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FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS TRABAJO ANALIZAR LA EXPERIENCIA NÚMERO 1 DE LA GUÍA DE LABORATORIO TEMA CARGAS ELÉCTRICAS Y CUERPOS ELECTRIZADOS PROFESOR JULIO CHICANA INTEGRANTES FABIAN HUANCAS, DIEGO

COD: 17130045

GUERRERO ROSALES, KELLY STEFANY

COD: 16070093

LÉVANO CHACALIAZA, FRANCO SEBASTIAN COD: 18190014

LIMA- PERU AÑO 2019

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1. OBJETIVOS a) Comprobamos experimentalmente en el laboratorio la existencia de una de las propiedades de la materia llamada carga eléctrica. b) Experimentamos con mis compañeros con la electrificación de los cuerpos mediante las diversas formas. c) Verificamos en los experimentos la interacción electrostática entre cargas de igual signo y de signos opuestos. d) llegamos a conocer con mis compañeros de laboratorio los principios físicos generados electrostático-maquina de Wimshurst y el generador de Van de Graaff.

2. MATERIALES USADOS EN LOS EXPERIMENTOS

       

Péndulos de tecnoport Electroscopio Barras de acetato y vinilita Maquina de Wimshurst (U15310) Equipo de electrostática (U8491500) Pedazo de tubo Pedazo de tela 2 bolitas de tecnoport Electroscopio

Tubo

tecnoport Bolitas

Maquina de Wimshurst (U15310)

Seda

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3. FUNDAMENTO TEORICOS Historia Desde la Antigua Grecia se conoce que al frotar ámbar con la piel, esta adquiere la propiedad de atraer cuerpos ligeros (paja, plumas, etc.). Su descubrimiento se le atribuye a filósofo griego Tales de Mileto (639-547 ac), pero en 1600 el medico inglés William Gilbert observo que algunas se comportaban como el ámbar al frotarlos y que la atracción que ejerce se manifiesta en cualquier cuerpo, por los estudios de Gilbert se puede encontrar la diferenciación de los fenómenos eléctricos y magnéticos. El descubrimiento de la atracción y la repulsión de elementos al conectarlos con materiales eléctricos se atribuye a Stephen Gray aunque fue Benjamín Franklin quien al estudiar estos fenómenos descubrió como la electricidad de los cuerpos, después de ser frotados, se distribuyen en ciertos lugares donde había más atracción; por eso los denomino (+) y (-).

Carga Eléctrica La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiestan mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas a través de campos electromagnéticos. Una de las principales características de la carga eléctrica es que, en cualquier proceso físico, la carga total de un sistema aislado siempre se conserva. Es decir, la suma algebraica de las cargas eléctricas positivas y negativas no varía en el tiempo. En el sistema internacional de unidades la unidad de carga eléctrica se denomina Culombio o coulomb (símbolo C). Se define como la cantidad de carga que pasa por la sección transversal de un conductor eléctrico en un segundo, cuando la corriente eléctrica es de un amperio y se corresponde con: 

1 culombio = 6.242 * 1018 electrones.

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Ley de coulomb La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y tiene la dirección de la línea que la une. La fuerza es la repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario.

Campo Eléctrico (Es la región del espacio en la que interactúa la fuerza eléctrica) es un campo físico que se representa por medio de un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. Se puede describir como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza eléctrica F. F=q*E El campo eléctrico se incorpora, junto con el campo magnético, en campo tensional cuadridimensional, denominado campo electromagnético. La unidad del campo eléctrico en el sistema internacional es NEWTON por CULOMBIO (N/C), voltio por metro o en unidades básicas kg*m*𝑠 −3 *𝐴−1 .

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Energía Electromagnética La energía electromagnético es la cantidad de energía almacenada en una región del espacio que podemos atribuirte a la presencia de un campo electromagnético y que se expresara en función de las intensidades del campo magnético y campo eléctrico. En un punto del espacio de la densidad electromagnética depende de una suma de dos términos proporcionales al cuadrado de las intensidades del campo.

