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“Física III”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE ANCASH “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”

FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS, GEOLOGÍA Y METALURGIA E.A.P. INGENIERÍA DE MINAS “ELABORACIÓN DE UN ELECTROSCOPIO CASERO” TRABAJO EXPERIMENTAL PRESENTADO A LA ASIGNATURA DE FÍSICA III

 AGUIRRE JARA, Vladimir.  GARAY JARA, Jonathan Samir.  MACEDO FLORES, Romeld.

Huaraz, 03 de Octubre de 2013

INTRODUCCIÓN La física es una de las más antiguas disciplinas académicas, tal vez la más antigua, ya que la astronomía es una de sus disciplinas. En los últimos dos milenios, la física fue considerada dentro de lo que ahora llamamos filosofía, química, y ciertas ramas de la matemática y

la biología,

pero

durante

la Revolución

Científica en

el siglo

XVII surgió para convertirse en una ciencia moderna, única por derecho propio. La física no es sólo una ciencia teórica; es también una ciencia experimental. Como toda ciencia, busca que sus conclusiones puedan ser verificables mediante experimentos y que la teoría pueda realizar predicciones de experimentos futuros. Dada la amplitud del campo de estudio de la física, así como su desarrollo histórico en relación a otras ciencias, se la puede considerar la ciencia fundamental o central, ya que incluye dentro de su campo de estudio a la química, la biología y la electrónica, además de explicar sus fenómenos. Científicos e ingenieros dedican gran parte de su tiempo a lo que se conoce como trabajo experimental. Las razones son varias, y entre ellas destaca el hecho de que los experimentos permiten poner a prueba nuevas teorías. Esto no siempre es fácil, pero lo cierto es que hasta que un experimento confirma los resultados predichos por una teoría, ésta no suele ser completamente aceptada. Por supuesto, en las prácticas de laboratorio de la UNASAM no se va a colaborar a este fin, pero los experimentos que se realicen nos darán la oportunidad de observar directamente cómo funciona el mundo real. Se podrá comprobar que lo estudiado realmente ocurre, y todos sabemos que ver siempre deja una mayor huella que simplemente leer.

ELABORACIÓN DE UN ELECTROSCOPIO CASERO I.

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. Un electroscopio 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. Por este motivo, el electroscopio se puede utilizar para medir la radiación de fondo en presencia de materiales radiactivos. El electroscopio de hojuelas de oro fue inventado por William Guilbert en 1600.

II.

CARGA ELÉCTRICA La carga

eléctrica es

una propiedad

física intrínseca

de

algunas partículas

subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas.

La materia cargada

electromagnéticos,

siendo

eléctricamente a

su

vez,

es

influida

por

los campos

generadora

de

ellos.

La

denominada interacción electromagnética entre carga y campo eléctrico es una de las cuatro interacciones fundamentales de la física. Desde el punto de vista del modelo estándar la carga eléctrica es una medida de la capacidad que posee una partícula para intercambiar fotones.

Una de las principales características de la carga eléctrica es que, en cualquier proceso físico, la carga total de un sistema aislado siempre se conserva. Es decir, la suma algebraica de las cargas positivas y negativas no varía en el tiempo.

La

carga

eléctrica

es

de

naturaleza discreta,

fenómeno

demostrado

experimentalmente por Robert Millikan. Por razones históricas, a los electrones se les asignó carga negativa: –1, también expresada –e. Los protones tienen carga positiva: +1 o +e. A los quarks se les asigna carga fraccionaria: ±1/3 o ±2/3, aunque no se los ha podido observar libres en la naturaleza. En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina culombio (símbolo C). Se define como la cantidad de carga que pasa por la sección transversal de un conductor eléctrico en un segundo, cuando la corriente eléctrica es de un amperio, y se corresponde con la carga de 6,241 509 ×

electrones aproximadamente.

