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UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA LABORATORIO FISICA ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

Practica Nº Electroscopio

Estudiantes

Código

Luis guayambuco pinzón

1201505

Yoheans Albert Luciano torres cely

1102490

Docente: Alba Soler

Bogotá D.C 25 de febrero de 2018

1. Objetivos

-

Producir carga eléctrica sobre una varilla de vidrio y ebonita por contacto. Detectar la presencia de carga eléctrica en objetos con la ayuda del electroscopio. Determinar la transferencia de carga entre dos objetos y reconocer sus respectivas cargas Identificar procesos de Repulsión magnética.

2. Marco teórico

Electroscopio y su funcionamiento

El electroscopio es un aparato que permite detectar la presencia de campos eléctricos en un cuerpo e identificar el signo de la misma. El electroscopio sencillo consiste en una varilla metálica vertical que tiene una esfera en la parte superior y en el extremo opuesto dos láminas de oro o de aluminio muy delgadas. La varilla está sostenida en la parte superior de una caja de vidrio transparente con un armazón de cobre en contacto con tierra. El electroscopio de hojuelas fue inventado por Bennet. Se carga por contacto de un material ya cargado. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electriza y las laminillas cargadas con igual signo de electricidad se repelen, separándose, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido. La fuerza de repulsión electrostática se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera y las láminas, al perder la polarización, vuelven a su posición normal. Cuando un electroscopio se carga con un signo conocido, puede determinarse el tipo de carga eléctrica de un objeto aproximándolo a la esfera. Si las laminillas se separan significa que el objeto está cargado con el mismo tipo de carga que el electroscopio. De lo contrario, si se juntan, el objeto y el electroscopio tienen signos opuestos. Un electroscopio cargado estando al aire libre perderá gradualmente su carga debido que un pequeño número de moléculas están siendo ionizadas continuamente bajo la acción de rayos cósmicos, algunos de estos iones pueden tomar un exceso de carga del electroscopio. Para descargarlo debe acercarse a la esfera el material con que fueron frotadas las barras.

Modelo atómico de Bohr

El modelo atómico planteado por Rutherford tenía ciertas falencias que hacían dudar de su veracidad, como por ejemplo, que, según la física clásica, un cuerpo con carga en movimiento liberaría energía, por lo cual el electrón iría perdiendo energía en su movimiento circular alrededor del núcleo, lo que conllevaría a que, en un determinado momento, la fuerza de atracción electrostática entre el núcleo y el electrón provocaría que éste último se precipitara contra el núcleo destruyendo el átomo.

Para solucionar este problema, Niels Bohr, aplico la teoría cuántica de Max Planck, la cual decía que la energía estaba "cuantizada", es decir, que absorbía o liberaba pequeños paquetes de energía, llamados cuantos, al modelo planetario de Rutherford, generando un nuevo modelo atómico, denominado modelo atómico estacionario, el cual decía que:

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La energía del electrón está cuantiazada.

-

El electrón se mueve alrededor del núcleo en un nivel de energía estacionario, en donde, mientras se encuentre en él, no perderá ni ganará energía. Este nivel se encontrará lo más cercano al núcleo que le sea posible.

-

Cuando un electrón gana energía, salta del nivel estacionario a un nivel de mayor energía. Cuando el electrón vuelva a su nivel basal o estacionario liberará la energía sobrante en forma de luz.

Las órbitas donde se encuentran los electrones son circulares. Bohr definió las órbitas con letras que iban desde la K en adelante, siendo K la órbita de menor energía.

Inducción electrostática En física, la carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos. Se estableció que hay dos tipos de electricidad y se empezó a hablar de carga eléctrica. Los objetos que tienen carga eléctrica, interaccionan con otros por medio de las fuerzas eléctricas mientras que los que están descargados, no están sujetos a estas fuerzas. El tipo de carga que adquiere un objeto al ser frotado depende tanto del material del que está hecho como del material del objeto con el que se froto.

Materiales conductores. Plata pura

Materiales aislantes Madera

Cobre endurecido

Silicato

Aluminio

Arcilla expandida

Zinc puro

Cerámicas de óxidos

Bronce con fósforo

Vidrio

Níquel

Goma

Latón Bronce Acero Hierro Cobre

3. Materiales.

Vidrio Ebonita Regla de Plástico Globo Papel Arroz molido Ceda Paño Vello Corporal Cabello Electroscopio

4. Montaje

5. Procedimiento.

Una vez explicado el procedimiento por la docente, comenzamos a tomar la información cualitativa de lo que sucedía cuando se frotaban elementos como el vidrio, la ebonita y la regla de plástico, con otros materiales como la ceda, el paño y el cabello, y apreciar la reacción que se obtenía al acercarlos una vez cargados a otros elementos como el papel, el arroz, los globos y el vello corporal.