Ahora la teoría de los instrumentos que usamos en las prácticas de laboratorio.  Maquina de wimshurst: Es un generador electrostático de alto voltaje desarrollado entre 1880 y 1883 por el inventor británico james wimshurst, y tiene un aspecto característico con dos grandes discos a contra rotación (giro en sentidos opuestos) montados en un plano vertical, dos barras cruzadas con cepillos metálicos y dos esferas de metal separadas por una distancia donde saltan las chispas. Se basa en el efecto triboelectrico, en el que acumulan cargas cuando dos materiales distintos se frotan entre sí. Estas máquinas pertenecen a una clase de generadores que crean cargas eléctricas por inducción electrostática, los dos discos de aislamiento y sus sectores de metal giran en direcciones opuestas que pasan por las barras neutralizadoras cruzadas de metal. Un desequilibrio de cargas es inducido, amplificado y almacenado por pares de peines de metal con los puntos situados cerca de la superficie de cada disco.

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PARTES DEL GENERADOR ELECTROSTÁTICO

(1) Disco de acrílico con placas de estaño, el generador consta de 2 discos de cristal acrílico, de igual tamaño. (2) Palanca de acoplamiento para la conexión de las botellas de Leyden. (3) Barra de electrodos y se encuentran conectadas con las barras de electrodos, cuyos extremos tienen forma de doble esfera. (4) Botella de Leyden. (5) Interruptor de aislamiento. (6) Conductor transversal con pinceles de metal. (7) Estribo con escobillas. Para la toma de corriente se emplean dos escobillas fijadas a un estribo, en el extremo del listón de aislamiento. FUNCIONAMIENTO

Se trata de una maquina constituida por 2 discos de ebonita, paralelas, muy próximos entre si y dispuestas entre si y dispuestos sobre el mismo eje, de tal modo que pueden girar con rapidez en sentido inverso. Su rotación se efecto con auxilio de un manubrio que actúa sobre dos pares de poleras unidas por una cuerda sin fin, una de ellas cruzadas con los conductores se articulan dos excitadores provistos de mangos de mangos de ebonita. En comunicación con los dos conductores hay dos condensadores de forma de probetas, sirven para aumentar la intensidad y el tamaño de la chispa.

4. PROCEDIMIENTOS : A. Ubicamos en la mesa de trabajo en la posición más a adecuada la maquina wimshurst y van de Graaff. B. Experimentamos la interacción entre las barras cargadas y las esferas de tecnoport que está suspendido eléctrico.

Primer experimento Maquina de wimshurst

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1 Identificamos con mis compañeros las partes de las maquinas electrostáticas. 2 Giramos lentamente la manivela en sentido horario, los conductores transversales en un ángulo de 45º, en relación con la barra de aislamiento, aplicamos los dicho por el manual para que la maquina de Wimshurst produzca el efecto triboelectrico. Que consiste que 2 metales de diferente naturaleza y estos friccionados entre sí, produzca una diferencia de potencial eléctrico. 3 mantuvimos el interruptor de aislamiento abierto si se observó que al girar las placas de la maquina de Wimshurt con las poleas producía una chispa de electricidad reflejadas en las puntas de descarga de la maquina a una distancia pequeña. 4 mantuvimos el interruptor de aislamiento cerrado se observó que producía las chispa de electrones y eso se debe que el interruptor impide el flujo de electrones y corta el circuito eléctrico generado por la maquina de wimshurt. 5 Se procedió a conectar las botellas de Leyden para que almacene electrones de ambas polaridades y se observó los efectos que se produjo al realizar los pasos 2, 3 que las botellas almacenan electrones de ambas polaridades tanto positivo y negativo, y eso se debe al efecto triboelectrico por que los dos metales tiene diferentes estructuras atómicas y uno de ellos tiene la capacidad de ceder electrones y adquiere la polaridad positiva y las otra gana electrones adquiriendo la polaridad positiva y esos electrones son almacenados en los tubos de Leyden. Y en caso de cerrar el interruptor hacemos que no almacene electrones porque el flujo no llega a los tubos y se disipa los electrones.

SEGUNDO EXPERIMENTO Determinamos la polaridad de generador electrostático por medio de un electroscopio, este ultimo de carga con un electrodo y se toca luego con una barra de plástico previamente frotada con lana, sabemos que la maquina genera una polaridad positiva y el plástico al ser brotado generado carga negativa (-) y entonces se observa que ambas cargas se atraen.

