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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Ingeniería Geológica, Minera, Metalúrgica y Geográfica.

E.A.P. Ingeniería Geográfica

LABORATORIO DE FISICA III Profesor: Henry Sanchez Cornejo Tema: Cargas Eléctricas y Cuerpos Electrizadas Integrantes:

Llallihuaman Falcon Carlos Alexander (15160037)

Miyahira Orellano, Ivan (13140265) Navarro Rojas Katherine Roxana (15160193) Ojanama Rivera Jorge Patrick (15160039)

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Portal Villanueva Brayan Jason (15160211) Silva Rojas Ronny Javier (15160044) Socola Chavez Sol Gabriela Analia (15160051) Vargas Arevalo Piero Philips (15160202)

07 de septiembre del 2016 PROCEDIMIENTO

 Máquina de Wimshurst  Materiales - Rueda de punta - Péndulo doble - Juego de campanas - Tablero de destellos  Pasos a seguir - Identificamos las partes de la máquina Wimshurst

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- Procedemos a generar carga con el interruptor de aislamiento abierto. Observamos que se genera carga eléctrica. - Cuando el interruptor de aislamiento se encuentra cerrado se observa que se genera mayor carga que en el paso anterior pero aun no es visible. - Si las botellas de Leyden se conectan se genera carga eléctrica visible.

- El paso 6 no se realizó en la experiencia. - Conectamos la rueda de punta sobre el rodamiento de aguja con ayuda de unas cadenas que ayudarán a transmitir la energía magnética y convertirla en energía mecánica, dado que, la rueda de punta procede a girar.

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Se coloca un péndulo doble y se conecta con la fuente de carga (Máquina de Wimshurst).Observamos que cuando se emite la chispa entre la barra de electrodos, las bolitas de tecnopor se acercan pero cuando se deja de accionar la manivela, el péndulo se repele.

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- El paso 9 respectivo a la pantalla de seda no se realizó en la experiencia. - Colocamos el juego de campanas y conectamos a la fuente de carga. Una de las cadenas le otorga carga a las balanzas y la otra cadena a los péndulos, por ello, las cargas son distintas. Los péndulos se atraen con las balanzas.

- Al igual que la experiencia anterior conectamos las dos cadenas al tablero de destellos y observamos que se trasmite carga al encenderse las luces del tablero.

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 Péndulo eléctrico  Materiales - Paño de seda - Paño de lana - Electroscopio - Barra de acetato - Barra de vinilo - Esferas de tecnopor

 Pasos a seguir

- Al acercar cualquiera de las barras (acetato y vinilo) a la esfera de tecnopor no se observa ningún cambio porque no hay ninguna pérdida de electrones.

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- Se frota la barra de acetato con seda, luego se acerca a la esfera y se observa reacción. Cuando frotamos la barra de vinilo con el paño de seda se observa reacción pero en menor cantidad que en el proceso anterior.

- Frotamos la barra de vinilo con el paño de lana. Se procede a tocar la esfera 1 y 2, estas esferas se repelen, dado que, poseen cargas iguales. Podemos asignar la esfera 1 y 2 poseen cargas negativas.

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- Teniendo el mismo sistema de esfera 1 y 2.Frotamos la barra de acetato con el paño de seda y la barra de vinilo con el paño de lana. Asignamos que la esfera 1 que fue tocada por la barra de acetato posee carga positiva y la esfera 2 que fue tocada por la barra de vinilo posee carga negativa. En ese sentido, las esferas se atraen. - Cuando frotamos la barra de acetato con seda, esta carga se acerca a la esfera 1 y 2, estas se repelen. - Se frota la barra de vinilo con el paño de lana y observamos que la esfera 1 y 2 se repelen. - Frotamos la barra de acetato con el paño de seda y la acercamos a las esferas. No observamos ninguna reacción.

- Con el paño de seda frotamos la barra de acetato y acercamos la barra a la esfera del electroscopio. Observamos que se separan las agujas del electroscopio, por ello, podemos decir que la barra de acetato le otorga carga a la esfera.

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- Usando el paso anterior, procedemos a colocar un dedo en la esfera del electroscopio. Observamos que el dedo funciona como un cuerpo neutro que absorbe la carga de la barra, neutralizando el electroscopio y colocándose las agujas de forma vertical. - Luego de observar los resultados en el procedimiento anterior. Retiramos el dedo, finalmente el electroscopio queda cargado - Retiramos la barra de acetato de la esfera del electroscopio y observamos que el equipo queda cargado.

- Repetimos los procesos anteriores pero ahora frotando la barra de vinilo con el paño de lana. - Acercamos la barra de vinilo y tocamos las esferas. Se repelen pero con menor intensidad que con la barra de acetato previamente frotada con el paño de seda. - Luego la barra de vinilo frotada con el paño de lana, la acercamos sin tocar las esferas. No se observa ninguna reacción entre las esferas.

