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• Mauricio Obando Cueva

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PRÁCTICA 1: CARGAS ELÉCTRICAS A. OBJETIVOS • •

Observar los procesos por los cuales un objeto adquiere carga eléctrica. Verificar la existencia de dos tipos de carga eléctrica y sus propiedades.

B. RECURSOS •

Computadora y conexión a internet

C. FUNDAMENTO TEÓRICO La carga eléctrica es una propiedad de la materia. Fueron los griegos los que por los años 600 A.C. descubrieron esta propiedad cuando acercaban ámbar, previamente frotado con lana, a pequeñas plumas y hojas secas. Hoy en día se sabe que existen dos tipos de carga: positiva y negativa. Hay una variedad de experimentos simples para demostrar la existencia de fuerzas eléctricas. 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 adheridos o suspendidos. Cuando los materiales se comportan de esta manera, se dice que están electrificados, o que se han cargado eléctricamente.

Figura 1 a) Una varilla de hule con carga negativa suspendida por un hilo es atraída por una varilla de vidrio con carga positiva. b) Una varilla de hule con carga negativa es repelida por otra varilla de hule con carga negativa.

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PROPIEDADES DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS Podemos indicar que la carga eléctrica posee las siguientes propiedades de importancia: ➢ En la naturaleza se presentan dos tipos de cargas, como son positiva y negativa: al interactuar cargas de un mismo signo se repelen y cargas de signos opuestos se atraen. ➢ En un sistema aislado la carga eléctrica siempre se conserva. ➢ Toda cantidad observable de carga eléctrica siempre es un múltiplo entero de la carga fundamental atribuida al electrón. Decimos que la carga está cuantizada.

𝑄 = 𝑁𝑞𝑒

Coulomb (C)

Donde 𝑁 ∈ 𝑍 + y 𝑞𝑒 es la carga de un electrón o protón (carga mínima o cuantum de carga). Los conductores eléctricos son aquellos materiales en los cuales algunos de los electrones son libres, no están unidos a átomos y pueden moverse con libertad a través del material. Los aislantes eléctricos son aquellos materiales en los cuales todos los electrones están unidos a átomos y no pueden moverse libremente a través del material.

a)

Materiales Conductores

b) Materiales Aislantes

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PROCESOS DE CARGA DE UN CUERPO •

CARGA POR CONDUCCIÓN Una esfera de metal se puede cargar usando un alambre de cobre y una varilla de plástico eléctricamente cargada, como se indica en la figura a. En este proceso, algunos de los electrones excedentes en la varilla se transfieren hacia la esfera, lo cual deja a la varilla con una carga negativa más pequeña.

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CARGA POR INDUCCIÓN Hay otra técnica diferente con la que la varilla de plástico da a otro cuerpo una carga de signo contrario, sin que pierda una parte de su propia carga. Este proceso se llama carga por inducción. Para cargar un objeto por inducción no es necesario que tenga contacto con el objeto que induce la carga.

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CARGA POR FROTAMIENTO Al frotar dos cuerpos uno con el otro, ambos se electrizan uno positiva y el otro negativamente, las cargas no se crean ni se destruyen, sino que solamente se trasladan de un cuerpo a otro o de un lugar a otro en el interior de un cuerpo dado.

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D. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL D1.

EXPERIMENTO 1: INTERACTIVO

1. Ingrese a la siguiente dirección electrónica: https://phet.colorado.edu/sims/html/balloons-and-static-electricity/latest/balloons-and-staticelectricity_es_PE.html

2. Justifique el porqué de sus respuestas de acuerdo a lo observado en la simulación. a. Indique cuál es la situación de la chompa, el globo y la pared en la figura de acuerdo a la distribución de carga eléctrica. Al iniciar el simulador se puede observar que todos los objetos se encontraban en un estado neutro todos mantenían la igualdad entre protones y electrones, al frotar el globo con la chompa se ve como la chompa pierde electrones, se carga positivamente, y el globo recibe aquellos electrones, se carga negativamente, después de ello al acerca el globo este se polariza lo que significa que distribuye sus átomos según la fuerza mas cerca lo que le permite pegarse a la pared puesto que se atrae por sus protones. b. Con la ayuda del puntero izquierdo del mouse y sin soltarlo, desplace el globo hacia la manga de la chompa más cercana al globo y frote la misma. Explique lo qué sucede con el globo y la chompa al realizar dicha acción. Al frotar el globo con la chompa se ve como la chompa pierde electrones, se carga positivamente, y el globo recibe aquellos electrones, se carga negativamente, el globo se carga negativamente por fricción. c. A continuación con ayuda del puntero del mouse lleve el globo a su posición inicial y suéltelo, explique lo observado. El globo es atraído por los protones de la chompa por las cargas opuestas esta es la fuerza de atracción entre este tipo de átomos d. Nuevamente con ayuda del puntero lleve el globo muy cerca a la pared y suéltelo, explique lo observado. El globo se queda pegado en la pared por la polarización del mismo puesto que este organiza sus átomos según la fuerza de atracción o repulsión, según la mas fuerte, al estar pegado en la pared es atraído por sus protones y los electrones de la pared son repelidos e. Finalmente ubíquese con el puntero en la ventana restablecer el globo (ubicado en la parte inferior de la pantalla), haga click en la opción de dos globos. A continuación acerque el globo que aparece a la chompa y frote toda ella, luego acercarlo al primer globo. Explique lo observado. El globo en estado neutro es no se inmuta ante nada esto porque este esta en equilibro entre sus cargas lo que hace que este no sea afectado por ninguna fuerza electromagnetica

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D2.