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TERCER EXPERIMENTO Colocamos la rueda de punta sobre el rodamiento de agujas de soporte, conectamos la fuente de carga y observamos que al girar las placas de wimshurt y conectamos al metal para que llegue un flujo de electrones y llegan en un momento que se carga bastante que esto generara un campo eléctrico, la aguja va a tratar de liberarse o eliminar electrones y las puntas producen el campo y se manifestaran por un efecto de acción y reacción y se producirá el movimiento. Siempre las palancas de acoplamiento estén distanciados para que el flujo de corriente se direccione al molinete y produzca el efecto, caso las palancas d acoplamiento estén juntas el flujo de corriente se produce en las terminaciones y el flujo no se va al molinete y produce ningún efecto eso se observó en laboratorio.

CUARTO EXPERIMENTO Colocamos un péndulo de bolitas de tecnoport, se procedió a conectar a las fuentes de carga y se observó en el laboratorio ele efecto la repulsión de ambas bolitas ya que el potencial eléctrico se va a sus cuerpos con la misma carga y eso hace que se repelen entre si y se observa en el experimento la separación de ambas bolitas. Siempre cuando las palancas de acoplamiento estén distanciadas y el interruptor abierto así genera el potencial eléctrico cumpla tales fenómenos.

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QUINTO EXPERIMENTO Juego de campanas (o campanas de franklin) colocamos sobre el juego de campanas, conectamos la fuente de carga y aumentar lentamente la carga suministrada y observamos que poniendo el nexo un polo positivo en la parte de arriba y el negativo en la parte de debajo de las campanas y viene el flujo entrando por el polo positivo. Ingresa a la campana y las campanillas de van a cargar del flujo y llegara en un momento que no soportara y va a pasar a la otra campanilla y se notara que la bolita del medio de ellas se energiza con energías de cargas y va querer eliminar ese exceso de carga, entonces se moverá para cargarse y para descargar el flujo eléctrico y se produce allí el vaivén de ese péndulo pequeño que hará sonar las campanillas , y vemos que si producimos en la maquina de wimshurt más rápido saltara chispas de electricidad y cuando la carga no se fuerte solo hace ruido, ahí se demuestra la primera forma de transformar la energía eléctrica en energía mecánica.

SEXTO EXPERIMENTO El potencial eléctrico generado por la maquina de wimshurt se trasladado a las placas de tableros de destellos, siempre poniendo las conexiones en sus respectivos polos positivo en la parte superior y el negativo en la parte inferior de las placas, al generar potencial eléctrico, el flujo de corriente recorre el circuito y genera chispas de luz en las placas que tiene puntos de descarga que generan luz.

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PÉNDULO ELECTRICO Acercamos cualquiera de las barras, sin frotarla, a las esferas de tecnoport que está suspendida en el péndulo en el péndulo eléctrico observamos que al frotar las varilla de acetato con la seda esta se carga positivamente al perder electrones y al ponerlos en contacto con las esferas de tecnoport estas son atraídas por la varilla, pero si no frotamos la varilla esta no está cargada esta neutra y no genera nada a las bolitas de tecnoport.

5. CUESTIONARIO I.

¿CÓMO PODEMOS DETERMINAR EL SIGNO DE LAS CARGAS DE LAS ESFERAS DE TECNOPORT?

Por medio de la inducción magnética cargaremos con carga positiva (σ+) o negativa (σ-) a la esfera de tecnoport. Los acercamos lentamente a la maquina de van de graaff cargada negativamente y observamos si se atrae o repele. II.

¿CÓMO PODEMOS APLICAR EL PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN? EXPLICAMOS Sabemos que el principio de superposición es una herramienta matemática que permite descomponer un problema (que es difícil de abstraer). De este modo en los experimentos se puede usar el principio de superposición en la compresión de los fenómenos observados.

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III.

¿DEL EXPERIMENTO REALIZADO, SE PUEDE DEDUCIR QUE TIPO DE CARGA SE TRASLADA DE UN CUERPO A OTRO? Si, para comprender que cargas se trasladan de un cuerpo a otro primero se debería haber probado que tipo de carga posee el cuerpo, esto se puede lograr acercando una carga de prueba, si se repelen entonces el cuerpo posee carga positiva mientras si es atraído el cuerpo está cargada negativamente. Luego de haberlas identificado podemos deducir que tipo de cargas se traslada, estas cargas son flujo de electrones que irán del cuerpo que está cargado negativa positivamente, una vez concluida este proceso los cuerpos se neutralizan.

