FENOMENOS ELECTROESTATICOS

8/11/2019 FENOMENOS ELECTROESTATICOS

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FENOMENOS ELECTROESTATICOS

KAREN LILIANA BENAVIDES 1022374558SEBASTIN BUITRAGO - 1049623015

FREDDY CASAS79951519

PROFESOR: WILSON PALOMINO PLAZASFISICA II

UNIVERSIDAD CENTRAL

RESUMEN

Debemos comprender que la mayora de los objetos ocultan grandes cantidades de cargaselctricas, que en su mayor parte se cancelan por efectos externos y que al provocarse undesequilibrio se revelan los efectos de las cargas, sean positivas o negativas. La cargaelctrica siempre se conserva, cuando un cuerpo se frota con otro, no se recrea carga en elproceso, la electrificacin se debe a una transferencia de cargas de un cuerpo a otro. Uncuerpo gana carga elctrica negativa mientras que otro gana carga elctrica positiva; peroCmo? , es necesario comprender la estructura atmica, el concepto de carga implcito enla materia, el mtodo para generar carga elctrica, la naturaleza de los materiales y suconveniencia. Se sabe que los electrones tienen carga elctrica negativa y nos permitecomprender que al frotar vidrio en seda los electrones son transferidos del vidrio a la seda,

de igual manera al frotar caucho con piel los electrones se transfieren de la piel a la caucho,con lo cual la piel se queda con carga positiva (falta de electrones) y el caucho con carganegativa (exceso de electrones).

1. OBJETIVOS

Comprobar que existen slo dos tipos de carga elctrica, y as, determinar sucomportamiento como una funcin de la cantidad de frotamiento y separacin de losrespectivos cuerpos.

Redescubrir la naturaleza de la carga elctrica para entender la base de los procesoselctricos y electrnicos.

Comprobar que todo cuerpo esta inicialmente en estado neutro y, debido alfrotamiento, adquiere una determinada carga.

Detectar en un cuerpo la presencia de carga elctrica y el signo de la misma.

Distinguir los materiales aislantes de los conductores.

Cargar objetos por conduccin e induccin.


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2. MARCO TERICO

Sin duda podemos decir que la electricidad es un fenmeno fsico originado por cargaselctricas estticas o en movimiento y por su interaccin. Esto nos dice que existe un "ente"fsico que denominaremos, por ahora, carga elctrica que se desplaza o no; por el espacio

que nos rodea y, estando en reposo o en movimiento, interacciona con otras cargaselctricas originando as las fuerzas que nosotros percibimos.

La utilizamos a diario para hacer funcionar nuestras herramientas, desde artculos detocador hasta complicadas herramientas laborales. Necesitamos de la electricidad hasta talpunto que no concebimos una vida sin ella, se utiliza para el diseo de todos los motores ygeneradores, y electroimanes.

La electroesttica en la electricidad esttica posee muchas aplicaciones entre las ms

comunes e importantes de la electrosttica, son los aparatos elctricos, como sontelevisiones, computadoras, hornos de microondas, telfonos celulares, etctera.

Estos aparatos nos han dado grandes ventajas, ahorran tiempo, trabajo o simplemente nosentretienen o facilitan la vida.

3. Montaje, procedimiento y toma de Datos

Figura 1 Electroscopio. Foto tomada de internet.

El electroscopio es un instrumento que permite determinar la presencia de cargas elctricas.


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Figura 2 Montaje.

Foto tomada en el lab. de la universidad central

Para realizar este laboratorio vamos a requerir los siguientes materiales:

Trozo de Piel de Conejo

Trozo de Ceda

Barra de Vidrio

Barra de Metal

Barra de Plstico

Electroscopio

Soportes

El trozo de piel de conejo y la seda se utilizaran para frotar las barras de vidrio,plstico, y metal. El electroscopio se usa para medir si existen cargas elctricas enlas barras.

Con estos materiales vamos a realizar los siguientes montajes:

4. PRACTICAS

4.1Carga por Friccin:

4.1.1 Frote la barra de plstico con piel de gato y acrquela a pequeos trozos de papel.Observe y describa el fenmeno presentado. Utilice tambin paos y seda parafrotar la barra de plstico. Haga un anlisis de la intensidad del efecto con relacin ala cantidad de frotacin y a la separacin entre la barra y los trozos de papel.


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4.1.2 Repita lo anterior utilizando barras de metal y vidrio. Observe y describa el

fenmeno presentado. Existen diferencias en el comportamiento del plstico y elmetal? a qu se debe?

4.1.3

Frote la barra de plstico y deje que algunos trozos de papel se adhieran a ella.Toque la barra de plstico con la mano en la regin donde se encuentran los papeles.Como se explica lo sucedido?

