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• Felipe Arias

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Universidad de Pamplona Facultad de ciencias Básicas Departamento de Física y Geología Docente: Físico Miguel Barrera PREINFORME

Laboratorio de Electromagnetismo Grupo: B

INFORME

Fecha: 1/10/2020

Integrantes: 1) Fabián Alexander Ahumada Pantoja

Código: 1007272473

2) Euder Sanjuán Santana

Código: 1091668913

3) Luis Felipe Arias Gutiérrez

Código: 1014269429

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Equipo #

FENÓMENOS ELECTROSTÁTICOS OBJETIVOS 1. Estudiar la naturaleza de la fuerza eléctrica. 2. Estudiar los diferentes métodos utilizados para cargar los cuerpos eléctricamente (inducción, contacto y frotamiento). 3. Interactuar con materiales conductores y dieléctricos. MARCO TEORICO ELECTROSTÁTICA Carga Eléctrica: En una época tan remota como 600 A.C., los griegos de la antigüedad descubrieron que cuando frotaban ámbar contra lana, el ámbar atraía otros objetos. En la actualidad decimos que con ese frotamiento el ámbar adquiere una carga eléctrica neta o que se carga. La palabra “eléctrico” se deriva del vocablo griego “elektron”, que significa ámbar. Cuando al caminar una persona frota sus zapatos sobre una alfombra de nailon, se carga eléctricamente; también se carga un peine si lo pasa por el cabello seco. Esta propiedad se llamada carga eléctrica, es decir, un atributo de la materia que es tan fundamental como lo es la masa [1]. Las varillas de plástico y un trozo de piel, son especialmente buenos para demostrar la electrostática, es decir, la interacción entre cargas eléctricas en reposo, después de cargar las dos varillas frotándolas contra un trozo de piel, las varillas se repelen. Cuando frotamos varillas de vidrio con seda, las varillas de vidrio también se cargan y se repelen entre sí. Sin embargo, una varilla de plástico cargada atrae otra varilla de vidrio también cargada; además, la varilla de plástico y la piel se atraen, al igual que el vidrio y la seda [1]. Estos experimentos y muchos otros parecidos han demostrado que hay exactamente dos tipos de carga eléctrica: la del plástico cuando se frota con piel y la del vidrio al frotarse con seda. Benjamín Franklin (1706-1790) sugirió llamar a esas dos clases de carga negativa y positiva, respectivamente, y tales nombres aún se utilizan [1]. Es decir: “Dos cargas positivas se repelen entre sí, al igual que dos cargas negativas. Una carga positiva y una negativa se atraen.” [1] Electrización: Los cuerpos se electrizan cuando pierden electrones, o bien cuando los ganan. Si un cuerpo está cargado positivamente, no significa que tiene exceso de protones ya que los protones no tienen facilidad de movimiento como los electrones. Por lo tanto, se entiende que la carga de un cuerpo es positiva cuando pierdes electrones y negativa cuando los gana [2]. Docente: Físico BM Barrera

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Frotamiento: este fenómeno se presenta fácilmente en climas secos o cuando el aire está seco, ya que las cargas electrostáticas se escapan cuando el aire está húmedo [2].

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Contacto: esta electrización se debe a que cuando un cuerpo tiene abundancia de electrones, al ponerlo en contacto con otro cuerpo, le cede electrones. pero, si a un cuerpo le faltan electrones, por lo que su carga es positiva y se une con otro, atraerá parte de los electrones de ese cuerpo [2].

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Inducción: esta forma de electrización se presenta cuando un cuerpo se carga eléctricamente, si es acercado a otro ya electrizado [2].

FORMULAS En la guía de esta práctica no se observó ninguna ecuación o formula. CUESTIONARIO 1. 2. 3. 4. 5. 6.

