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EXPERIENCIA No 1

ELECTROSTÁTICA Lora Cárdenas María Camila.Ing.Electrónica. Muñoz Solano Santiago.Ing.Civil. Ochoa Cáceres Esteban.Ing. Ambiental. Ramos Mari Luis. Ing.Electrónica. Rosado Gonzalez Ivan. Ing.Civil.

Física de campos, REMOTO-CD, Universidad de la Costa. Peduzine Orozco Edgar David. 06/08/2020 RESUMEN Esta práctica de laboratorio realizada mediante un simulador, trata de explorar diferentes fenómenos electrostáticos a través de carga por fricción, por contacto y por inducción. La electrización se da cuando se dota de cargas eléctrica a un cuerpo [vea fig.1], este proceso se ve en la primera parte de la simulación, al interactuar las cargas de dos objetos. Luego se identifica en la parte dos de la simulación, el campo y potencial eléctrico [vea fig. 2], el campo eléctrico se encuentra en cualquier punto del espacio donde se coloca una carga de prueba en el mismo punto y esta experimenta una fuerza eléctrica y finalmente el potencial eléctrico se identificó en el trabajo que realizó el simulador para mover una carga de un sitio a otro. Palabras claves: Fricción, contacto, inducción, cargas, campo eléctrico, potencial eléctrico.

ABSTRACT This laboratory practice, carried out using a simulator, tries to explore different electrostatic phenomena through friction, contact and induction charging. Electrification occurs when a body is endowed with electric charges [see fig. 1], this process is seen in the first part of the simulation, when the charges of two objects interact. Then it is identified in part two of the simulation, the field and electric potential [see fig. 2], the electric field is found at any point in space where a test charge is placed at the same point and it experiences an electric force and finally The electrical potential was identified in the work the simulator did to move a charge from one site to another.

Keywords: Friction, contact, induction, charges, electric field, electric potential.. 1. INTRODUCCIÓN La física es una ciencia universal, debido a que abarca estudios de fenómenos naturales de cualquier tipo de magnitud, una rama de esta es la electroestática, la cual se basa en el estudio de

las cargas eléctricas en reposo y su interacción. (Mora Moreno M. , 2011) La naturaleza eléctrica está relacionada con los átomos de todas las sustancias. Un átomo consta de un pequeño núcleo masivo que contiene partículas denominadas protones, que tienen carga positiva, y una nube de partículas en órbita

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al núcleo denominadas electrones, que tienen carga negativa. Es posible transferir carga eléctrica de un objeto a otro, por lo general, se transfieren electrones y el cuerpo que los gana adquiere un exceso de carga negativa. Tal separación de cargas ocurre a menudo cuando se frotan entre sí dos materiales distintos. (Zemansky, 2009) Con los anteriores conceptos definidos y comprendidos, se tiene como finalidad realizar un acercamiento a el campo de la física, a través de experiencias demostrativas clásicas, los cuales se desarrollarán mediante una práctica de laboratorio, se harán uso de simuladores con el objetivo de analizar y demostrar los conceptos de los fenómenos electrostáticos, tales como la electrización de los cuerpos por frotación e inducción, los cuales nos ayudarán a comprender la naturaleza eléctrica de la materia y sus aplicaciones en la vida diaria.

la dirección de la línea que las une. (José L. Fernández) Existen tres formas de electrizar un cuerpo: a) Frotación. - El cuerpo menos conductor al ser frotado toma electrones quedando cargado de forma negativa, y el que libera electrones queda cargado de forma positiva. Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros, ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa. b) Contacto. - El cuerpo conductor es puesto en contacto con otro cuya carga no es nula. Aquel cuerpo que presente un exceso relativo de electrones los transferirá al otro. Al finalizar la transferencia los dos cuerpos quedan con carga de igual signo. c) Inducción. - El cuerpo inductor (cargado) es aproximado a un conductor neutro, los electrones se desplazan de tal manera que se alejan o acercan al cuerpo cargado de electricidad. (Valdivia)

2. MARCO TEÓRICO 3. METODOLOGÍA Electrostática: Existen dos tipos de cargas eléctricas, una positiva (protón p+) y otra negativa (electrón e-). Las cargas del mismo signo se repelen y de distinto signo se atraen. Se suele utilizar el electroscopio para saber si un cuerpo está cargado eléctricamente. El principio de conservación y cuantización de la carga dice que la cantidad de cargas eléctricas positivas producidas es igual a las negativas, lo que significa que permanece constante la cantidad total de carga eléctrica. 𝑓𝑒 =

𝑘𝑒 ∗ 𝑞1 ∗ 𝑞2 𝑟2

Ec.1 La ley de Coulomb.

Las cargas q1 y q2 en reposo, son directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r que las separa y tiene

Para la realización de la práctica del laboratorio se aplicaron los siguientes procesos, se ejecutaron dos simuladores proporcionados por el docente en la clase relacionado con cargas eléctricas, luego se puso en práctica los conceptos dados en clase como la transferencia de cargas por frotamiento. En el primer simulador se tiene un globo, un muro y un abrigo, para realizar esta experiencia se froto el globo con el abrigo para generar una transferencia de electrones del abrigo al globo y luego acercar el globo al muro para ver como las cargas de este reaccionaban y a partir de los resultados obtenidos resolver unas preguntas, después se puso correr el otro simulador en el cual se presentaba una persona encima de una alfombra y al frente una puerta, esta experiencia consistía en frotar los pies de la persona con la alfombra para así la persona poder cargarse y luego acercar el dedo a la perilla de la puerta y ver como este reaccionaba.