A continuación, se describe cada una de las pruebas realizadas y los resultados observados, organizando la información de la siguiente forma:

1. EBONITA / PAÑO 2. EBONITA / CEDA 3. VIDRIO / PAÑO 4. VIDRIO / CEDA 5. REGLA PLÁSTICA / CABELLO 6. GLOBO/PAÑO/CEDA

1. EBONITA / PAÑO

Para este procedimiento se evitó tener contacto directo con la piel humana evitando descargar la vara de ebonita, para ello, se tomó la ebonita sosteniéndola con un trozo de tela de un extremo y del otro lado, se inició a frotar tratando de mantener una velocidad constante y con un poco de fuerza, de tal manera que se permita deslizar el paño con facilidad a través de la ebonita, luego de confirmar con el electroscopio, que la vara de ebonita estuviera cargada eléctricamente, se procedió a acercarla a los diferentes materiales que se tenían dispuestos, como el papel picado en trozos muy pequeños, el arroz molido finamente, los globos inflados con aire y el vello corporal de uno de los estudiantes, evidenciando que cada vez que se acerca la ebonita con carga, los elementos se adherían, algunos en mayor proporción que otros, como se describe a continuación:

Reacción física con papel: Al acercar la ebonita cargada a los trozos de papel que se encontraban sobre la mesa, estos cambiaban de posición de horizontal a vertical, algunos se adherían a la ebonita y otros se sentían atraídos pero no hacían el contacto con la vara, así mismo se pudo evidenciar que algunos trozos de papel no se aproximaron a la ebonita.

Reacción física con el arroz molido: Al acercar la ebonita cargada, al arroz molido, se evidencio que aquellas partículas más finas eran las que lograban alcanzar la vara de ebonita, adhiriéndose de inmediato, mientras que los trozos más gruesos no alcanzaban a llegar a la ebonita, sin embargo se observó un movimiento leve de los mismos, como si lograran ser atraídos por la vara de ebonita.

Reacción física con globos: A diferencia de los dos elementos anteriores, (papel y arroz), con los globos se evidencia una atracción más leve del globo hacia la ebonita, cuando estaban muy próximas, sin embargo era muy lenta esta reacción física.

Reacción física con el vello capilar: al pasar la vara de ebonita sobre el brazo de uno de los estudiantes muy cerca de la piel, se puede evidenciar que algunos de los vellos capilares alcanzan a moverse suavemente, es decir se sienten atraídos por el movimiento que se realiza con la ebonita.

2. EBONITA / CEDA

El procedimiento a seguir fue similar, para evitar que se descargara la vara de ebonita, solo que esta vez al frotar la ceda a una velocidad constante, se pudo apreciar que en menor tiempo la vara se cargaba rápidamente y la reacción de los elementos que se utilizaron (papel, arroz, globos y vello capilar), también arrojaban resultados cualitativos que demostraban la atracción de los mismos a la vara, pero esta vez con una mayor efectividad, velocidad y cantidad de partículas.

3. VIDRIO / PAÑO

Con la vara de vidrio el procedimiento a seguir, fue modificado, teniendo en cuenta que no solamente era el frotar el paño sobre el vidrio, sino que antes de esto se debia precalentar en agua hirviendo la vara y posteriormente se frotaba el vidrio con el paño de forma similar como se realizó el procedimiento con la vara de ebonita, la diferencia en este caso según se pudo apreciar es que la atracción de los elementos como el papel, el arroz, el globo y el vello capilar, se atraían pero de una forma muy lenta, es decir la reacción física que se podía visualizar era casi imperceptible, aspecto que fue verificado con el electroscopio ya que al acercar la vara de vidrio cargada, se podía evidenciar que la aguja se separaba en menores proporciones.

4. VIDRIO / CEDA Se continuo calentando la vara de vidrio en el agua hirviendo y posteriormente se frotaba la ceda en el vidrio, pero al igual que con la ebonita, el tiempo de frotación fue menor y la reacción física, respecto a la adherencia de los elementos fue más efectiva, por ejemplo con el arroz casi de inmediato cuando se acercaba el vidrio se evidenciaba como se pegaban en torno a la parte que se había frotado, igualmente sucedió con el papel picado, sin embargo la reacción con el vello capilar y los globos fue mínima, ya que era necesario acercar mucho más la vara para poder visualizar el movimiento, que finalmente se logró.