EXPERIMENTO 2:

1. Tomaremos en cuenta para el segundo experimento los siguientes materiales:

b) Bolsa de plástico a)

c)

Varilla de PVC, vidrio y franela.

Péndulo eléctrico

d) Electroscopio

2. En base al fundamento teórico de la presente práctica y considerando los materiales de las figuras, responda a las siguientes preguntas justificando sus respuestas.

a. Varilla de PVC a.1 Inicialmente con los materiales descargados se acerca la varilla a la esfera suspendida (péndulo) sin tocarla, ¿qué debería suceder? En este caso no habrá ninguna interacción por lo tanto no habrá ningún resultado, ninguna de los dos se moverá pues estarán en un estado neutro.

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a.2 Un extremo de la varilla se frota con la franela, seguidamente dicho extremo se aproxima a la esfera sin tocarla, ¿qué debería suceder? El péndulo será repelido por la vara de PVC ya que el tubo de PVC estará cargado negativamente después de ser frotado con la franela, lo que generar una fuerza de repulsión ya que el péndulo esta cargado negativamente b. Varilla de vidrio b.1 Inicialmente con los materiales descargados se acerca la varilla a la esfera suspendida (péndulo) sin tocarla, ¿qué debería suceder? Al hacer esto no pasa nada en el péndulo ya que ambos estarán en un estado neutro y no habrá transferencia de electrones por lo tanto no habrá ninguna fuerza electromagnética b.2 Un extremo de la varilla se frota con la bolsa de plástico, seguidamente dicho extremo se aproxima a la esfera sin tocarla, ¿qué debería suceder? Al frotar la varilla de vidrio con la bolsa de plástico se generar una transferencia de electrones por parte de la varilla a la bolsa de plástico lo que hará que la varilla quede cargada positivamente y al acércala al péndulo estos dos experimenten una fuerza de atraccion

b.3 Se frota un extremo de la varilla de vidrio con la bolsa de plástico, a continuación se acerca la varilla a la esfera suspendida hasta hacer contacto por unos segundos. Luego se separa la varilla de la esfera y se vuelve a frotar la varilla con la bolsa de plástico para nuevamente acercarla a la esfera, ¿qué debería suceder? Después de todo este proceso la varilla estará carga negativamente lo hará que el péndulo sea atraído por la varilla

c. Electroscopio c.1 Inicialmente con los materiales descargados se apróxima un extremo de la varilla de PVC a la parte superior del electroscopio sin tocarlo, ¿qué debería suceder? No pasara nada ya que ambos están en estado neutro lo que implica que no habrá una fuerza electromagnética para mover el electroscopio c.2 Un extremo de la varilla de PVC se frota con la franela, seguidamente dicho extremo se aproxima a la parte superior del electroscopio sin tocarlo, ¿qué debería suceder? Al realizar este acto lo que se generara es que la aguja del electroscopio se comience a mover comprobando así la presencia de una fuerza electromagnética.

c.3 Se frota con la franela un extremo de la varilla de PVC, seguidamente se aproxima a la parte superior del electroscopio lentamente hasta hacer contacto por unos segundos, luego se retira la varilla de PVC, ¿qué debería suceder? Después de eso no habrá ninguna reacción en la aguja ya que se habrán “perdido” electrones lo hará que el tuvo de PVC regrese a su estado neutro. 6

E. CONCLUSIONES En conclusiones podemos ver que hay 3 formas de transferir electrones por fricción, contacto y por inducción las cuales generan transferencia de electrones. Al frotar elementes de vidrio con platico estos pierden electrones y se cargan positivamente y al frotar materiales de plástico con lana estos se cargaran negativamente

F. CUESTIONARIO FINAL 1. En el proceso de cargar eléctricamente un objeto, ¿es posible transferir cargas positivas de un objeto a otro? Explique. No es posible lograr la transferencia de protones a que estos están unidos a los neutrones por enlaces nucleares que son mas fuertes que las fuerzas electromagnéticas que lo unen a los electrones por ello no se puede transferir protones.

2. ¿Qué factor es importante tomar en cuenta en el ambiente en el que se realizan los experimentos de electrostática? Explique. Un factor a considera es la humedad del aire ya que este es material aislante lo que aumentara al dificultad de realizar el experimento y al estar humedecido dificultara al transferencia de electrones. G. WEBGRAFÍA https://phet.colorado.edu/es_PE/simulations/category/physics

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