¿En qué consiste el concepto de Coulomb? Defina la ley de conservación de la carga. Explique brevemente el proceso de electrización y tipos de electrización. ¿En qué consiste el principio de conservación y cuantización de la carga? Consulte la tabla triboeléctrica, ¿para qué sirve? Explique brevemente la diferencia entre un material dieléctrico y un material conductor. 7. Explique el funcionamiento de un generador de Van de Graaff. RESPUESTAS: 1. El coulomb es la unidad derivada del sistema internacional para la medida de la magnitud física de cantidad de electricidad (carga eléctrica). Nombrada en honor del físico francés Charles-Augustin de Coulomb. Un coulomb representa el negativo de la carga total de aproximadamente 6 𝑋 1018 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠 [1]. 2. El principio de conservación de la carga establece que "no hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica", se afirma que "en todo proceso electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva". Así, en un proceso de transferencia de cargas, el número total de protones y electrones no se altera y sólo hay una separación de las cargas eléctricas. Por tanto, no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, es decir, la carga total se conserva.[1]. 3. Una forma fácil de entender el proceso de electrización es, por ejemplo, después de frotar un globo contra el cabello en un día seco, observará que el globo atrae pequeños pedazos de papel. Con frecuencia la fuerza de atracción es lo suficientemente intensa que los pedazos de papel quedan suspendidos. Cuando los materiales se comportan de esta manera, se dice que están electrificados, o que se han cargado eléctricamente. De este comportamiento se pueden evidenciar algunas formas de electrificación [2]. Por frotamiento o fricción: Al frotar dos cuerpos, uno quedara cargado en forma positiva y el otro en forma negativa. Por contacto: Al acercar un cuerpo cargado a un cuerpo neutro, el cuerpo cargado cede parte de su carga quedando los con la misma carga. Por Inducción: La electrización por inducción puede ocurrir sin contacto entre los cuerpos. Cuando un conductor inicialmente neutral (inducido) se acerca a un cuerpo electrificado (inductor), induce una distribución de carga en él. El conductor permanecerá neutral, sin embargo, la región del conductor más cercana al inductor estará excesivamente sobrecargada con el cuerpo eléctrico. 4. En un sistema aislado la carga eléctrica siempre se conserva. Es decir, cuando se frota un objeto contra otro, no se crea carga en este proceso. El estado de electrificación se debe a una transferencia de carga de uno de los objetos hacia el otro. Uno adquiere parte de la carga negativa en tanto que el otro adquiere la misma cantidad de carga, pero positiva. Se dice que la carga eléctrica 𝑞 está cuantizada, y 𝑞 es el símbolo de la variable para la carga; en otras palabras, la carga eléctrica existe en forma de “paquetes” discretos y se escribe 𝑞 = ±𝑁𝑒, 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑁 𝑒𝑠 𝑎𝑙𝑔𝑢𝑛 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟𝑜. [1] Docente: Físico BM Barrera

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5. Tabla triboeléctrica.

Es una tabla que permite determinar cómo se carga un material cuando entra en contacto con otro de la tabla (propiedades de carga de materiales por fricción): Si dos materiales de la tabla se ponen en contacto, el más alto en la serie cederá electrones al otro, cargándose positivamente (mientras que el otro material adquirirá una carga negativa). Cuanto más separados se hallen los materiales, mayor es la transferencia de carga y, por lo tanto, se genera una diferencia de potencial mayor. Se observa que el cuerpo humano es uno de los materiales más tribo-positivo de la tabla [3]. 6. Que los materiales dieléctricos tienen sus cargas relativamente inmóviles, al poseer muchos electrones de valencia, tienden a ser muy estables, de forma que, al crear carga eléctrica en un punto, únicamente se manifiesta en dicho punto [2]. 7. Los resultados experimentales han demostrado que cuando un conductor con carga se pone en contacto con el interior de un conductor hueco, toda la carga del conductor con carga se transfiere al conductor hueco. En principio, la carga en el conductor hueco y su potencial eléctrico pueden incrementarse sin límite mediante la repetición del proceso. En 1929 Robert J. Van de Graaff (19011967) utilizó este principio para diseñar y construir un generador electrostático [2].

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ANALISIS DE DATOS 1. A partir de lo observado en cada uno de los pasos del procedimiento de esta práctica de laboratorio que estudia los fenómenos electrostáticos, complete la Tabla 1, Tabla 2, Tabla 3, Tabla 4. Material 1

Material 2

¿Qué se observó? Que no hay ningún tipo de Fuerza eléctrica o interacción entre ellas.

VIDRIO Sin frotar

Acercar sin tocar

PLÁSTICO ACRÍLICO Sin frotar

Sin frotar

BOLÍGRAFO Sin frotar

Que no hay ningún tipo de Fuerza eléctrica o interacción entre ellas.

Que no hay ningún tipo de Fuerza eléctrica o interacción entre ellas.

Que no hay ningún tipo de Fuerza eléctrica o interacción entre ellas.

EBONITA Sin frotar

Tabla 1. Interacción de materiales no frotados con el paño de seda. MATERIAL VIDRIO

PLÁSTICO Fuerza eléctrica Repulsiva

ACRILICO

Fuerza eléctrica Atractiva

EBONITA

Fuerza eléctrica Repulsiva

BOLÍGRAFO

Fuerza eléctrica Atractiva

Tabla 2. Tipo de fuerza eléctrica generada entre dos objetos cargados.

Acercar sin tocar

Tocar

¿Qué se observó?

Tipo de electrización

Que se genera una fuerza eléctrica Atractiva.

Electrización Inducida

Que se genera una fuerza eléctrica Repulsiva que a su vez genera un movimiento tipo péndulo.

Electrización por Contacto o rozamiento.

Tabla 3. Interacción entre bolita de aluminio y el generador de Van de Graaff. Material

¿Qué observó?

¿Por qué ocurrió esto?