4.1.4

Despus de frotar la barra de plstico con piel de gato, colquela sobre el soporteaislante. Enseguida acerque otra barra de plstico igualmente frotada por el lado quefroto la primera barra, qu sucede? Ahora acrquela por el lado no frotado de laprimera barra, qu sucede? Explique.

4.1.5

Repita el procedimiento anterior, pero utilizando dos barras de vidrio y luego dosbarras metlicas. Qu sucede? Explique.

4.1.6

Describa y lleve a la prctica un procedimiento que demuestre que solo existen dostipos de carga elctrica.

4.2Carga por induccin

4.2.1 Frote la barra de plstico y acrquela al electroscopio. Observe el comportamientode la aguja. Por qu se deflacta cuando se acerca la barra de plstico? Qu ocurre

si se acerca y aleja la barra cargada al electroscopio? Explique. Repita elprocedimiento anterior con la barra de vidrio. Qu diferencias existen entre estoscasos?

4.2.2 Con la barra de plstico, cargue por induccin el electroscopio. Retire primero lamano del electroscopio. Observe el comportamiento de este. Ahora retire primero labarra. Explique lo sucedido. Qu tipo de carga adquiere el electroscopio? Hacer undibujo que indique el proceso total de carga.

4.2.3 Lleve a cabo de nuevo lo indicado en el literal anterior, pero con una barra devidrio.

4.3Carga por contacto:

4.3.1 Frote la barra de plstico y toque con ella la cabeza metlica del electroscopio. Hagalo misino con la barra de vidrio. Explique, en forma grfica, el proceso de carga delelectroscopio con la barra de vidrio cargada y luego con la de plstico. Cmo


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podra averiguar el tipo de carga de cualquier otro tipo de material que no sea vidrioni plstico?

4.3.2

Cargue por cualquier mtodo el electroscopio. Toque el electroscopio con unmaterial plstico o de madera, tambin se puede hacer con las barras de plstico y

vidrio descargadas, anote sus observaciones y explique. Repita el proceso indicadopero utilizando un objeto metlico.

Tratamiento de Datos, Grficas y Anlisis de Resultados

Foto tomada de internet

Carga por Friccin.

Al frotar la barra de plstico con piel de conejo y acrquela a pequeos trozos de

papel, se observ que esta al adquirir una carga que atrae en proporcionespequeas a los papeles.

Al Utilizar la seda para frotar la barra de plstico, su atraccin es mayor encomparacin con la piel de conejo. A mayor tiempo de frotacin, era mayor laatraccin de la barra de plstico sobre los papeles.


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Al repetir lo anterior pero utilizando la barra de vidrio, no se observ ningncambio, este no atraa ni apartaba los papelitos.

Con la barra de metal, se observ que al pasar la por encima separaba muylevemente los papeles. Pero este se repiti tomando la barra de metal no

directamente con la mano sino colocndole la seda como aislante ya que el cuerpohumano acta como polo a tierras lo que hace descargar la barra de metal, y sepudo observar que se movieron un poco ms.

La barra metlica sostenida con la mano y frotada con una piel de conejo no secarga. Pero, s es posible cargarla cuando al frotarla se usa para sostener un mangode vidrio o de plstico y el metal no se toca con las manos al frotarlo. Laexplicacin es que las cargas pueden moverse libremente entre el metal y el cuerpohumano, lo que las ira descargando en cuanto se produjeran, mientras que el vidrio

y el plstico no permiten la circulacin de cargas porque aslan elctricamente labarra metlica del cuerpo humano.

Al Frotar la barra de plstico y dejarle algunos trozos de papel se adhieran a ella ytocando la barra de plstico con la mano los papelitos se desprenden muylentamente.

Despus de frotar la barra de plstico con piel de conejo, y colocandola sobre elsoporte aislante, se acercan las barras de plstico frotadas por el mismo que se frotola primera barra, estas inicialmente generan puentes o conexiones con los pelos que

se encuentran adheridos a cada una de ellas. Al repetir nuevamente elprocedimiento pero tomando la barra con la seda se cargan las barras y secolocan en los soportes y se ve que se atraen una a la otra. Al colocar una por ellado cargado y la otra sin cargar, no se ve ningn cambio.

Al repetir el procedimiento con la barra de vidrio no pudimos observar ningncambio.

Al repetir el procedimiento con la barra de metal no pudimos observar ningncambio.


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TABLA REPRESENTATIVA

Material

(objeto)

Material de

friccinFenmeno

Barra plsticaSeda AtraccinPiel Atraccin

Barra metlicaSeda

No hayfenmeno

PielNo hay

fenmeno

Barra de vidrioSeda

No hayfenmeno

PielNo hay

fenmenoTabla 1 resultados.

Se genera un exceso de carga elctrica en diferentes materiales, para ellos empleamos elmtodo de carga por friccin para comprobar la energa magntica que acta a distancia.

