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• Jorge Ivan Duque Leal

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ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO

YOULING ALEJANDRA MOTTA JORGE IVAN DUQUE NICOLÁS ESCOBAR TÉLLEZ LAURA KATHERINE RAMOS ESPAÑA

UNIVERSIDAD SURCOLOMBANA NEIVA-HUILA 2020

OBJETIVOS 

Obtención de electricidad por fricción, identificar interacciones entre cuerpos cargados eléctricamente MARCO TEORICO

1. ¿Qué nombre recibió la electricidad que se obtenía del ámbar y del vidrio al ser frotados con piel y con seda respectivamente? El nombre de la electricidad que se obtiene por frotar ámbar, el cuales es material Resinoso. Es la electricidad resinosa Esta seda por el hecho de frotar este tipo de materiales con lana o pieles, además en su mayoría suele ser negativa. Por otro lado, al frotar el vidrio con alguno de los materiales mencionados se produce la electricidad vítrea la cual al contrario de la anterior mencionada es positiva. 2. ¿Cuáles son las características de las cargas eléctricas? Las características de las cargas eléctricas son: Dualidad de la carga: en este caso nos referimos a la interacción de las cargas pues como ya sabemos todas las cargas están divididas en positivas y negativas. Con esta claro sabemos q las de un mismo signo interaccionan repeliéndose, mientras q las de signos contrarios se atraen Conservación de la carga: En cualquier proceso físico la carga total de un sistema aislado se conserva es decir la suma algebraica de cargas positivas y negativas presente en ciertos instantes no varía. Cuantificación de la carga: como sabemos las cargas eléctricas son representadas por e es decir: q=N.e.

En el caso de los electrones se les da una carga negativa la cual es:-e, por otro lado los protones son el caso contrario pues tiene una carga positiva +e y por ultimo los quarks que tiene una carga fraccionaria 1/3e o 2/3e. 3. ¿Cuál es el funcionamiento de la balanza de torsión que uso coulomb para establecer las interacciones entre cargas eléctricas? Esta balanza fue creada con el objetivo de medir fuerzas débiles, esta consiste en dos bolas de metal sujetas por los extremos de una barra suspendida por n clave En el caso de medir fuerza electrostática se le puede adicionar una tercera bola cargada a una cierta distancia. Las dos bolas cargadas se repelen/atraen unas a otras, causando una torsión de un cierto ángulo. De esta forma se puede saber cuánta fuerza, en newtons, es requerida para torsional la balanza un cierto ángulo. 4. ¿Cuál es valor de la constante de coulomb? La constante de la ley de coulomb es k la cual como dije anteriormente es una constante de proporcionalidad a la se le da el nombre ya antes mencionado. Además, no se trata de una constante universal puesto que también depende del medio en el que se encuentren las cargas. En concreto para el vacío k es aproximadamente 9·109 N·m2/C2 utilizando unidades en el S.I. 5. ¿Qué se entiende por permitividad del espacio libre? ¿Cuál es su valor? La permitividad del vacío ε0 es el cociente de los campos D / E en ese medio. También aparece en la ley de Coulomb como parte de la constante de fuerza de Coulomb, que expresa la atracción entre dos cargas unitarias en el vacío. 1/4

πε0, siendo ε0=8.8541878176* 10-12F/m, donde c es la velocidad de la luz y µ0 es la permeabilidad magnética del vacío. Estas tres constantes están totalmente definidas en unidades del SI. ε=εr*ε0=() 6. ¿Cuáles

son

las

características

de

los

conductores,

aisladores

y

semiconductores? CARACTERISTICAS DE LOS CONDUCTORES: Los conductores se caracterizan porque no ofrecen resistencia al paso de corriente eléctrica, todo esto es gracias a sus propiedades físicas y eléctricas que garantizan la circulación de electricidad. Entre sus principales características eléctricas se encuentran las siguientes: buena conductividad, si no se tiene buena conductividad no se puede dar el transporte de energía. Un buen material conductor es el cobre, con este material se puede comparar la conductividad de otros materiales. Estructura atómica permite el paso de corriente.  núcleos unidos Las características físicas de los conductores son las siguientes: Los conductores deben ser maleables, ser capaces de deformarse sin que lleguen a romperse, estos se usan en aplicaciones domésticas o industriales, antes deben ser sometidos a curvaturas y dobleces. Deben ser resistentes, no pueden desgastarse con facilidad Deben estar recubiertos por una capa aislante. CARACTERISTICAS DE LOS AISLADORES: Como su nombre lo indicia la función de estos es aislar de manera mecánica los conductores de línea de tierra y de otros elementos conductores. Deben ser capaces de soporta la carga mecánica que se transmite al apoyo a través de ellos. deben soportar la tensión en todo tipo de condiciones ya sean normales o anormales y las sobretensiones.