Porque la carga que estaba induciendo el generador hacia la bolita se descarga a través de la mano y hacia la tierra. De este modo si se retira la mano la bolita vuelve y se carga y reinicia su movimiento oscilatorio. Globo pequeño Que el globo tenía un Porque el generador genera movimiento oscilatorio y al hacer una carga repulsiva sobre el contacto con la mano deja de globo haciéndolo oscilar, al oscilar y permanece estático. tocarlo con la mano se Luego de retirar la mano este descarga y deja de oscilar, si se vuelve a oscilar suelta este vuelve a cargarse. Tabla 4. Interacción entre diferentes materiales con el generador de Van de Graaff. Bolita forrada de aluminio

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Que la bolita tenía un movimiento oscilatorio y al hacer contacto con la mano la bolita deja de oscilar y permanece estática. Luego de retirar la mano esta vuelve a oscilar.

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PREGUNTAS DE CONTROL: 1. A partir de lo observado en la tabla 1, ¿Qué ocurre con la fuerza electrostática entre dos objetos que no están cargados? Rta: Que al no estar cargados los dos objetos no existe una fuerza electrostática que ejerza un objeto sobre el otro y viceversa, es decir la fuerza electrostática es de cero. 2. Describa las formas de cargar un objeto. ¿Estos métodos para cargar objetos se pudieron apreciar en la práctica? Sustente su respuesta. Rta: Existen 3 formas de cargas objetos, por inducción, por contacto y rozamiento. Un objeto se carga por inducción a acercar un objeto cargado a un objeto sin carga o neutro. El cuerpo cargado cede parte de su carga, quedando así los dos con una misma carga. De igual forma pasa por contacto, donde los dos objetos deben estar en contacto. Por rozamiento al frotar dos cuerpos neutros, uno quedara cargado en forma positiva y el otro en forma positiva. Estos métodos se pudieron apreciar en la práctica, el de contacto se observó en la primera parte donde se frotaba un paño de seda con el objeto y este quedaba cargado positiva o negativamente, y el de inducción también se apreció en esta primera parte ya que este cargaba los objetos de forma positiva a través del generador de Van de Graaff. 3. De los elementos utilizados en el desarrollo de la práctica ¿cuáles pertenecen al grupo de conductores y cuáles al grupo de materiales dieléctricos? Al grupo de conductores pertenecen La bolita de aluminio, el globo y el generador de Van de Graff. Al grupo de aislantes, vidrio, acrílico, ebonita, bolígrafo y plástico. 4. Sabiendo que el vidrio al frotarse con seda queda cargado positivamente, analice la tabla 2 e identifique el tipo de carga de los diferentes cuerpos frotados, Rta: El material de acrílico tiene una carga negativa, el material de ebonita tiene una carga positiva, el bolígrafo tiene una carga negativa. 5. ¿Se pudo apreciar el principio de conservación de la carga? Sustente su respuesta Rta: Si, se aprecia cuando la bolita de aluminio se encuentra oscilando, está se carga a través del generador de Van de Graff, y empieza a oscilar. Al descargar la bolita tocándola con la mano esta deja de oscilar, y si se retira la mano esta volverá al mismo estado donde se encontraba oscilando. Es decir, en ningún momento la bolita creó o perdió carga, simplemente hubo una transferencia de cargas sobre esta, por la tanto la carga de bolita de aluminio siempre se conservará. CONCLUSIONES: En conclusión, pudimos evidenciar que la carga eléctrica de un objeto, es una propiedad intrínseca de la materia, como lo es la masa. Esta propiedad nos ayuda a determinar la fuerza eléctrica, ya sea de repulsión o atracción, a través del tipo de carga que posea el objeto, carga positiva o negativa. Además, evidenciamos que existen 3 formas de cargar un objeto, es decir de aplicar una fuerza eléctrica sobre estos. Por contacto, inducción y frotamiento. Cada una de ellas permite que haya una transferencia de cargas entre objetos y es en esta trasferencia o interacciones que podemos evidenciar una forma de determina una delas propiedades de los objetos como lo es la carga que posee, positiva, negativa o neutra. Así mismo existe otras características propias de los objetos, que están estrechamente relacionadas con el termino de electrización, el cual se define como la capacidad de ganar o perder cargas eléctricas. Siendo así los objetos conductores aquellos con mayor capacidad de electrización y los aislantes con menor capacidad, es decir un por un conductor fluye más fácilmente una carga eléctrica, mientras que por un aislante ocurre totalmente lo contrario.

Docente: Físico BM Barrera

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BIBLIOGRAFIA

[1] H. D. y. R. A. F. YOUNG, Física universitaria, con física moderna volumen 2., México: PEARSON EDUCACIÓN, 2009. [2] J. Raymond A. Serway y John W. Jewett, Física para ciencias e ingeniería con física moderna. Volumen 2., México: Cengage Learning Editores,Publicado en inglés por Brooks/Cole ©2008, 2009 . [3] R. M. Besançon, The Encyclopedia of Physics, Van Nostrand Reinhold Company, 1985.

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