CUESTIONARIO PREVIO.

1. Defina los siguientes conceptos: carga eléctrica y ley de la conservación de la cargaeléctrica.Carga eléctrica: A instancias de la Física la carga eléctrica resulta ser una propiedad intrínseca que presentan algunas partículas subatómicas la cual se manifestará a través de atracciones y repulsiones que determinarán las interacciones electromagnéticas entre ellas, siendo las mismas cargas positivas y cargas negativas.Conservacion de carga eléctrica: Establece que no hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva

2. La unidad de carga es el Coulomb. ¿A cuántos electrones equivale?1 COULOMB EQUIVALE A 6.25×1018 Electrones.

3. Los tres procedimientos para cargar un cuerpo eléctricamente son: frotamiento,inducción y contacto. ¿En qué consiste cada procedimiento?FROTAMIENTO: Al frotar 2 cuerpos eléctricamente neutros, ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa.INDUCCION: Es el método de carga en el que se usa un dispositivo llamado electroscopio, el que esta destinado a poner manifiesto la presencia de cargas eléctricas en los cuerpos.CONTACTO: Se puede cargar un cuerpo con solo tocarlo con otro previamente cargado, en este caso ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir si se toca un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero también

4. Charles Augustin Coulomb estableció la ley que cuantifica las fuerzaselectrostáticas. Enuncie brevemente en qué consiste su experimento, establezca suecuación e identifique cada término en ella.La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas 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. La constante de proporcionalidad depende de la constante eléctrica del medio en el que se encuentran las cargas. Donde: K= es constante 9×109D= distanciaQ1 y Q2= Cargas eléctricas

5. Mencione el principio de funcionamiento de:El generador de Van de Graaff es una máquina electrostática que utiliza una cinta móvil para acumular grandes cantidad de carga eléctrica en el interior de una esfera metálica hueca. El generador de Van de Graff produce la electricidad estática es la reunión de electrones en reposo que se transfieren al cuerpo que entre

a. Un generador Van de Graaff de efecto corona.Es un generador de corriente constante, mientras que la batería es un generador de voltaje constante, lo que cambia es la intensidad dependiendo de los aparatos que se conectan. El generador de van de graaff es muy simple consta de un motor, dos poleas una correa una cinta, dos peines o terminales hechos de finos hilos de cobre y una esfera hueca donde se acumula la carga transportada por la cinta.

6. Defina el concepto de intensidad de campo eléctrico y establezca la expresiónmatemática debido a una carga puntual aisladaRepresenta la cuantificación o magnitud del campo eléctrico y se define como la fuerza que experimenta una carga eléctrica de prueba positiva (q) colocada en un punto dentro del campo eléctrico, la intensidad del campo eléctrico se representa por la ecuaciónF= es la fuerza expresada en Newton (N) para el sistema MKSq= es la carga eléctrica expresada en Coulomb E= Intensidad del campo eléctrico

7. Enuncie las características de las líneas de fuerza que representan un campoeléctrico y dibuje las líneas de campo eléctrico debido a tres formas geométricasdiferentes de cuerpos cargados uniformemente.Es la curva cuya tangente proporciona la dirección del campo en ese punto. Como resultado, también es perpendicular a las líneas equipotenciales en la dirección convencional de mayor a menor potencial. Suponen una forma útil de esquematizar gráficamente un campo, aunque son imaginarias y no tienen presencia física.

8. Se afirma que en el interior de un material conductor cargado el campo eléctrico escero. Dé una explicación al respecto.Porqué los campos eléctricos debido a los dos planos se suman en la región entre ambos, dando como resultado un campo uniforme de magnitud y en que en las demás regiones se cancela para dar un campo cero.

CONDUCTOR CARGADOSi el material conductor está en equilibrio, es decir, en equilibrio eléctrico, (no mecánico), lo cual significa que no hay movimiento de cargas en su interior, el campo es nulo. dentro del conductor.La carga se encuentra en su superficie y las líneas de fuerza son normales (perpendiculares) a la superficie, alejándose de ella, la si la carga es positiva, o dirigidas hacia ella si la carga es negativa.

El campo en cada punto de la superficie esE = σ / ε₀siendo σ la densidad superficial de carga en cada punto. Todo ello se deduce aplicando el teorema de Gauss.