IV.

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 encontacto con un conductor se puede da r 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, que dándola 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 continúa. 6. Carga por Efecto termoeléctrico: Significa producir electricidad por la acción del calor. V.

¿POR QUÉ EL CUERPO HUMANO ES UN BUEN CONDUCTOR DE LA ELECTRICIDAD? EXPLIQUE

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Porque todos los compuestos químicos de los cuales estamos compuestos, incluyendo el agua, la sangre y los minerales dentro de ella. Además de las siempre constantes pulsos eléctricos de nuestro sistema neurológico que está presente en todo nuestro cuerpo. 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 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. VI.

VII.

EN LA ILUSTRACIÓN 6 CONSIDERE QUE LA BOLA 1 TIENE UNA CARGA Q Y LA BOLA 2 ESTA DESCARGADA. CONSIDERE ADEMÁS QUE LAS BOLAS TIENEN IGUAL RADIO R. ¿QUÉ SUCEDERÁ?  Si entran en contacto la bola blanca adquirirá carga y ambos se repelerán por ser de cargas del mismo signo.  Por influencia, la bola blanca empezará a ser atraída por la bola negra. (La bola blanca se polarizará). SIGUIENDO CON LA ILUSTRACIÓN 6, SUPONGA QUE MEDIANTE ALGÚN DESLIZAMIENTODEL HILO LA ESFERA 1, QUE CONTIENE UNA CARGA Q, SE PONE EN CONTACTO CON LAESFERA 2, QUE ESTA DESCARGADA ¿QUÉ ES LO QUE SE OBSERVA? ¿CUÁL SERÁ LA CARGAQUE ADQUIERE LA ESFERA 2?

Después del contacto las bolas se repelerían. La carga de la bola blanca, de pendiendo del tamaño de la bola negra, será del mismo signo de la bola negra. VIII.

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 LAS BOLA 2 ¿CUÁL SERÁ LA CARGA QUE ADQUIERE LA ESFERA 2? Si tenemos q+ como en el caso anterior, las cargas inducidas de la bola blanca se localizan en los extremos, como la bola blanca es más pesada quela negra, ésta atraerá a la negra poniéndose en contacto, entonces la bola blanca cederá los electrones a la bola negra poniéndola en equilibrio, quedando la bola blanca cargada positivamente.

IX.

EN UN EXPERIMENTO DE ELECTROSTÁTICA SE OBSERVA QUE LA DISTANCIA ENTRE LAS ESFERAS IDÉNTICAS 1 Y 2, INICIALMENTE DESCARGADAS ES DE 12 CM, (ILUSTRACIÓN 6), LUEGO DE TRASMITIRLE LA MISMA CARGA Q A AMBAS ESFERAS ESTAS SE SEPARAN HASTA16 CM ¿CUÁL ES EL VALOR DE ESTA CARGA,

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SI LA MASA DE CADA UNA DE ELLAS ES DE5G Y LA LONGITUD DE LOS HILOS EN LOS QUE ESTÁN SUSPENDIDAS LAS ESFERAS ES DE 30CM?

GRAFICAMOS EL DIAGRAMA DE CUERPO DONDE T= tensión m= masa g=gravedad d=distancia (longitud de la cuerda) α=Angulo entre la ubicación inicial y final de la esfera Sabemos: T*cosα=mg………………………….. (1)

∑ 𝑓𝑦 = 0

T*senα=F…………………………….. (2)

∑ 𝐹𝑥 = 0

De la ecuación de (1) en (2) F=m*g*tanα De acuerdo a la ley de coulomb

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F=

𝑘∗𝑞2 𝐿2

Reemplazando valores d=0.30 m; L=0.16 m; m=5*10−3 kg q=√

𝐹∗𝐿2 𝐾

=√

𝑚∗𝑔∗𝐿2 ∗𝑡𝑎𝑛𝛼 𝐾

=√

5∗10−3 ∗9.8∗tan(3.823)∗0.162 9∗109

q=9.65 *10−8 C X.

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? 

XI.