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- Al igual que con la barra de acetato frotada con seda al acercarla a la esfera del electroscopio, este equipo se carga y se observa la separación de las agujas, sin embargo, será en menor intensidad. - Al acercar el dedo cuando la barra de vinilo se encuentra en la esfera del electroscopio funciona como un cuerpo neutro que absorbe la carga de la barra, en consecuencia, las agujas del electroscopio se observa de manera vertical.

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CUESTIONARIO 1.

¿Cómo puede usted determinar el signo de las cargas de las esferas de tecnoport?, explique. Podemos determinar los signos acercando las bolas de tecnoport, previamente cargadas, a la máquina de Van Graff. Como esta máquina está cargada negativamente, si la bola es atraída entonces la carga es positiva y si es repelida es positiva.

2. En la experiencia efectuada, ¿Cómo podría aplicar el principio de superposición? Explique Como sabemos la ley de Coulomb determina la fuerza eléctrica de atracción o repulsión que experimenta una carga puntual ante la presencia de otra. Pero en el experimento observamos que las esferas de tecnopor (que en este caso sería nuestra carga, donde la fuerza neta actuará) , se encontraba rodeada por más de una carga, por lo tanto ahí entra a detallar el principio de superposición que no es más que: “ La fuerza neta que actúa sobre cada carga será la fuerza resultante que sobre ella ejercen el resto de cargas” .

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Si disponemos de n cargas, q1, q2,..., qn, la fuerza neta que actúa sobre una de las cargas de un sistema de cargas es la suma vectorial de las fuerzas que el resto de cargas ejercen por separado sobre ella. Por ejemplo, la fuerza que actúa sobre la carga q1 será:

F⃗1 =F⃗ 2,1+F⃗ 3,1+...+F⃗ n, 1 Donde:

F1 es la fuerza eléctrica que actúa sobre la carga q1 F2, 1 es la fuerza que provoca la carga q2 sobre q1. Fn, 1 es la fuerza que provoca la carga qn sobre q1. 3. ¿Del experimento realizado, se puede deducir que tipo de carga se traslada de un cuerpo a otro? Si se puede deducir, primero debemos comprender qué tipo de carga posee el cuerpo, la cual se puede lograr acercando una carga de prueba (esta de carga positiva) si las cargas se repelen el cuerpo posee carga positiva mientras si es atraída el cuerpo se carga negativamente. Una vez identificadas se puede saber qué tipos de carga se trasladan, este traslado se da de un cuerpo cargado negativamente a un cuerpo cargado positivamente, siempre y cuando el cuerpo este con exceso de electrones. Una vez terminada el proceso los cuerpos se neutralizan.

4. Enuncie los tipos de electrización, explique cada caso.

Formas para cambiar la carga eléctrica de los cuerpos Se denomina electrización al efecto de ganar o perder cargas eléctricas, normalmente electrones, producido por un cuerpo eléctricamente neutro. Los tipos de electrificación son los siguientes: 1. Electrización por contacto: Cuando ponemos un cuerpo cargado en contacto con un conductor se puede

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dar una transferencia de carga de un cuerpo al otro y así el conductor queda cargado, positivamente si cedió electrones o negativamente si los ganó. 2. Electrización por fricción: Cuando frotamos un aislante con cierto tipo de materiales, algunos electrones son transferidos del aislante al otro material o viceversa, de modo que cuando se separan ambos cuerpos quedan con cargas opuestas. 3. Carga por inducción: Si acercamos un cuerpo cargado negativamente a un conductor aislado, la fuerza de repulsión entre el cuerpo cargado y los electrones de valencia en la superficie del conductor hace que estos se desplacen a la parte más alejada del conductor al cuerpo cargado, quedando la región más cercana con una carga positiva, lo que se nota al haber una atracción entre el cuerpo cargado y esta parte del conductor. Sin embargo, la carga neta del conductor sigue siendo cero (neutro). 4. Carga por el Efecto fotoeléctrico: Sucede cuando se liberan electrones en la superficie de un conductor al ser irradiado por luz u otra radiación electromagnética. 5. Carga por Electrólisis: Descomposición química de una sustancia, producida por el paso de una corriente eléctrica continua. 6. Carga por Efecto termoeléctrico: Significa producir electricidad por la acción del calor

5. ¿Por qué el cuerpo humano es un buen conductor de la electricidad? Explique detalladamente. Porqué casi el 70% del organismo consta de agua ionizada, un buen conductor de electricidad. De acuerdo con la electrofisiología, ciencia que estudia las reacciones que produce la corriente eléctrica, cada uno de los tejidos de nuestro

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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 está descargada. Considere además que las bolas tiene igual radio r. ¿Qué sucederá? Lo que puede suceder es que primero exista una pequeña atracción de la bola que no está cargada a la que si lo está. Si ambas bolas entran en contacto, entonces la bola cargada pasará esa energía a la otra y como tendrán la misma carga, entonces se repelerán.