estos materiales deben tener una ausencia de envejecimiento. Debe tener una muy buena resistencia a los cambios de temperatura ya que se encontrará en la intemperie y las condiciones van a variar. Los aisladores se pueden encontrar en varios materiales, ya sean aisladores de porcelana, de vidrio o aisladores compuestos. Todos estos aisladores se caracterizan por tener muy buena resistencia. También encontramos aisladores de dos tipos como son: Los aisladores de campana: estos se emplean generalmente en entornos donde la tensión es baja o media, se pueden fabricar con vidrio o porcelana Aisladores de barra: estos son utilizados para tensiones altas ya que su forma es capaz de resistir mayor esfuerzo de flexión y compresión, estas se originan por tensiones elevadas, estos se pueden fabricar de porcelana y mixtos CARACTERISTICAS DE LOS SEMICONDUCTORES Los semiconductores son materiales que tienen una conductividad menor a la de un conductor, pero mayor a la de un aislador, el semiconductor que más se utiliza es el silicio Estos pueden actuar como aislantes o como conductores esto depende a la temperatura a la que se encuentre Los semiconductores reales o puros estos no contienen electrones libres a bajas temperaturas Los electrones periféricos es un semiconductor que se pueden liberar a temperaturas muy altas o a altos voltajes Los únicos semiconductores puros son el carbono, el silicio y el germanio Los semiconductores se clasifican como: intrínsecos o extrínsecos 7. ELABORE

UNA

LISTA

DE

CONDUCTORES,

AISLADORES

SEMICONDUCTORES CONDUCTORES: los materiales conductores más utilizados son:

Y

Plata pura cobre endurecido Aluminio Zinc puro Brocen de fósforo Acero Oro Hierro Cobre Entre mucho otro más, la Plata pura se le conoce por ser el mejor conductor de electricidad Y el cobre endurecido también es buen conductor y es más utilizado porque es más económico que la plata AISLADORES: Estos son uno de los muchos materiales aislantes, se les llama así ya que los electrones no pueden circular libremente. La cerámica La madera El vidrio El pastico El papel Silicato Arcilla expandida Cerámica SEMICONDUCTORES: los materiales semiconductores pueden variar si conductividad todo depende de la temperatura Cadmio (metal) Boro (metaloide) Aluminio (metal) Galio (metal) Indio (metal) Germanio (metaloide)

Silicio(metaloide) 8. ¿Cuál es la masa y la carga eléctrica del protón, del electrón? partícula protón

masa

Carga eléctrica

neutro

electrón

RESULTADOS

Energía estática La electricidad estática es el resultado de un desequilibrio entre las cargas positivas y negativas en un objeto. Estas cargas pueden acumularse en la superficie de un objeto hasta que encuentren una forma de ser liberadas o descargadas. Una forma de descargarlos es a través de un circuito. El roce de ciertos materiales entre sí puede transferir cargas negativas, o electrones. Por ejemplo, si frota su zapato en la alfombra, su cuerpo acumula electrones adicionales. Los electrones se adhieren a tu cuerpo hasta que pueden ser liberados. Todos los objetos físicos están hechos de átomos. Dentro de un átomo hay protones, electrones y neutrones. Los protones tienen carga positiva, los electrones tienen carga negativa y los neutrones son neutros. Por lo tanto, todas las cosas están hechas de cargas. Las cargas opuestas se atraen entre sí. Las cargas iguales se repelen entre sí. La mayoría de las veces, las cargas positivas y negativas se equilibran en un objeto, lo que lo hace neutral.

Experimento con tubo de PVC:

Sin frotar Descripción: Antes de empezar el experimento, se puso el tubo en tierra para tratar de descargarlo, luego se fue acercando el tubo a los diferentes materiales de la práctica, pero no hubo reacción alguna sin importar la distancia entre ellos. Ilustración 1 Tubo de PVC sin frotar y madera

Ilustración 2 Tubo de PVC sin frotar y papel

Ilustración 3 Tubo de PVC sin frotar y aluminio

Frotando con tela de poliéster El tubo es se frota con la bata de laboratorio de un integrante del grupo durante un periodo de 20 segundos, luego se acerca a los diferentes materiales y se puede observar cómo estos son atraídos hacia el tubo de PVC.

Ilustración 4 Tubo de PVC frotado con tela poliéster, y madera.

Descripción: La atracción fue muy fuerte y logró atraer gran cantidad de tiras de madera. El tiempo de mayor atracción fue en los primeros 3 segundos en los que se acercó el tubo a la madera. Después del segundo 3, la atracción disminuyó casi llegando a cero, pero se mantuvieron unidos al tubo entre tres a cuadro hilachas de madera. En el segundo 4 se gira el tubo para intentar atraer más tiras de madera, pero no se produjo el mismo tipo de reacción violenta como en los primeros 3 segundos y no logró atraer más hilachas.

Ilustración 5 Tubo de PVC frotado con poliéster y papel.

Descripción: Las bolitas de papel fueron fuertemente atraídas por el tubo. La mayoría del papel permaneció unida al tubo durante 5 segundos, luego los pedazos de mayor tamaño empezaron a caer. Después de los primeros 5 segundos, permaneció al menos la mitad de papel durante unos 5 segundos más. Ya pasados 10 segundos, quedó un 10% del papel y fue necesario quitar manualmente ya que seguía firmemente sostenido.

Ilustración 6 Tubo de PVC frotado con poliéster y aluminio.