Carga Por Induccin

Foto tomada de internet

Al Frotar la barra de plstico y al acercarla al electroscopio, se observa que elcomportamiento de la aguja se deflacta o se separa poco a poco como lasmanecillas de un reloj, esto se da porque se da un traspaso de electrones de labarra cargada al electroscopio que se encuentra con una carga neutra. Al alejarla

y acercarla la aguja sigue en su puesto y si se carga nuevamente la barra deplstico, esta se va moviendo ms hacia la derecha.

Con la barra de vidrio se puede observar el mismo fenmeno pero con unaintensidad mnima. La aguja no logra desplazarse mucho. Al frotar la barra estaqueda cargada negativamente y al acercarla al electroscopio las cargas en l estn


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desorganizadas porque es un conductor, entonces cuando se acerca la barra, estas seorganizan y como la barra del electroscopio estn neutra esta se deflacta.

Cuando se tiene en la mano y se acerca la barra no se mueve casi debido a quenosotros funcionamos como polo a tierra absorbiendo esta carga y cuando retiramos

la mano la barra del electroscopio se mueve ya que queda cargada.

Figura 3. Barra de plstico acercada a Electroscopio.

Foto tomada en el laboratorio universidad central

Carga Por Contacto

Cuando carga la barra de plstico la barrita se deflacta y luego acercamos la barrade metal, la barrita empieza acercarse porque se descarga.

Suponindose que la barra conductora de energa est cargada negativamente,acercndose a la aguja del electroscopio los electrones de conduccin que seencuentran en la superficie de la barra se trasladan hacia el lado ms lejano de esta,teniendo como resultado el lado lejano de la barra se carga negativamente y el

cercano positivamente. La aguja del electroscopio acercada a la barra gira debido ala fuerza de atraccin entre el lado cercano de ella y la barra es mayor que larepulsin entre el lado lejano y la barra.


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Figura 4. Barra de plstico en contacto con el Electroscopio.

Foto tomada en el lab. de la universidad central

5. Cuestionario

5.1 Si usted carga un peine de bolsillo, al frotarlo con una bufanda de seda, puededeterminar si el peine se carga positiva o negativamente?

R/. Teniendo un electroscopio cargado positivamente, en el cual las puntas se encuentranseparadas ya que poseen la misma carga, si al acercar el peine las puntas del electroscopiose cierran a medida que lo acercamos nos indicara que este se encuentra cargadonegativamente, igualmente para determinar si el objeto est cargado positivamenterealizaramos el mismo procedimiento con un electroscopio cargado negativamente enbsqueda del mismo resultado.

5.2 Por qu razn un disco fonogrfico atrae polvo exactamente despus de que se hafrotado para limpiarlo?

R/. El disco fonogrfico es de plstico, y al ser frotado ste toma electrones del pao, el

cual adquiere un exceso de electrones, cargndose negativamente, atrayendo las partculasde polvo que en ese momento se encuentren cargadas positivamente.

5.3 Por qu los camiones que transportan fluidos inflamables arrastran una cadena por elsuelo?


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R/. Estos camiones por lo general viajan por carreteras a gran velocidad. Es as como elviento al que se enfrenta el camin le concede electrones a este, por el roce. Se dice que elcamin queda cargado electrostticamente, puesto que esta energa est concentrada en unmismo lugar, que es el camin. Si cualquier objeto se acerca o toca al camin "elctrico"quita estos electrones, lo cual puede estar acompaado por una pequea chispa, lo que

puede ocasionar la inflamacin de la gasolina y provocar un accidente. Por esta razn, lacadena sirve como "cable a tierra" porque la corriente electrosttica del camin prefiere irsepor un mejor conductor (la cadena) y llega al suelo evitando as que quede en el camin.

5.4Puede inducirse carga en un aislador del mismo modo que un conductor?

R/. Solo se pueden cargar por induccin los materiales que tienen electrones libres dentrode su masa, es solo el caso de los materiales buenos conductores, por ejemplo los metales.Los aislantes o dielctricos no se pueden cargar porque no cuentan con electrones libres.

En resumen: las cargas por induccin o por contacto se pueden realizar solo con materialesbuenos conductores porque para cargarse necesitan experimentar una transferencia deelectrones.

5.5 Una barra cargada atrae partculas de polvo de corcho seco que, despus de tocar labarra, frecuentemente se separa de ella con violencia. Explicar este comportamiento.

R/. Primero se atraen las partculas de polvo porque existe una fuerza de atraccin entrestas partculas y la varilla cargada pero las partculas de polvo al tener contacto con lavarilla son cargadas con carga del mismo signo y es por eso que se alejan.