7. Siguiendo con la ilustración 6, suponga que mediante algún deslizamiento del hilo la esfera 1, que contiene una carga Q, se pone en contacto con la esfera 2, que esta descargada ¿Qué es lo que se observa? ¿Cuál será la carga que adquiere la esfera 2? Después del contacto las bolas se repelerían. La carga de la bola blanca, dependiendo del tamaño de la bola negra, será del mismo signo de la bola negra.

8. Respecto a la pregunta 5, suponga ahora que la bola 1 tiene un radio 2r y la bola 2 un radio r. Si la bola 1, que contiene una carga Q, se pone en contacto con la bola 2; ¿Cuál será la carga que adquiere de la esfera 2?

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Como la bola uno es más grande que la otra bola y se encuentra cargada, entonces esta atraerá más fácilmente a la bola 2 y la cargará positivamente. 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 hasta 20 cm. ¿Cuál es el valor de esta carga, si la masa de cada una de ellas es de 4 g y la longitud de los hilos en los que están suspendidas las esferas es de 25 cm?

Después de transferir carga “q” a cada esfera:

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Por Ley de Coulomb: 𝑭=

Además: 𝑡𝑎𝑛𝛼 = 2

1 √6

𝟗. 𝟏𝟎𝟗 . 𝒒. 𝒒 𝟗. 𝟏𝟎𝟏𝟏 . 𝒒𝟐 → 𝑭 = (𝟐𝟎. 𝟏𝟎−𝟐 )𝟐 𝟒

= 0.204

D.C.L. de la esfera de la izquierda:

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∑ 𝐹𝑥 = 0 → 𝐹 = 𝑇. 𝑠𝑒𝑛𝛼 … (1) ∑ 𝐹𝑦 = 0 → 𝑊 = 𝑇. 𝑐𝑜𝑠𝛼 … (2) Dividiendo (1) y (2): 9. 1011 . 𝑞 2 𝐹 4 𝑡𝑎𝑛𝛼 = → 0.204 = → 𝑞 = 1.904 𝑥 10−7 𝐶 𝑊 4. 10−3 . 10

10.Un objeto cargado positivamente se acerca a la esfera de un electroscopio y se observa que las 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? Un electroscopio es un dispositivo que permite detectar la carga de un objeto cargado aprovechando el fenómeno de separación de cargas por inducción.

Un objeto se carga electrostáticamente y al tocar la esfera parte de la carga pasa a ésta. A su vez parte de la carga pasa a las láminas, que al tener cargas de igual signo se separan por repulsión electrostática.

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Si tocamos el electroscopio con un cuerpo cargado positivamente, este se cargará positivo y las láminas se repelen. Lo mismo ocurre si lo tocamos con un objeto cargado negativamente, el electroscopio se cargara negativo y las láminas se repelen.

11. ¿Qué función cumple las botellas de Leyden en la máquina de Wimshurst? Explique detalladamente Una botella de Leyden junto con una máquina electrostática de fricción permite desarrollar potenciales muy altos, del orden de kilovoltios. Las cargas que se conducen desde los alambres en U de la máquina de volta, se almacenan en estas botellas. Este dispositivo consiste en un frasco de vidrio o material dieléctrico, que contiene dos armaduras.

La armadura interna es el conjunto de sustancias conductoras que pueda contener el frasco, como un electrolito o laminillas metálicas. La armadura externa constituye una lámina metálica de estaño que recubre la botella y que está conectada a tierra. La botella contiene un tapón de corcho atravesado por un alambre conductor que no toca el fondo de la botella.

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Un flujo de cargas que venga de un generador electrostático inducirá cargas en la armadura exterior de la botella. La superficie de la placa de estaño (armadura exterior) queda polarizada de tal manera que la cara que se encuentre mirando hacia la botella quedará cargada opuestamente a la carga almacenada (que viene del generador electrostático), y la otra superficie queda con la misma carga interna. Esta última es repelida a tierra, de tal forma que las dos armaduras quedan cargadas netamente con el signo opuesto y por atracción electrostática, la carga en el interior se almacenará.