CONDUCTOR DESCARGADOEl campo es nulo tanto dentro como fuera del conductor. Recuérdese que hemos supuesto que no hay ningún otro conductor presente

9. Defina el concepto de potencial eléctrico (voltaje) en función del campo eléctrico yestablezca su ecuación.El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar un campo electrostático para mover una carga positiva q desde el punto de referencia, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica.

10. La distribución del potencial eléctrico en un campo eléctrico puede representarsegráficamente por superficies equipotenciales. Describa las características de unasuperficie equipotencial y dibuje tres ejemplos.Una superficie equipotencial es el lugar geométrico de los puntos de un campo escalar en los cuales el "potencial de campo" o valor numérico de la función que representa el campo, es constante. Las superficies equipotenciales pueden calcularse empleando la ecuación de Poisson.El caso más sencillo puede ser el de un campo gravitatorio en el que hay una masa puntual: las superficies equipotenciales son esferas concéntricas alrededor de dicho punto. El trabajo realizado por esa masa siendo el potencial constante, será pues, por definición, cero.Cuando el campo potencial se restringe a un plano, la intersección de las superficies equipotenciales con dicho plano se llaman líneas equipotenciales

11. Si se conoce la función de potencial eléctrico en cierta región del espacio; defina laecuación que permite calcular el campo eléctrico en esa región (Gradiente depotencial eléctrico). Dar su respuesta en coordenadas cartesianas.El gradiente de potencial eléctrico se define como, El cociente resultante de dividir la variación de potencial eléctrico de un punto A menos el potencial de un punto B entre la variación de la distancia de los puntos hacia la carga, y se puede representar matemáticamente por.

La variación de potencial se puede observar entre dos superficies equipotenciales en donde se ve también la variación en distancia. Al determinar la diferencia de potencial eléctrico entre dos placas cargadas negativa y positivamente, se encuentra que la diferencia del gradiente de potencial (GP) es igual a la intensidad de campo eléctrico. Debido a que el potencial eléctrico entre las placas esta determinado en función del producto de la intensidad de campo eléctrico la distancia de separación entre las placas por:Pero GP=Ed y r=d, y substituyendo variables en la ecuación anterior se obtiene.

OBJETIVOS.

I. Demostrar experimentalmente la forma de cargar y descargar un cuerpo eléctricamente.

II. Describir el funcionamiento del electroscopio de láminas y del generador Van de Graaff.

III. Describir la configuración de campo eléctrico debido a diferentes formas geométricas de cuerpos cargados eléctricamente.

IV. Determinar las superficies equipotenciales debidas a un campo eléctrico uniforme.

V. Evaluar el campo eléctrico a partir del gradiente de potencial.

DESARROLLO:

Al inicio de esta práctica se nos dio la explicación acerca del funcionamiento del electroscopio de láminas, se nos dijo que las láminas al interior del recipiente se repelen por la carga que se le está induciendo al acercar una varilla previamente cargada por frotamiento; al momento de acercar la varilla estamos induciendo una carga negativa que se concentra en la parte superior del frasco, y el otro extremo al quedar con carga positiva se repele con la lámina que tiene a lado.

Una vez que se nos dio está explicación pasamos a la experimentación, se froto una varilla de vidrio con piel de conejo, una observación que cabe destacar, es que no es del todo necesario aislar nuestras manos con guantes de látex como indicaba el manual; una vez frotada la varilla se procedió a acercarla al electroscopio y en efecto las láminas de inmediato de separaron, mientras se mantenía cerca la varilla, las láminas permanecían en ese estado y en cuanto se alejaba las láminas regresaban a su posición normal, incluso probamos que si descargamos la varilla y de nuevo la acercamos al electroscopio este permanece inmóvil pues la carga con que queda ya no posibilita que se repita el fenómeno, comprobando así que lo dicho previamente en teoría, funcionó.

Posteriormente pasamos al generador Van de Graff, de igual forma se dio una explicación sobre su funcionamiento, de cómo es que la banda que tiene es la que transporta la carga negativa hacia la esfera que tiene en la punta de arriba, la carga que produce esta banda es distribuida sobre toda la superficie de la esfera y al momento de tocarla disipamos esa carga, una vez que tuvimos el generador en funcionamiento el profesor realizo un experimento en el cual tomo un puñado de pelos de conejo, al momento de acercarlos al generador estos comenzaron a fluir de la mano al generador, algo que se hizo ver durante esta demostración fueron las líneas de campo, pues por observación pudimos notar que no eran de forma recta algunas trayectorias pudieron apreciarse como especies de curvas, la demostración fue muy didáctica pues ayudo a comprender de mejor manera como se distribuyen estas líneas de campo.

