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UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS Y EDUCACIÓN DEPARTAMENTO DE FÍSICA LABORATORIOS DE FÍSICA “MIGUEL ÁNGEL VARGAS Z.” GUÍA DE LABORATORIO No. 1A ELECTROMAGNETISMO: Electrostática

DEIVIS SIERRA FLÓREZ VICTOR HOYOS PAOLA VARGAS CESAR DIAZ

RODIAN TAPIAS Docente Electromagnetismo

UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR VALLEDUPAR, CESAR 2013

INTRODUCCIÓN

En los conceptos de la electrostática está la carga eléctrica que es definida como la propiedad de algunas partículas subatómicas para determinar interacciones electromagnéticas entre ellas como la repulsión o atracción, sólo hay dos tipos de cargas positivas y negativas, y tienen la propiedad de que si estás son iguales se repelan y si son diferentes se atraen; así como hay diferentes formas de electrizar un cuerpo como por inducción, por frotamiento y por contacto.

El fin de este trabajo de investigación experimental es conocer más a fondo la electrostática, además de obtener una nota en el desarrollo del área de Electromagnetismo,

describiendo

los

diferentes

contenidos,

conceptos

aplicativos sobre el tema, todo aplicado en la investigación y la práctica.

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y

OBJETIVO

Saber más a fondo el comportamiento y los tipos de cargas eléctricas, las formas de electrizar un cuerpo y las diferentes clases de materiales a utilizar para poder electrizarlo, y hacer de los diferentes ejercicios formulados los procedimientos propuestos para así realizar un análisis grupal de los diferentes resultados.

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MATERIALES 

Barras de vidrio



Barras de ebonita



Barras de plástico



Paños de frotación: Seda, piel y lana



Base



Hilo



Bola de plástico liviana



Un electroscopio

PROCEDIMIENTO

Con los materiales disponibles, realiza el montaje que se ilustra en la Fig. No. 1 utilizando dos barras de vidrio.

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4.2 Frote vigorosamente los dos extremos de las barras de vidrio utilizando el paño de piel, acerque los dos extremos de las barras. ¡Explique lo que observa! Repita el mismo procedimiento utilizando los otros dos paños, en cada caso anote sus observaciones.

Vidrio y vidrio Piel

Se repelan con menor intensidad

Seda Se repelan con mayor intensidad Lana Se repelan con una intensidad promedio 4.3 Cambie una de las barras de vidrio por una de ebonita

y repita el paso

anterior, ¡Explique lo que observa esta vez! Vidrio y ebonita Piel

Se atraen con menor intensidad

Seda Se atraen con mayor intensidad Lana Se atraen con una intensidad promedio 4.4 Repita los pasos del numeral 4.2 utilizando: a) dos barras de plástico, b) una barra de vidrio y una de plástico y c) una de ebonita y una de plástico. En cada caso anote sus observaciones. Plástico y plástico Piel

Vidrio y plástico

Ebonita y plástico

Se repelan con

Se repelan con menor Se atraen con menor

menor intensidad

intensidad pelan

Seda Se

repelan

intensidad

con Se repelan con mayor Se atraen con mayor

mayor intensidad

intensidad

Lana Se repelan con una Se

intensidad

repelan

con

intensidad promedio intensidad promedio

5

una Se atraen con una intensidad promedio

4.5 Tome la bola de caucho (puede ser una bomba inflada) y cuélguela de un hilo. Frote la barra de vidrio con el paño de piel; ya electrizada la barra, acérquela (sin tocarla) a la esfera de caucho y luego tóquela. Explique lo que observa antes y después de tocar la esfera con la barra de vidrio.

Respuesta Cuando la barra de vidrio se acerca a la bola de icopor está lo atrae y cuando tocamos la bola con la barra está de inmediato obtiene la misma carga de la barra y por esta razón se repela.

4.6 Repita el paso anterior pero, esta vez, frote la barra de plástico con el paño de lana. Explique lo que observa antes y después de tocar la esfera con la barra de plástico.

Respuesta Ocurre lo mismo que con la barra de vidrio solo que con más intensidad.