12. Durante el uso del generador electrostático se percibe un color característico, investigue a que se debe. Explique detalladamente 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 a que se debe el efecto de rodamiento o giro del proceso experimental 7. Observamos que las que el rodamiento de agujas se empieza a mover de manera lenta, teniendo en cuenta que el circuito debe ser abierto, esto se da porque la maquina de wimshurst transfiere energía al rodamiento de agujas. 14. Explique porque el péndulo de las bolitas de sauco se repelen, puede Ud. determinar el signo de la carga eléctrica. Proceso experimental 8 No realizamos como experimento en el laboratorio, por eso no se desarrolló.

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15. En el procedimiento 9 (pantalla de seda) a que se debe que los hilos de seda se extienden. Explique Este paso no se realizó en la experiencia 16. Los péndulos del juego de campanas tendrán la misma carga eléctrica luego de impactar con las campanas ¿Por qué? Explique Las campanas de Franklin, creadas por Benjamín Franklin en el siglo 18, son una demostración cualitativa de la carga eléctrica y están diseñadas para trabajar con una botella de Leyden. Las campanas consisten en un soporte metálico del cual están suspendidas tres campanas. Las de los extremos están sostenidas por cadenas conductoras de metal, mientras que la campana del centro cuelga de un hilo no conductor. En medio de las campanas cuelgan, de un material no conductor, dos péndulos pequeños de metal. Además, una cadena corta y de metal cuelga de la campana central. Esta cadena corta se pone en contacto con la superficie interior de la botella de Leyden, mientras que el soporte se pone en contacto con la superficie exterior. La campana central adquiere carga directamente del interior de la botella, mientras que las otras dos campanas adquieren su carga de la parte exterior. Esto ocasiona que las campanas tengan una diferencia de potencial igual a la que hay entre la superficie interior y exterior de la botella de Leyden. Los péndulos del sistema serán atraídos a una de las campanas, la tocarán, adquirirán su carga y serán repelidos. Luego oscilarán hasta la otra campana y harán lo mismo. Cada vez que los péndulos tocan una campana, se transfiere

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carga entre el interior y exterior de la botella de Leyden. Cuando esta está completamente descargada, las campanas dejan de sonar. 17. Explique, ¿por qué se produce el efecto de destello en el tablero de destellos? Proceso experimental 11. En el tablero, se puede observar que hay pequeños espacios que no están recubiertos. Como las chispas (descargas) ocurren entre las zonas recubiertas debido a que están separadas por estos espacios, podemos visualizar estas descargas en estos espacios como destellos. 18. En el proceso 12, explique ¿Por qué se desplazan las bolitas de sauco?

19. ¿Qué ocurre con el humo, en al aparato fumívoro cuando se conecta con la fuente de carga? Explique. Proceso experimental 13. No realizamos esta parte del experimento por indicación del profesor encargado. 20. Mencione al menos 3 aplicaciones del equipo de Van de Graaff 

El generador de Van der Graaff se ha utilizado para la producción de rayos X que son muy utilizados en el campo de la medicina.

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Se usa además para eliminar microorganismos y virus de alimentos. (Esterilización)

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Es la base para varios experimentos en el campo de la física de partículas y física nuclear.

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Un ejemplo muy común del campo eléctrico en la vida real se produce en las bocinas, ya que sin este no habría resonancia y por lo tanto tampoco sonido

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Otro ejemplo es en las generadoras de presas hidroeléctricas, ya que con el agua hacen girar un generador que produce electricidad en base a un campo eléctrico

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Este tipo de generador tiene una intensa utilización en la investigación de la física nuclear. Los generadores van de graaff reciben diferencias de potencial de hasta 20 millones de voltios. Los protones acelerados a través de diferencias de potencial tan grandes reciben suficiente energía para iniciar reacciones nucleares entre ellos y entre diferentes núcleos objetivo.

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Conclusiones 1) Al realizar diferentes procedimientos, las esferas de tecnopor se deben descargar para poder realizar el siguiente paso. Por ello, se usa una esfera de descarga para que las esferas no se encuentren cargadas o estén neutras y continuar con el siguiente experimento.

2) Las cargas eléctricas no se crean ni se destruyen, sino que se transfieren, es decir, algunos cuerpos ganan electrones mientras que otros ceden.

3) La distribución de las cargas es uniforme, es decir, en todo cuerpo conductor las cargas se distribuyen superficialmente buscando las zonas de mayor convexidad.

4) El tema de las cargas eléctricas no es difícil de ejemplificar, puesto que podemos obtener cargas eléctricas con tan solo frotar varillas de ciertos materiales: vinilito, vidrio y acetato.

5) Comprobamos lo estudiado en teoría: Cuerpos con cargas eléctricas opuestas se atraen y con cargas eléctricas iguales se repelen.

SUGERENCIA Realizar los experimentos en un ambiente seco, ya que favorece el funcionamiento de la máquina de Wimshurst. Los ambientes húmedos no permiten tener mucha efectividad con esta máquina.

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