5.6 Al caminar con rapidez sobre una alfombra, con frecuencia se experimenta unchispazo al tocar la manija de una puerta. Cul es la causa de esto?

R/. (a) Porqu al pasar por la alfombra nos cargamos por frotamiento.(b) Se puede evitar mojndonos ya que la humedad afecta la generacin de cargaelectrosttica.

5.7Usted tiene una varilla de plstico y un pedazo de piel, llega al laboratorio y encuentraun electroscopio que mantiene deflectada su aguja. Cmo hara si nicamente tiene elpeine?

R/.

5.8Usted frota una varilla de plstico con una piel y mediante el electroscopio compruebaque tiene carga. Despus de transcurridos unos minutos, acerca de nuevo la varilla al


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electroscopio y comprueba que ya no tiene carga, de acuerdo con esto, se cumple la ley deconservacin de la carga? Explique

R/. La ley de la conservacin de la energa afirma que la cantidad total de energa encualquier sistema fsico aislado (sin interaccin con ningn otro sistema) permanece

invariable con el tiempo, aunque dicha energa puede transformarse en otra forma deenerga. En resumen, la ley de la conservacin de la energa afirma que la energa no puedecrearse ni destruirse, slo se puede cambiar de una forma a otra, por ejemplo, cuando laenerga elctrica se transforma en energa calorfica en un calefactor.

5.9Cuando usted acerca la varilla cargada a un electroscopio cargado positivamente, lashojas se cierran. Cul es la carga de la varilla? Haga un diagrama de los movimientos decargas presentes en el electroscopio.

R/.


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CONCLUSIONES

Las cargas elctricas no son engendradas ni creadas, sino que en el proceso deadquirir cargas elctricas unas ceden y otras ganan electrones de modo que hay una

equivalencia en transferencia de electrones.

Al frotar dos cuerpos elctricamente neutros (nmero de electrones = nmero deprotones), ambos se cargan, uno con carga positiva, el otro con carga negativa. Si sefrota una barra de vidrio con un pao de seda, hay un traspaso de electrones delvidrio a la seda. Si se frota un lpiz de pasta con un pao de lana, hay un traspaso deelectrones del pao.

Se comprueba experimentalmente que los cuerpos con cargas elctricas de igualespecie se repelen mientras que los tiene cargas de distinto signo se atraen.

En todo cuerpo conductor, las cargas se distribuyen superficialmente buscando lasZonas de mayor convexidad. En este caso la distribucin de las cargas es uniforme.

Los fenmenos de electrizacin son por frotamiento, por contacto y por induccin,los cuales alteran el equilibrio de cargas elctricas que se encuentran en los cuerpos.

Los Materiales como la seda se cargan de una forma negativa.

La fuerza de atraccin entre cargas depende tambin del radio de las esferas.

La electricidad esttica es quiz la forma de electricidad ms antigua conocida porel hombre.

El electroscopio al quedarse cargado (al poner el dedo en la esfera, luego sacar lavarilla y retirar el dedo) se quedar cargado indefinidamente. Solo se descargardependiendo de las caractersticas del medio ambiente. Un medio Seco, le permitirconservar su carga, mientras que un medio hmedo lograr descargarlo en algntiempo.

Se comprob a travs de una serie de procedimientos o experimentos el atributo decarga elctrica en un cuerpo, atreves del uso de diferentes materiales (seda, pielde conejo, barras de plstico, vidrio, metal.) y mtodos (induccin, frotacin y porcontacto). Se pudo determinar gracias a la observacin de estos fenmenos quecada uno de estos materiales en un estado inicial y en uno final posee una cargaespecfica dependiendo de la naturaleza de su material y la friccin ejercida. De


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igual forma se verific la existencia de dos tipos de cargas unas positivas y otrasnegativas, simplemente relacionadas al efecto de atraccin o repulsin de dichosmateriales, luego de cargarlos elctricamente y en esta medida demostrar queejercen la misma fuerza elctrica uno sobre otro.

BIBLIOGRAFA


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Recursos Web:

http://www.fisica.uson.mx/manuales/mecyfluidos/mecyflu-lab04.pdf

http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/rvillar/Biologia/01_Caida_Libre.pdf

http://recursos.educarex.es/escuela2.0/Ciencias/Fisica_Quimica/

Laboratorios_Virtuales_de_Fisica/Movimiento_de_Caida_Libre/

Textos Consultados:

Fsica Conceptual, G. Hewitt, Paul. . Mxico, Addison Wesley, 3 ed., 1999.

Fsica 1, H. Prez Montiel. Publicaciones Cultural. Mxico 1996.

Gua de Laboratorio de Fsica A, Escuela Superior Politcnica del Litoral, ICF,2005.

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Feynman R., Leighton, R. & Sands M, (1998). Fsica. Mxico: Addison-WesleyLongman.

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