III. CARGA ELÉCTRICA DE LAS PARTÍCULAS FUNDAMENTALES DEL ÁTOMO La carga de las partículas fundamentales es: CARGA PROTÓN NEUTRÓN ELECTRÓN

IV. MATERIALES Para la elaboración de nuestro Electroscopio Casero, utilizaremos los siguientes materiales:  Un Frasco de vidrio.  30 centímetros de alambre de cobre o acero.  Papel aluminio.  Pegamento.  Tijera.  Pinza o alicate.

V. PROCEDIMIENTO Hay varias formas de hacer electroscopios como experimentos caseros, nosotros hemos elegido un modelo que es realmente sencillo y muy efectivo a la vez. 1° Debemos hacer un pequeño orificio en tapa del frasco. La tapa no debe ser metálica. En caso que el frasco conseguido no tenga una tapa plástica, debemos de hacer una, con un trozo de cartón o plástico, de lo contrario el metal hará que nuestro electroscopio casero no funcione como debería.

2° Tomar un trozo de alambre de cobre o acero de unos 30 cm de largo aproximadamente y construir algo similar a la estructura que se muestra en la figura.

3° Introducir el extremo recto del alambre a través del orificio hecho en la tapa. 4° Luego, doblaremos la punta del trozo de alambre que va dentro del frasco en forma de gancho, como si fuera un anzuelo. 5° Ahora tomaremos un trozo de papel aluminio y cortaremos dos hojuelas de dimensiones similares. Trataremos que no tengan más de 2 cm de ancho y 4 cm de alto; cuanto más livianas sean más sensible será tu electroscopio casero. 6° Para terminar, tendremos que hacer un pequeño agujero en ambas hojuelas elaboradas, con el objetivo de que queden suspendidas del gancho que armamos. Es importante realizar el agujero más grande que el diámetro del alambre, de ese modo las hojuelas se moverán con mayor libertad y aumentará la sensibilidad del artefacto elaborado.

VI. ¿CÓMO FUNCIONA EL ELECTROSCOPIO? Como ya vimos en la parte teórica del curso, las cargas de igual signo se repelen y las de diferentes signos se atraen. Es decir, si tenemos dos cuerpos cargados con cargas eléctricas negativas los mismos se repelerán.

Lo que sucede es nuestro electroscopio casero así como en un cualquier otro electroscopio es que, al acercar un cuerpo cargado, las láminas se separan. Esto se debe a que el cuerpo cargado “atrae” las cargas del signo opuesto hacia la parte superior del electroscopio. Es decir, si acercamos un cuerpo cargado negativamente al electroscopio, las cargas positivas del mismo serán atraídas hacia la superficie (parte alta del electroscopio casero). De modo que en la parte inferior del mismo (donde están las hojuelas) quedan cargas negativas. Como vimos, las cargas del mismo signo se repelen. Por lo que al estar ambas láminas cargadas igualmente (mismo signo) se repelen y se separan debido a que “son muy livianas y están sueltas”.

VII. RECOMENDACIÓN 

Si tu electroscopio queda “cargado” y las hojuelas no vuelven a su lugar, puedes “descargarlo” conectándolo a tierra, es decir, tócalo con tu mano, o con algún otro objeto conductor.



Este experimento que

explica cómo

hacer

un

electroscopio

casero es

realmente maravilloso para presentarlo en un proyecto de ciencias o una clase de física.

VIII. BIBLIOGRAFÍA 1. RAYMOND A. y JERRY S. FÍSICA para bachillerato general. Volumen 2. Sexta Edición. THOMSON Editores. México, 2007. 2. ALVARADO E. y ANDRADE J. MANUAL DE EXPERIMENTOS DE FÍSICA III. Universidad de Guanajuato – FIMEE. 3. MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE FÍSICA INGENIERO DE TELECOMUNICACIÓN. Universidad Rey Juan Carlos. España, 2004.

IX. PAGINAS WEB Para la realización de este proyecto experimental se ha empleado la información extraída de las siguientes páginas web: 1. http://espanol.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080716154730AAcyc zq 2. http://experimentoscaseros.net/2011/03/experimento-de-fisica-como-hacer-unelectroscopio-casero/