5. REGLA PLÁSTICA / CABELLO

Para este procedimiento ya no se empleó ni la ceda ni el paño, a cambio si se utilizó el cabello de uno de los estudiantes, para poder cargar la regla plástica, sin embargo hubo necesidad de comprobar que la frotación requería un poco más de fuerza contra la cabeza del estudiante y mucho más velocidad, así mismo, fue posible observar que la fuerza de atracción de los elementos se podía percibir pero en menor cantidad, por ejemplo tanto los trozos de papel como el arroz más fino

lograban impactar la regla tan pronto como se aproximaba la regla, no obstante no eran todos, sino los más livianos y en el caso del vello capilar, la atracción era mínima, al igual que con los globos, los cuales también se sentían estimulados hacia la regla.

6. GLOBO/PAÑO/CEDA

Una de las últimas prácticas realizadas en el laboratorio en el tema de electrostática, fue la relacionada con el proceso de atracción que generaban los globos, sin embargo se aclara que fue un poco más difícil lograr cargar el globo, además porque no se podía permitir tener un contacto de polo a tierra, entonces solo se descolgaba tomándolo desde donde se realiza el nudo del globo para no dejar escapar el aire, luego se froto uno de los globos con paño, pero la atracción que se podía apreciar en los elementos era muchísimo menor que con los demás materiales que se utilizaron para cargarlos, por ejemplo al enfrentar los dos globos, fue necesario frotarlo con la ceda a ambos y de esta forma se logró visualizar como quedaban unidos, mientras que al pasar la bomba cerca del vello capilar, los papel y el arroz, su fuera de atracción fue casi nula, porque se pudo apreciar que muy pocas partículas de estos elementos realmente se sintieron estimuladas hacia el globo.

6. Análisis. Comportamiento de vidrio: El material del vidrio en su composición tiene electrones libres, por lo cual, al frotarla con la seda, estos electrones pasan a la seda porque en la composición de esta, a nivel atómico es su última orbita tiene un espacio libre que toma los electores del vidrio, de esta manera se carga el vidrio de forma positiva y la seda de negativa. El vidrio adquiere una carga eléctrica positiva (mayor número de protones) al perder un determinado número de cargas negativas (electrones); estas cargas negativas son atraídas por la seda, con lo cual se satura de cargas negativas. Al quedar cargados eléctricamente ambos cuerpos, ejercen una influencia eléctrica en una zona determinada, que depende de la cantidad de carga ganada o perdida, dicha zona se llama campo eléctrico, una explicación sobre los materiales y cómo se cargan puede hallarse en el efecto triboeléctrico. Por esta razón con materiales con carga contraria a la cual este cargado, obtiene una atracción, lo podemos apreciar con el papel y el arroz en polvo, que contiene un porcentaje de carga negativa y dependiendo de la cantidad de carga es mayor la fuerza de atracción de los materiales.

Comportamiento plástico:

Los plásticos son un material cargado de forma neutra. Por esta razón son denominados como aislantes, por su comportamiento de no llevar o conducir electricidad, electrones, frotando con un paño adquiere carga negativa, toma electrones del paño por lo cual puede obtener una fuerza de atracción con materiales de carga contraria. ELECTROSTATICA: Estudia las interacciones entre cargas eléctricas que están en reposo.

Inicialmente, las barras no se atraen ni se repelen (están “neutras”)

 Las dos barras de plástico frotadas con piel se REPELEN mutuamente.

 

Inicialmente, las barras de vidrio ni se atraen ni se repelen (están “neutras”). Las dos barras de vidrio frotadas con seda se REPELEN mutuamente

 La barra de plástico (frotada con piel) y la barra de vidrio (frotada con seda) se ATRAEN. 

La barra de plástico y la piel se ATRAEN.



La barra de vidrio y la seda se ATRAEN

8. Conclusiones.

- Al observar como las laminillas del electroscopio se separaban una de otra, por la acción de acercar los elementos cargados por contacto con antelación, por ende podemos concluir que efectivamente existen fuerzas eléctricas de atracción y repulsión, como se evidencio claramente en la práctica. -

El método utilizado para la producción de carga eléctrica es un método por frotamiento el cual consiste en frotar una varilla de vidrio y ebonita arrancando de esta manera las cargas.

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Cuando un cuerpo se frota la carga se transfiere de un cuerpo a otro, no de los cuerpos adquiere un exceso de cargas positiva y la otra negativa respectivamente, por eso en un sistema aislado la carga total neta no cambia.

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Depende de la carga La pérdida o ganancia de electrones de los Átomos que compongan al objeto Los cuerpos constituidos del mismo material se cargan eléctricamente con cargas del mismo signo y al acercarse se repulsan.

Bibliografía: - SEARS - ZEMANSKY - YOUNG FREEDMAN. Física Universitaria. Vol 2. Undécima Edición.Editorial Addison Wesley longman. México 2004 -

https://es-puraquimica.weebly.com/bohr.html

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https://sites.google.com/site/fisicacbtis162/services/2-1-2-electros