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4. RESULTADOS Los datos de q+ y q- de la tabla 1 se obtuvieron realizando respectivamente el conteo de cargas que presentaba el abrigo y globo al abrir el software de simulación. La carga neta (total) se calculó mediante la resta del número de q+ y qque presentaba el abrigo y globo. La recolección de datos que se visualiza en la tabla 2 es producto de los resultados que se obtuvo de la frotación del globo con el abrigo en el software. Por tanto, los datos correspondientes al número de q+ y q- están asociados al conteo que se visualiza en el software al realizar la frotación anteriormente mencionada. En cuanto a la carga neta, se calculó mediante la resta del número de q+ y q- del abrigo y globo, respectivamente. Al abrir el software el globo y el abrigo se encuentran eléctricamente neutros. Destacando que el abrigo tiene mayor cantidad de carga eléctrica (Ver tabla 1). Frotando el globo con el abrigo ocurre una transferencia de electrones (q-) del abrigo al globo. Quedando el abrigo con carga positiva y el globo negativo (Ver tabla 2). Por tanto al acercar el globo al abrigo estos se van atraer y con la pared cargada negativa (otro elemento de experimentación presente en el software) se repele. Para el caso, de en vez de tener un globo como se plantea en la situación anterior. Se tiene dos globos para frotar con el abrigo. Ambos atraerían electrones del abrigo pero no se atraerían entre ellos. Al frotar el pie de John con la alfombra y se realice de forma más intensa, mayor cantidad de electrones atrae, y la alfombra queda cargada positivamente. Por tanto, John al tocar una perilla de metal esta atraerá los electrones por su propiedad conductora y se produce una corriente eléctrica. 5. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Después de recopilar información de los datos obtenidos por los simuladores se puede llegar a una idea más clara del concepto de transferencia de cargas, en esta experiencia se utilizó un proceso frotación para poder transferir cargas y se evidencia como al momento de frotar dos cuerpos con carga neutra, por lo general el mayor cargado transferirá al menor cargado como se vio apreciado al momento de frotar el globo con el abrigo o como en el segundo simulador al momento que la persona frota sus pies con la alfombra y luego este acerca su dedo a la perilla los electrones se transfieren de la persona a la perilla, también podemos analizar el fenómeno de repulsión, en como dos cargas cuando son de igual polaridad positiva o negativa se rechazan o cuando ambas cargas son de diferente signo se atraen, como se vio apreciado al momento de acercar el globo al muro ambos con carga negativa, se apreciaba como estos se rechazaban, sin embargo cuando se soltaba el globo este era atraído por el abrigo que tenía carga positiva, estos dos software estudian la electrización por frotamiento y nos deja claro que al momento de frotar dos cuerpos con carga neutral uno quedara con carga positiva y el otro con carga negativa, transfiriéndose del mayor cargado al menor como se mencionó anteriormente. 6. CONCLUSIONES Con el desarrollo de la práctica se pudo observar, como si fueron los primeros experimentos de Tales de Mileto en la antigüedad, al ver como por la frotación los elementos que no cuentas con alguna carga (globo y buzo) ya sea positiva o negativa, podemos generar o compartir electrones y protones. Con esto conduce a la separación de cargas de forma tal que un cuerpo adquiere una carga negativa y el otro una carga positiva de igual magnitud, pero la carga neta entre los dos cuerpos sigue siendo nula. Por lo general, mayor fricción mayor separación de cargas. La magnitud y el signo de las cargas dependen de las propiedades físicas de los

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cuerpos y del área en contacto, a mayor área mayor producción de cargas. Los cuerpos en fricción preferiblemente deben estar secos a fin de impedir la pérdida de carga por conducción a través del aire húmedo alrededor del cuerpo. El signo de la carga producida por un cuerpo por fricción dependiente no solo de la naturaleza del cuerpo mismo sino de la naturaleza del cuerpo con el cual se frota y la fuerza de fricción que se ejerza durante el contacto. Para definir la forma de interacción entre los dos tipos de cargas se tuvieron encuenta las reglas básicas de la Electroestática: 1.-Cuando dos cuerpos cargados positivamente se cargan positivamente o negativamente se van a repeler.

ABORDADOS CON ESTUDIANTES DE EDUCACIÓN BÁSICA SECUNDARIA. . Recuperado el 10 de 08 de 2020, de http://bdigital.unal.edu.co/4882/1/mari tzamoram Valdivia, P. D. (s.f.). Preuniversitario Pedro De Valdivia. Recuperado el 10 de 08 de 2020, de http://emmanuel.cl/icore/downloadcor e/162054 Zemansky. (2009). Física Universitaria (Vol. 504). México , DF, México.

2.-Cuando son cargados uno positivamente y otro negativamente se van atraer. 7. REFERENCIAS

8. ANEXOS José L. Fernández, G. C. (s.f.). Fisicalab. Recuperado el 10 de 08 de 2020, de https://www.fisicalab.com/apartado/le y-de-coulomb Mora Moreno, M. (2011). PROPUESTA DIDÁCTICA PARA LA ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE DE CONCEPTOS FÍSICOS BÁSICOS DE ELECTROSTÁTICA ABORDADOS CON ESTUDIANTES DE EDUCACIÓN BÁSICA SECUNDARIA. Obtenido de Bdigital.UNAL: http://bdigital.unal.edu.co/4882/1/mari tzamoramoreno.2011.pdf Mora Moreno, M. (2011). PROPUESTA DIDÁCTICA PARA LA ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE DE CONCEPTOS FÍSICOS BÁSICOS DE ELECTROSTÁTICA

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Fig. 1 Simulación equilibrio electrostático.

Fig.2 Equilibrio electrostático.