Una vez realizada esta demostración pasamos a ver como se manifiestan cargas puntuales, además de hacer uso de unas placas que provocaron variación en nuestras líneas de campo pero ahora mostradas en un recipiente con aceite.

Primero conectamos unos cables al generador para poder realizar la siguiente actividad, una vez que probamos su adecuado funcionamiento pasamos a realizar la primera demostración y esta consistió en meter un la punta de un cable conectado al generador en una recipiente que contenía aceite, a este recipiente le agregamos unas semillas de alpiste que nos ayudó a visualizar la formación de líneas de campo alrededor de la carga puntual, que en este caso fue la punta del cable., observamos como las semillas se agruparon en una especie de líneas, pudimos constatar que se debía a la acción del cable pues al momento de retirarlo instantáneamente se deshacía estas líneas.

En las demás demostraciones ocurrió algo similar, pero ahora colocamos otros objetos que nos demostrarían otras distribuciones en el aceite, siendo así que ahora probamos con dos cargas, de igual manera primero se conectó un cable al generador y lo colocamos en el aceite al mismo tiempo que el otro cable, esta vez observamos una distribución diferente, pues en la primera la líneas se formaron sólo en torno a la punta del cable, pero esta vez pudimos ver como se generaron líneas entre las dos puntas, se podía ver como se entrelazaban las líneas entre uno y otro, ya al igual que en el experimento con el cabello de conejo y el generador, las líneas adquirían una especie de forma curva.

Una vez realizadas estás dos demostraciones pasamos a realizar las siguientes en donde ahora colocábamos unas láminas en el recipiente con aceite y obtuvimos resultados diferentes a los primeros dos, de inicio colocamos sólo una lámina en medio del recipiente, una vez hecho esto colocamos las puntas de los cables sobre la lámina, lo interesante de esta parte es que ahora las semillas de alpiste se acumulaban alrededor de la lámina y en cuanto se retiraban los cables el alpiste volvió a distribuirse por todo el aceite, repetimos la acción y de nuevo las semillas se condujeron a la lámina. Algo similar sucedió colocando otra lámina, de igual forma colocamos los cables sobre las láminas y las semillas comenzaron a tomar una formación en el aceite; un caso en particular fue cuando colocamos un cilindro dentro del aceite, pues quedaban semillas dentro y fuera de él, una vez que colocamos los cables para realizar de nuevo la experimentación notamos que las semillas que quedaron dentro del cilindro no se movieron en lo más mínimo , mientras que las ubicadas fuera del cilindro comenzaron a hacer las curiosas formaciones.

El experimento realizado con una lámina.

El experimento realizado con dos láminas.

Una vez terminado el anterior proceso, pasamos con la experimentación de superficies equipotenciales. De forma similar a la anterior utilizamos un recipiente pero ahora contenía agua y arena, en este paso colocamos laminas a los extremos del recipiente, al momento utilizamos una fuente de energía la cuál tuvimos que verificar primero para saber que funcionaba adecuadamente, una vez revisado esto preparamos un voltaje de 20 Volts, es el voltaje con que trabajamos, la prueba consistió en observa la distribución del voltaje en el recipiente, se nos hizo una pregunta referente a la distribución del voltaje, se planteó que si dicho voltaje se dividía a la mitad por lamina, el equipo contesto que sí, y de inmediato de nos hizo ver el erro, pues el voltaje no se iba a dividir puesto que estábamos trabajando con superficies equipotenciales, lo cual no indicaba que sin importar la forma en que colocáramos las láminas el voltaje iba a permanecer en 20.

Y efectivamente una vez que realizamos la medición con el voltímetro pudimos verificar que no importaba la posición de las láminas; otro suceso que cabe destacar es la distancia que hicimos recorrer los cables por el recipiente, de igual forma se planteó la idea de que el voltaje era el mismo por toda la superficie algunos afirmaron que sí pero esto resulto falso, puesto que al momento de desplazar los cables vimos en el voltímetro como el voltaje variaba, siendo este proporcional a las distancias que aplicamos, cuando colocábamos la punta del cable en la parte media del recipiente logramos ver como el voltímetro arrojo un resultado de 10 volts mientras que cuando lo alejábamos a una cuarta parte de la superficie, el aparato mostro 5 volts quedando demostrado que la distancia si influyo en cuanto al voltaje.