4.7 Acerque a la esferilla del electroscopio la barra de vidrio previamente cargada y observe qué sucede con la laminilla que tiene en su parte inferior. Escriba su observación.

Respuesta La laminilla se movió hacia abajo aunque no mucho, esto nos indica que la carga es pequeña.

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4.8 Descargue el electroscopio tocándolo con la mano y repita la operación del punto 3, pero ahora con la barra de plástico. Observe y escriba lo que sucede con la laminilla esta vez.

Respuesta La laminilla se movió hacia abajo aunque está se movió un poco más que la de la barra de vidrio, esto nos indica que la carga es un poco más grande que la de la barra de vidrio.

4.9 Repita

la operación

del

punto 3, pero después, sin descargar el

electroscopio, acerque la barra de plástico. Escriba lo que observa.

Respuesta Aquí observamos que la laminilla cambio y se mueve hacia arriba, esto nos indica que la carga de la barra de ebonita es diferente a la de las otras dos barras.

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ANÁLISIS Y CONCLUSIONES

5.1 Con la práctica realizada puedes concluir qué tipo de carga adquiere cada una de las barras (vidrio, plástico y ebonita) al ser frotadas con cada uno de los paños (lana, seda y piel). ¡Explica!

Respuesta Paños\ Barras

Vidrio

Plástico

Ebonita

Lana

Positivo

Positivo

Negativo

Seda

Positivo

Positivo

Negativo

Piel

Positivo

Positivo

Negativo

Justificación: partiendo de que al frotar la barra de vidrio con el paño de seda, la barra le cede electrones a la seda, entonces la barra queda con un exceso de protones, lo que significa que la barra queda cargada positivamente. Podemos concluir que sí, se puede saber el tipo de carga que adquiere cada barra, porqué cuando frotamos una barra de vidrio y una de plástico con un paño de seda observamos que hay repulsión, con lo dicho anteriormente la barra de plástico adquiere carga positiva; repitiendo el mismo proceso pero con la barra de ebonita observamos que hay atracción, lo que indica que la barra de ebonita adquiere una carga negativa y repitiendo este proceso con el resto de los paños se observó lo mismo.

5.2 Explica por qué la esfera de plástico es inicialmente atraída por la barra de vidrio y por qué después de estar en contacto es rechazada.

Respuesta La esfera es atraída porque tiene una carga contraria a la barra de vidrio y luego de estar en contacto sus cargas son iguales y se produce una repulsión.

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5.3 Explica por qué la barra de plástico atrajo a la esfera rechazada por la barra de vidrio.

Respuesta Porque al momento de acercar la barra de vidrio a la esfera, esta se polarizo dejando de un lado las cargas positivas y a otro lado las cargas negativas y al realizar un acercamiento de la barra de plástico a la esfera, esta realizo una atracción porque hay mayor cantidad de carga contraria a la de la barra de plástico.

5.4 Explique con sus propias palabras, qué significa que un cuerpo tenga carga eléctrica negativa y que significa que tenga carga positiva.

Respuesta Un cuerpo con carga negativa representa una mayor cantidad de electrones circulando en él, y un cuerpo cargado positivamente sufre el mismo fenómeno físico pero con protones que tiene una carga opuesta al electrón.

5.5 Explique en qué consiste la carga eléctrica por frotamiento, contacto e inducción y diga en su experimento en qué momento se cargó un cuerpo por cada una de estas formas.

Respuesta FROTAMIENTO: Este se realiza al poner en contacto dos cuerpos y moverlos de manera bidireccional de tal manera que se friccionen uno con el otro. Esto ocurrió cuando se froto las barras con los paños.

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CONTACTO: Esta se presenta cuando se pone en contacto un cuerpo sin cargar con uno con carga, y este le transmite la carga de mismo signo. Los electrones se desprenden y los objetos quedan con carga. Esto ocurrió cuando se tocó la barra se vidrio con la esfera. INDUCCION: acercamiento de un cuerpo cargado a otro cuerpo neutro, pero sin haber contacto. Esto ocurrió la barra de vidrio se acercó a la esfera pero sin tocarla. 5.6 Una esfera conductora colgada de un cordel es atraída por una varilla con carga positiva. ¿Estará necesariamente la esfera cargada negativamente? Si la esfera es repelida por la varilla cargada positivamente, ¿tendrá necesariamente la esfera carga positiva?

