiones metálicas en forma de aguja en las puntas de las alas y en la cola del avión. Su propósito es permitir que la carga se disperse antes de que se acumule una gran cantidad.

LAS PUNTAS EN LA MÁQUINA DE WIMSHURTS

14. Mencione al menos 5 aplicaciones del equipo de Van De Graaff.    



Usándose tanto en experimentos docentes como en procesos industriales (acelerador de partículas). Existen otras variantes del generador de Van de Graaff, como son el Vivitron o el Pelletron capaces de conseguir tensiones de 30 Mega voltios. Experimentos de física de partículas y física nuclear. Experimentos físicos: Se usa para realizar experimentos en física nuclear en los que se aceleran partículas cargadas que se hacían chocar contra blancos fijos a gran velocidad. Los resultados de las colisiones nos informan de las características de los núcleos del material que constituye el banco. Aceleración de electrones para esterilizaciones los alimentos y materiales usados en procesos industriales o científicos.

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Generará Rayitos X mediante grandes flujos de energía

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Fines educativos y de instrucción en temas de cargas eléctricas, gracias a este generador podemos hacer experimentos de ruptura dieléctrica en alta tensión sin peligro para el que lo realiza.