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Universidad Rafael Landívar Facultad de Ingeniería Ing. William Leonardo Martinez Laboratorio de Fisica III

Cargas en Movimiento Pedro Gonzalo Yax Peralta 1016810 Guatemala 28 de enero 2014

RESUMEN Durante la práctica realizada el 28 de enero de 2014 se procedió a demostrar de manera cualitativamediante cuatro prácticas la transferencia de cargas en materiales conductores y no conductores utilizando para esto el equipo de Cornelsen, además de demostrar de manera cualitativa las características para distribuciones de carga superficial en materiales conductores. La primera práctica consistía en carga de un material por fricción para lo cual fue necesario contar con una lámpara de irradiación, un paño de lana, un tablero de circuitos, un tubo metálico con clavija y una regla de plexiglass. Posteriormente se armó el equipo sosteniendo un extremo de la regla de plexiglass con una mano y frotando la varilla fuertemente con la tela de lana, hasta oir un chasquido que indica que la carga es suficiente, se tomó la lámpara de irradiación con la otra mano en uno de sus extremos y se acercó a diferentes zonas de la regla. La segunda práctica consistía en colocar el tubo metálico en el tablero de circuitos, luego se frota con el paño de seda la regla de plexiglass, luego se debe rozar varias veces el tubo metálico con la regla previamente cargada, luego se toma la lámpara de irradiación y hacer contacto con la parte superior del tubo metálico. La tercera práctica consistía en conectar el soporte de aguja pequeña al tablero de circuitos y colocar el girador, posteriormente se procedió a frotar la varilla de PVC fuertemente con el paño de seda y colocar el mismo en el girador, luego se froto una segunda varilla de PVC con el paño de seda y se acerco a un extremo de la barilla en el girador sin que la misma hiciera contacto, se procedió a realizar lo mismo con la diferencia de que ahora se froto una barilla de plexiglass. La cuarta práctica consistía en superficies cargadas, para lo cual se conectó el cilindro metálico al tablero de circuitos, posteriormente se colocó el péndulo en el borde del cilindro de manera que una bola quede dentro y la otra fuera de éste, luego se tocó el cilindro con la varilla de PVC, previamente cargada con el paño de lana y se observó la reacción de las bolas. FUNDAMENTO TEORÍCO Existen dos maneras de transferir carga a un cuerpo, estas son por inducción y por contacto, ambos casos son aplicables tanto como para un material conductor como para uno no conductor, La ley de coulomb ayuda a comprender la existencia de cargas en movimiento, así como introducir el concepto de fuerza electroestática y campo eléctrico. Cuando una distribución de carga tiene una simetría sencilla, es posible calcular el campo eléctrico que crea con ayuda de la ley de Gauss. La ley de Gauss derivada del concepto de flujo del campo eléctrico.

FLUJO DE CAMPO ELECTRICO El flujo del campo eléctrico se define de manera análoga al flujo de masa. El flujo de masa a través de una superficie S se define como la cantidad de masa que atraviesa dicha superficie por unidad de tiempo, el campo eléctrico puede representarse mediante líneas imaginarias denominadas líneas de campo. Cabe resaltar que en el caso del campo eléctrico no hay nada material que realmente circule a través de dicha superficie. Una superficie puede ser representada mediante un vector de diferencial de superficie, con dirección perpendicular a la misma y sentido hacia afuera de la curvatura. El flujo del campo eléctrico es una magnitud escalar que es definido mediante el producto punto. LEY DE GAUSS El flujo del campo eléctrico a través de cualquier superficie cerrada es igual a la carga contenida dentro de la superficie, dividida por la constante épsilon. La superficie cerrada empleada para calcular el flujo del campo eléctrico se denomina superficie gaussiana. ∮ ⃗ ⃗⃗⃗⃗ Para aplicar la ley de Gauss es necesario conocer previamente la dirección y el sentido de las líneas de campo generadas por la distribución de carga. La elección de la superficie gaussiana dependerá de cómo sean estas líneas. PREGUNTAS Práctica 1 1. ¿Qué sucede con la lámpara y por qué? 

La lámpara se enciende, esto es debido al flujo de electrones en el exterior del material que pasa a través de un delgado filamento en la bombilla, el cual se calienta dando como consecuencia una emisión de luz, el calentamiento del material sucede por el efecto Joule.

2. ¿Según sus observaciones qué explicación le da a lo sucedido en ambos casos? 

Para la lámpara , un flujo de electrones que fluye desde la regla de plexiglass cargada anteriormente y que pasa a través de un filamento de la misma para emitir luz

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Para la regla de plexiglás, esta es cargada por fricción con un paño de lada debido a el fenómeno conocido como carga por contacto, en el cual cada uno de los objetos participantes en el sistema presentan cierta afinidad a ganar o perder electrones, el movimiento que se realiza para obtener la carga no hace más que proporcionar la energía necesaria para que sea posible la carga de ambos objetos.

Práctica 2 3. ¿Qué sucede con la lámpara, explique el porqué del fenómeno? La lámpara se enciende, debido al flujo de electrones que va desde el cilindro cargado hacía la lámpara. 4. ¿Bajo qué condiciones un conductor puede quedar cargado? Si, no, ¿por qué? Un conductor puede quedar cargado si este es aislado de tierra, ya que en caso contrario todas las cargas que interaccionen con el conductor sencillamente fluirán a través de él hacia tierra, esto es debido a que cualquier material conductor sirve como un puente de transporte de electrones entre un objeto cargado y otro al que se desea cargar. Práctica 3 5. ¿Qué sucede con la varilla colocada en el girador para el primer caso? Al estar ambas varillas cargadas de PVC estas tienden a repelerse puesto que al estar fabricadas del mismo material tienden a obtener el mismo tipo de carga, por lo que al acercar la varilla de PVC la otra varilla del mismo material en el soporte tiende a alejarse. 6. ¿Qué sucede con la varilla de PVC en el segundo caso? La varilla de PVC se ve atraída hacia la varilla de Plexiglass esto es debido a que la varilla de plexiglass al ser frotada con la lana adquiere una carga opuesta a la de la varilla de PVC debido a están frabricadas por distintos materiales con distintas propiedades, por lo que la misma se mueve en dirección hacia la varilla de plexiglass. 7. Según sus observaciones, ¿qué puede concluir respecto a la carga en ambos casos Se puede concluir que la carga de la varilla de PVC es distinta a la carga que posee la varilla de plexiglass. Esto debido a los diferentes efectos que fueron observados con la varilla de PVC que se encontraba en el soporte móvil , además de que tanto la varilla de PVC como la de Plexiglass poseen distinta afinidad a atraer o ceder electrones.

Práctica 4 8. ¿Qué sucede con la esfera que está dentro del cilindro? Explique Esta esfera se pega al interior del cilindro debido a que no hay carga dentro del mismo, esto es debido a que la carga de un objeto siempre se mantiene en su área superficial.

9. ¿Qué sucede con la esfera que está afuera del cilindro? Explique Esta es repelida por el cilindro lo cual indica que la esfera poseía la misma carga que el exterior del cilindro, esto es debido a que la esfera en la parte exterior interactua con la carga que se encuentra distribuida uniformemente en el área superficial del cilindro, y se carga mediante contacto, al estar aisalada de tierra , la misma conserva la carga por lo cual es repelida.