Descripción: El experimento duró 10 segundos, tiempo en el cual la reacción entre los pedazos de aluminio y el tubo de PVC fue muy violenta. El tubo atraía rápidamente el papel de aluminio y este al golpear el tubo rebotaba al piso y el tubo lo volvía a atraer. Había aproximadamente 10 pedazos de aluminio durante el experimento, de los cuales solo dos se mantuvieron unidos al tubo durante los 10 segundos de interacción, pasado este tiempo siguieron unidos al tubo y fueron separados manualmente. Por el tamaño del aluminio y la velocidad de reacción, es difícil plasmar en fotos la interacción que se presentó durante el experimento.

Ilustración 7 Tubo de PVC frotado con poliéster y una lata de aluminio.

Descripción: El experimento duró 8 segundos, tiempo en el cual la reacción entre la lata de vitaminas y el tubo de PVC fue muy violenta. El tubo atraía rápidamente a la lata y el tubo lo volvía a atraer. Por el tamaño de la lata y la velocidad de reacción, es difícil plasmar en fotos la interacción que se presentó durante el experimento.

Experimento con agua El agua, que es dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, está formada por partículas cargadas, con los dos átomos de hidrógeno que tienen una carga positiva. Debido a que, en la forma líquida del agua, estos átomos pueden moverse libremente de cualquier forma, puede ser fácilmente afectado por una carga eléctrica estática. Cuando se frotó el tubo de PVC a la tela de poliéster, las cargas negativas (electrones) se movieron desde la tela a la superficie del tubo, lo que dio al tubo una carga negativa. El agua que cae de la botella está hecha de piezas positivas y negativas que se mezclan. Pero a medida que el tubo cargado negativamente se acerca a la corriente de agua, las partes cargadas positivamente de las moléculas de agua (los átomos de hidrógeno) son atraídas hacia la carga negativa y mueven toda la corriente hacia el tubo. ¿Por qué el agua es atraída completamente hacia los lados para adherirse a la superficie de la taza?

A pesar de que la fuerza eléctrica estática entre las fuerzas negativas y positivas es fuerte, el agua todavía es lo suficientemente pesada como para ser arrastrada por la gravedad. ocurre que atraen a las moléculas del agua, casi, casi como si fuera un imán. El efecto es bien curioso, sin tocar el agua con el peine somos capaces de atraer el chorrito y modificar su trayectoria. Hemos conseguido doblar el agua.

Ilustración 11 Tubo de PVC frotado con tela de poliéster atrayendo agua. Descripción: Primero ante todo es cargar el tubo frotándolo con el poliéster, fue más efectivo en dar carga. La reacción del experimento es de inmediato al acercarse el tubo de pvc cargado. Al acercar el tubo cargado y tener un chorro fino de agua, podemos ver como la trayectoria del agua cambia de inmediato. Cuando él tuvo se aleja el chorro fino de agua vuelve y retoma su trayectoria rectamente.

El Electroscopio El electroscopio es un aparato sencillo, fácil de construir, que permite demostrar la presencia de cargas eléctricas y comparar sus signos. Existen diferentes versiones, la más popular usa dos láminas metálicas

delgadas unidas a un cuerpo conductor, muchas veces una esfera. Se suele insertar el conjunto en un bote de vidrio o un matraz para aislarlo del exterior. La demostración más sencilla consiste en cargar la esfera externa tocándola con un cuerpo cargado, como una varilla de vidrio que se ha frotado con un tejido o un trozo de papel. La varilla 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. El ángulo de separación depende de la carga acumulada. Si a continuación tocamos la esfera con otro cuerpo cargado de forma apreciable podemos ver si las láminas se juntan o no, lo que dependerá de si la carga del cuerpo es del mismo signo o distinto que la que almacenaba el electroscopio. Podemos también usar el electroscopio para observar el efecto de la separación de cargas y la carga por inducción. Si acercamos un cuerpo cargado a la esfera conductora esta, en particular la zona más cercana al cuerpo acumulará una carga neta de signo opuesto al del cuerpo. Si el conjunto de los conductores del electroscopio era inicialmente eléctricamente neutro las láminas adquirirán una carga neta de signo opuesto al de la esfera y se separarán.

Ilustración 12 Electroscopio con dos tiras de aluminio para experimentar. Descripción: Friccionando materiales, al aproximarlo al dispositivo se presentaba un efecto de separación.

Las láminas juntas de aluminio tienden a separarse. El dispositivo fue creado para identificar cuerpos con cargas eléctricas, por eso su nombre de electroscopio.

Conclusiones Cuando un objeto cargado se acerca a otro objeto cargado, la fuerza que se produce es repulsiva. Frotar dos materiales puede producir adherencia de electrones desde un material hacia el otro. El paso de electrones de un material hacia el otro produce una fuerza atractiva entre ambos.

BIOGRAFIAS 1. Enciclopedia de Ejemplos (2019). "Materiales Semiconductores". Recuperado de: https://www.ejemplos.co/15-ejemplos-de-materiales-semiconductores/ Fuente: https://www.ejemplos.co/15-ejemplos-de-materialessemiconductores/#ixzz6fsYaNNEI 2. Enciclopedia

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