Si el electroscopio está en estado neutro, entonces la manecilla estará junto a la varilla vertical.  Si se acerca un cuerpo electrizado a la esfera metálica P, cierta cantidad de la misma carga que la del cuerpo es repelida al interior observándose un movimiento de la manecilla. QUE FUNCIÓN CUMPLE LAS BOTELLAS DE LEUDEN EN LA MÁQUINA DE WIMSHURST, EXPLIQUE DETALLADAMENTE. La botella de Leyden es un dispositivo que permite almacenar cargaseléctricas comportándose como un condensador o capacitado r. La varillametálica y las hojas de estaño conforman la armadura interna. La armadura externa está constituida por la capa que cubre la botella. La misma botella actúa como un material dieléctrico aislante entre las dos capas delcondensador. El nombre de condensador proviene de las ideas del sigloXIX sobre la naturaleza de la carga eléctrica que asimilaban está a un fluido que podía almacenarse tras su condensación en un dispositivo adecuado como la botella de Leyden. Este es el principio por el cual, si un rayo cae por diferencia de potencial en un avión, este no sufrirá en su interior ningún tipo de descarga ni alteración eléctrica.

XII.

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

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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. XIII.

EXPLIQUE EL PODER DE LAS PUNTAS, Y SUS APLICACIONES En electrostática, el poder de las puntas está íntimamente relacionado con elconcepto de la rigidez dieléctrica. Ésta es el mayor valor de campoeléctrico que puede aplicarse a un aislante sin que se vuelva conductor. Este fenómeno fue descubierto hace 200 años por Benjamín Franklin, al observar que un conductor con una porción puntiaguda en su superficie, descarga su carga eléctrica a través del aguzamiento y por lo tanto no se mantiene electrizado. Actualmente se sabe que esto se produce debido a que un conductor electrizado tiende a acumular la carga en la región puntiaguda. La concentración de carga en una región casi llana es mucho menor que la acumulación de carga eléctrica en un saliente acentuado. Debido a esta distribución, el campo eléctrico de las puntas es mucho más intenso que el de las regiones planas. Valor de la rigidez dieléctrica del aire en la porción más aguzada será sobre pasado antes que en las otras regiones, y será por ello que el aire se volverá conductor y por allí escapará la carga del conductor.

XIV.

MENCIONES AL MENOS 5 APLICACIONES DEL EQUIPO DE VAN DE GRAAFF. Las diferentes aplicaciones de esta máquina incluyen producción de rayos esterilización de alimentos y experimentos de física de particulares y física nuclear Gracias al generador podemos hacer experimentos de ruptura dieléctrica en alta tensión sin peligro para el que los realiza. 6. CONCLUSIONES  Los electrones se conservan, por lo tanto no se crean ni se destruyan solo se trasladan.  Las cargas eléctricas no son engendradas ni creadas, sino que en el proceso de adquirir cargas eléctricas unas ceden y otras ganan electrones de modo que hay una equivalencia en transferencia de electrones.  Se comprueba experimentalmente que los cuerpos con cargas eléctricas de igual especie se repelen mientras que los tiene cargas de distinto signo se atraen.  En todo cuerpo conductor, las cargas se distribuyen superficialmente buscando las zonas de mayor convexidad. En este caso la distribución de las cargas es uniforme.  Los fenómenos de electrización son por frotamiento, por contacto y por inducción, los cuales alteran el equilibrio de cargas eléctricas que se encuentran en los cuerpos.

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7. BIBLIOGRAFÍA https://es.scribd.com/doc/106181621/Laboratorio-de-Cargas-Electricas-y-CuerposElectrizados https://www.google.com/search?rlz=1C1PRFG_enPE813PE813&biw=1366&bih=608&ei=On66 XP3dIe-m_QboyLn4Dg&q=tecnopor+carga+electrica&oq=tecnopor+carga+electrica&gs_l=psyab.3..33i21.22581.25601..25897...0.0..0.697.3632.0j6j4j1j0j2......0....1..gwswiz.......0i71j0i20i263j0j0i22i30j38j33i160.4-JsejCnDHU https://www.youtube.com/watch?v=9MzJnqBpWUs http://materias.fi.uba.ar/6203/Download/Teoricas/1-Electrostatica.pdf

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