Determinacion de y caracterizacion de eventos fisicos

Determinación y caracterización de eventos físicos para evidenciar el fenómeno de electrizacion

Determination and characterization of physical events to demonstrate the phenomenon of electrification

Fecha práctica 03 de Agosto 2016; Fecha entrega de informe 08 de Agosto 2016

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Abstract

El objetivo general de esta práctica es determinar y caracterizar los eventos físicos que evidencian el fenómeno de electrización, se busca identificar la carga de diferentes materiales a partir del método de fricción de los materiales entre sí, se utilizan el balancín, el electroscopio y el Generador de Van Der Graff para la identificación de los fenómenos de repulsión y atracción de los materiales según su composición, determinando así la distribución de la carga sobre la superficie del material, intentado idealizar una explicación física al porqué de estos fenómenos.  

Palabras claves: Electrización, Fuerza Electrostática

© 2016 Revista Colombiana de Física. Todos los derechos reservados. Formato ajustado con fin pedagógico.

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1. Introducción

El propósito de esta experiencia es mostrar experimental que los cuerpos se pueden cargar mediante la fricción de materiales, determinando dicha carga a partir de diferentes procedimientos para la identificación de la magnitud de la misma, la intención es demostrar que  con el frotamiento se reconocen algunos tipos de materiales los cuales poseen cargas eléctricas de diferentes signos, realizando un inventario de elementos A y B  que permitan encontrar fenómenos eléctricos como la repulsión y la atracción. Se utilizan elementos con los cuales la identificación de estos fenómenos se aún más fácil de detectar por ello se utilizan un balancín para colocar una de las varillas cargadas y experimentar un fenómeno, el electroscopio donde se puede determinar la magnitud de la fuerza de las cargas que se le acercan y el Generador de Van der Graff donde nos permite acercar ciertos materiales a una esfera hueca de alta cantidad de energía, identificando así fenómenos de atracción y repulsión.

Se desea identificar la naturalidad de ciertos materiales previamente cargados, por tanto se tiene desconocimiento de la reacción que se obtiene cuando se frotan o se acercan materiales a otros cuerpos, se quiere conocer si existe atracción o repulsión, y hacer una caracterización sobre los fenómenos que pueden llegar a propinarse entre materiales aislantes y conductores. Por tanto se pretende:

A partir de esto se plantean algunos objetivos específicos que se pretenden lograr con esta práctica: Cargar un cuerpo mediante la fricción de materiales. Comparar la adquisición de carga en los diferentes materiales para identificar materiales con propiedades conductivas, semiconductivas y aislantes. Deducir la existencia de 2 tipos de carga (positiva y Negativa). Aprender a manipular los elementos usados en la experimentación como lo son el electroscopio y el Generador de Van der Graff. Interpretar los desplazamientos que se pueden llegar a presentar en la interacción de los materiales.

A continuación se encuentra la base teórica que soporta el desarrollo del laboratorio, enseguida los aspectos experimentales (Procedimiento, material (equipo)), al instante están los resultados obtenidos junto al análisis de éstos y finalmente las conclusiones que arrojan la práctica.

1. Marco teórico

-Carga Eléctrica

Es algo inherente a la materia e inseparable de ella. Dondequiera que exista materia existe carga eléctrica. Sin embargo, no toda la materia manifiesta fenómenos de tipo eléctrico. La materia que nos rodea está formada por átomos que constan, a su vez, de protones, neutrones y electrones. Los protones y electrones tienen una propiedad que se conoce con el nombre de carga eléctrica.

Esta carga eléctrica puede ser de dos tipos:

- Los protones tienen carga eléctrica positiva.

- Los electrones tienen carga eléctrica negativa.

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Figura 1. Representacion Grafica “Cargas Electricas”

Normalmente, los átomos de los cuerpos tienen tantos protones como electrones, por lo que tendrán tantas cargas eléctricas positivas como negativas. Esto hace que sean neutros. Pero los átomos pueden ganar o perder electrones y convertirse en iones. De esta forma, los cuerpos neutros pueden adquirir una carga eléctrica. Cuando los átomos ganan electrones, el cuerpo adquiere carga eléctrica negativa.

Cuando los átomos pierden electrones, entonces el cuerpo adquiere carga eléctrica positiva. Un cuerpo electrizado está cargado positiva o negativamente porque ha perdido o ganado electrones. Por consiguiente, la carga eléctrica es una magnitud física medible y cuantificable. La cantidad de electricidad «neta» de un cuerpo será igual a un número entero de veces la carga del electrón.[1]

-Fuerza Eléctrica

Es aquella que se presenta entre dos o más cargas, cuyo módulo depende del valor de las cargas y de la distancia que las separa, mientras que su signo depende del signo de cada carga. Las cargas del mismo signo se repelen entre sí, mientras que las de distinto signo se atraen.

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Figura 2. Representacion Grafica de “Fuerza Electrica”

-Electrizacion

Se denomina electrización al efecto de ganar o perder cargas eléctricas, normalmente electrones, producido por un cuerpo eléctricamente neutro.

Existen tres formas de electrizar un cuerpo: electrización por frotamiento, contacto e inducción.1 En estos procedimientos siempre está presente el principio de conservación de la carga y la regla fundamental de la electrostática.

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Figura 3. Respresentacion Grafica “Electrizacion”

-Campo Eléctrico

Es aquel donde existe una fuerza que actúa a distancia, lo que no fue fácil de aceptar para los pensadores antiguos. La idea de campo se extiende de toda carga hacia fuera e invade todo el espacio. Cuando se coloca una segunda carga cerca de la primera, "siente" una fuerza debido a que el campo eléctrico está allí. Se considera que el campo eléctrico en el lugar de la segunda carga interactúa directamente con esa carga para producir la fuerza.

Se puede medir y cuantificar el campo eléctrico que rodea una carga, un grupo de cargas o una distribución continua de cargas midiendo la fuerza sobre una carga de prueba positiva y pequeña. Por carga de prueba debe entenderse una carga positiva tan pequeña que no altere la distribución de las demás cargas, que son las que provocan el campo que se está midiendo.

1. Metodología

Inicialmente teníamos 3 procedimientos distintos de los cuales se hicieron diferentes montajes, y se hicieron técnicas distintas para la realización de los objectivos planteados.

-Montaje

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Imagen 4. Montaje balancín y Varilla Plastica

Dentro del kit de electrostática encontramos un balancín el cual se uso como base para calocar las varillas en lasque iban a ser probadas las cargas.

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Imagen 5. Electroscopio y Sus Acomples

El electroscopio cuenta con tres mecanismos distintos para el contacto con los otros elementos. Durante la práctica se usaron con el fin de obtener un mejor roce.

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Imagen 6. Generador de Van der Graff

El generador de Van der Graff se utilizo para reconer los fenómenos que podían efectuarse cuando se acercaban distintos materiales.

-Procedimiento

En los procedimientos del balancín y el elesctrocopio se utilizaron las varillas de vidrio, acrílico, metal y acrílico transparente, los cuales fueron frotados con Seda, Paño, Piel de Conejo y Cabello.

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Imagen 7. Materiales usados en la Experimentacion

Balancin

1. En el balancín se utilizo incialmente una varilla de plastico como base para realizar la experimentación.
2. Luego las varillas de vidrio, acrílico y metal se fueron frotando con la seda y los otros materiales.
3. Luego del frotamiento por unos cuantos minutos se acercaba el acrílico a la varilla que teníamos como base y observavamos que sucedia, asi se realizo sucesivamente el experimento con las otras varillas.

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Imagen 8. Desarrollo Experimento con el Balancin

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