Respuesta No necesariamente porque, el fenómeno físico que ocurre es la polarización y sus cargas se dividen a los extremos y seria atraída o repelida dependiendo a cuál de los extremos se haga el acercamiento.

5.7 Suponga que alguien propone una teoría según la cual la gente está unida a la Tierra por fuerzas eléctricas y no por la gravedad. ¿Cómo probaría usted que esta teoría es errónea?

Respuesta Esta teoría es errónea, porque habría que asumir que los seres humanos o la tierra deberían tener cargas diferentes, positivas o negativas. Asumiendo que la carga de la tierra es negativa los seres humanos serian atraídos por la tierra pero repelidos entre sí mismos y esto no ocurre lo que demuestra que esta teoría es errónea.

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5.8 Suponer que se dispone de dos esferas metálicas con bases aislantes. Se desea cargarlas con igual valor de carga, pero con signo contrario, usando una varilla cargada positivamente. Describir el proceso por medio de dibujos. ¿Qué haría para cargar ambas con igual carga positiva? ¿Y con igual carga negativa?

Respuesta Para cargarlas con igual valor de carga, pero con signo contrario Barra cargada Las dos esferas

Acercamos la barra a la esfera 1 pero sin tocarla.

Retiramos la barra. la esfera quedaría polarizada.

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Ahora hacemos contacto con la esfera del lado que se le acerco la barra.

Observamos que los electrones pasan por medio del alambre hacia la tierra. Quedando la esfera con un exceso de protones, es decir, que queda cargada positivamente.

Ahora acercamos nuestra barra a la esfera 2.

Quedando la esfera polarizada, ahora conectamos la esfera a la tierra

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Quedando la esfera con un exceso de electrones y la barra.

Dando así la solución al cargar dos esferas con cargas contrarias con una barra cargada positivamente.

Qué haría para cargar ambas con igual carga positiva Respuesta Primero polarizamos las dos esferas después las conectamos a tierra quedando así las dos esferas cargadas positivamente

Con igual carga negativa Respuesta Repetimos lo que hicimos con la esfera 2 a las dos esferas y así quedaran cargadas negativamente. 5.9 Analice y responda cada una de las siguientes preguntas:

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5.9.1 ¿Qué significa que un cuerpo no tenga carga eléctrica?

Respuesta Significa que la carga de un cuerpo es neutra o nula; esta es neutra cuando tiene número de electrones igual número de protones y es nula cuando no almacena una carga eléctrica como los materiales no conductores.

5.9.1 ¿Por qué se descarga el electroscopio al tocarlo con la mano?

Respuesta Porque nuestro cuerpo está conectado con la tierra y hacemos de polo tierra y al tocarlo se descarga totalmente.

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CONCLUSIÓN

Partiendo de la definición de carga eléctrica como la propiedad de algunas partículas subatómicas para determinar interacciones electromagnéticas entre ellas, pueden existir formas de electrizar un cuerpo: 1. Por frotamiento: Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa. 2. Por contacto: Que se puede cargar un cuerpo neutro con sólo ser tocado por otro previamente cargado. 3. Por inducción: es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo, es decir, la carga se polariza y cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro este provoca el desplazamiento de los electrones libres del cuerpo neutro. Pero para esto hay que tener en cuenta que sólo hay dos tipos de carga positiva y negativa, y con esto se cumple que cargas iguales se repelan y cargas diferentes se atraen. Además la práctica y la observación cualitativa son las que nos permitieron sacar un análisis y el procedimiento grupal sobre las cargas y diferentes tipos de electrizar un cuerpo.

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BIBLIOGRAFIA 

I Física, Halliday D., Resnick R., Walker, USA 1997.

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Alonso M. Finn, Física volumen I, México, 1995.

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Serway Raymond, Física tomo I, México, 1997.



Guía de laboratorio.

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