CUESTIONARIO:

1.- EXPLIQUE QUÉ SUCEDE CON LAS HOJAS DEL ELECTROSCOPIO EN EL INCISO B?

R= Se puede observar que se separan ligeramente una de otra debido a que se está cargando el electroscopio por contacto debido a la barra de vidrio, por ello podemos recordar que cargas iguales se repelen, y cargas distintas se separan, en este caso hablamos de lo segundo, es decir que las láminas tienen la misma carga, por ello se separan.

2.- ¿QUÉ SUCEDE CON LAS HOJAS DEL ELECTROSCOPIO EN EL INCISO C?

R= Se volvieron a abrir, pero esta vez por inducción, de igual manera las laminillas tienen las mismas cargas, y por esta razón se repelen, lo que provoca que se separen.

3.- Con respecto a los incisos b), y c) ¿Qué formas de cargar un cuerpo observo? Explique

R= Se pudo observar, la inducción, en el momento en que se acercaba la barra de vidrio al electroscopio. Contacto, al tocar directamente la barra de vidrio con el electroscopio. Y por ultimo Fricción al frotar la barra de vidrio en la piel de conejo, al estar cargando el cuerpo y al estar transfiriendo y recibiendo electrones.

4.- EN GENERAL VAN DE GRAAFF. ¿DÓNDE SE ACUMULARON LAS CARGAS?

R= En una esfera hueca donde se acumula la carga transportada por la cinta. Se basa en la carga por frotamiento. La correa de goma movida por un motor arranca cargas eléctricas de un conductor conectado a tierra y las transporta a la esfera conductora superior, donde se va acumulando la carga.

5.- DIBUJE, AUXILIANDOSE CON LINEAS DE FUERZALAS CONFIGURACIONES QUE REPRESENTAN AL CAMPO ELECTRICODEBIDO A LOS ELECTRODOS UTILIZADOS EN EL INCISO g)

6.- COMPARE SUS CONFIGURACIONES ANTERIORES CON LAS REPRESENTACIONES DE SU LIBRO DE TEXTO. ¿QUÉ CONCLUYE AL RESPECTO?

R= De acuerdo con la imagen se puede observar que fuera del cilindro se forman las líneas de fuerza, sin embargo dentro de este las semillas permanecen en su posición, no sufren ninguna alteración en su forma. Esto es porque la carga eléctrica actúa por fuera alrededor de la estructura que en este caso es un cilindro. Cabe mencionar que en cualquier punto del cilindro el voltaje va a ser el mismo.

7- Con los datos de la tabla 1.1 calcule el campo eléctrico para cada caso y concentre sus resultados en la misma.

Voltaje [V] Distancia (eje x) [m] Campo eléctrico [V/m]48

12

1620

8.- EL CAMPO ELÉCTRICO CALCULADO EN LA TABLA 1.1 ¿SE COMPORTÓ DE MANERA UNIFORME? EXPLIQUE.

R= No, ya que al aumentar la distancia para calcular el campo, se puede decir que llegara a un máximo, que en este caso, seria los 150 v/m, y después vuelve a bajar, por lo que de esta forma el campo eléctrico para las distintas medidas tomadas, por lo que podemos decir, que no se comportó desarrollo

9.- REPRESENTE EN TRES DIMENSIONES, POR MEDIO DE UN DIAGRAMA, LAS SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES CORRESPONDIENTES A LA TABLA 1.1.

10.- ¿QUÉ SUCEDE CON EL CAMPO ELÉCTRICO RESPECTO A LOS DEMÁS EJES EN EL INCISO I)?

R= Va aumentando hasta que llega a la mitad de distancia, por lo tato llega a su tope, y al final conforme se va alejando, vuelve a disminuir, por lo que se puede decir, que el campo eléctrico depende de la distancia y no del voltaje.

Conclusiones:

*En el interior de un campo eléctrico las cargas son cero o nulas por que la carga se distribuye en la superficie.

*Se pueden observar de manera gráfica las líneas de campo apoyándonos de la generador Van Der Graff o con las semillas y la carga en el aceite.

*Las laminitas en el electroscopio se separan por que recibe cargas iguales.

*Se comprueba las cargas en superficies equipotenciales

*Se observa gráficamente como cargar los cuerpos por frotación con la piel de conejo y el generador.

*El campo eléctrico en la caja de arena es proporcional a la distancia entre las cargas.