Fuerza electrica y campo electrico

1. Presentación

La electrostática es la rama de la física eléctrica que se encarga del estudio de las cargas eléctricas en reposo presente en una gran variedad de materiales. Los primeros científicos demostraron que en la naturaleza existen dos tipos de cargas y que éstas pueden hacerse evidentes mediante diversos métodos que propician su acción de atracción o repulsión dependiendo de si el material pertenecía a la familia del ámbar o del vidrio.

1. Objetivos de la práctica

1. Objetivo general

Realizar un estudio experimental de los principios fundamentales de la electrostática.

1. Objetivos específicos

• Demostrar la existencia de dos (2) clases de carga eléctrica.
• Comprobar el proceso de electrización de un cuerpo por inducción, por fricción y por contacto.
• Comprobar las propiedades eléctricas de los materiales aislantes, conductores y semiconductores.
• Emplear la ley de Coulomb para la resolución de problemas en los que intervienen cargas eléctricas en reposo.

1. Marco Teórico

En este apartado de la guía el estudiante encontrará las lecturas relacionadas con los conceptos y las teorías concernientes a la temática de la práctica a desarrollar en la guía de laboratorio. Está constituido por preguntas orientadoras que le permitirán al estudiante construir el marco teórico de esta práctica. Asimismo, se relacionan lecturas sugeridas a través de enlaces.

Los estudiantes deben desarrollar este ítem antes de realizar la práctica de laboratorio, toda vez que hace parte del proceso de evaluación de la misma. Antes de iniciar la práctica el docente, de manera aleatoria, indagará en los grupos de trabajo por las respuestas a las preguntas orientadoras de acuerdo a las lecturas sugeridas.

1. Preguntas Orientadoras

Las interacciones del electromagnetismo implican partículas que tienen una propiedad llamada carga eléctrica, es decir, un atributo que es tan fundamental como la masa. De la misma forma que los objetos con masa son acelerados por las fuerzas gravitatorias, los objetos cargados eléctricamente también se ven acelerados por las fuerzas eléctricas. La descarga eléctrica inesperada que usted siente cuando de frota sus zapatos contra una alfombra, y luego toca una perilla metálica, se debe a partículas cargadas que saltan de su dedo a la perilla. (Sears, Zemansky, 2009. P.709)

Teniendo en cuenta lo anterior, para comprender mejor esta teoría y para interpretar los resultados de esta práctica de laboratorio, es muy importante que le des respuesta a los siguientes tópicos.

Indague sobre la electrostática.

1. Cuáles son los tipos de cargas presentes en la naturaleza. Explique
2. ¿Cuántas formas de cargar un cuerpo eléctricamente existen?
3. Describa la clasificación de los materiales de acuerdo a las propiedades eléctricas.
4. Explique las formas en las que se pueden cargar los cuerpos eléctricamente.
5. Describa con sus palabras la teoría relacionada con la fuerza eléctrica, ley de Coulomb

1. Lecturas Sugeridas

Leer el capítulo 21” CARGA ELÉCTRICA Y CAMPO ELÉCTRICO” del texto Física Universitaria con Física Moderna. Volumen 2.

1. Metodología

1. Materiales, equipos y/ o reactivos

1. Procedimiento

1. Experiencia 1: Carga eléctrica y electrización de los cuerpos

• En este aparte se pretende demostrar la existencia de dos tipos de carga en la naturaleza: carga positiva y negativa, la cual están representada en las barras de vidrio y plástico respectivamente.
• Corte una tira de plástico y colóquela sobre el soporte universal tal como se observa en el video: http://www.youtube.com/watch?v=nq2_ZMnybpU

• Frote con un paño de seda, en una sola dirección, la tira de plástico y cuélguela en el soporte universal. Luego, tome una barra de plástico y frótela con el mismo paño de seda por unos segundos. Acerque la barra de plástico a la tira de plástico colgada en el soporte y observe el comportamiento de ésta última. ¿Qué observa al respecto?

• Ahora tome el paño de lana (o de piel) y frote la barra de plástico. Acérquela a la tira de plástico colgada en el soporte y observe lo que sucede. Anote sus impresiones

• Tome la barra de vidrio y frótela con el mismo paño de seda y acérquela a la tira de plástico colgada en el soporte. ¿Qué observa en este caso?

• A continuación, frote la barra de vidrio con el paño de lana y acérquela a la tira de plástico. ¿Qué observa?

• Realice el mismo procedimiento con la barra metálica y anote el comportamiento generado por ella en la tira de plástico colgada en el soporte universal.

• ¿Puede decirse que en verdad observó la existencia y el comportamiento de los tipos de cargas establecidas por Benjamín Franklin? Anote sus impresiones.

1. Experiencia No.2: Carga eléctrica y electrización de los cuerpos II

• En esta sección corte con la tijera (o con una perforadora) trocitos de papel aluminio, de papel blanco y pídale a un compañero(a) que le colabore con las hebras de cabello largo. Colóquelas sobre la mesa de laboratorio en una hoja de papel blanco para que pueda visualizar el proceso de acción de las cargas en reposo.
• Frote el peine con el paño de seda y acérquelo rápido a los trocitos de papel aluminio en primera instancia. ¿Qué observa?

• Frote nuevamente el peine con el paño de seda y acérquelo a los trocitos de papel blanco. Anote sus observaciones.
• Frote otra vez el peine con el paño de seda y acérquelo a las hebras de cabello largo. ¿Qué observa en esta ocasión?
• ¿Los trocitos de papel aluminio y de papel blanco tienen el mismo tipo de carga? ¿Qué sucede cuando compara la carga de cada uno de estos tipos de papel con la carga presente en las hebras de cabello? ¿Son iguales o son diferentes? ¿Qué tipo de carga tendrán cada uno de los elementos empleados en esta parte de la experiencia; trocitos de papel aluminio, trocitos de papel blanco, las hebras de cabello largo y el peine?
• Realice ahora los mismos pasos anteriores, pero en esta oportunidad frote el peine con el paño de lana (o de piel) y anote lo observado.
• Realice los mismos pasos anteriores, pero, ahora emplee un globo. Frótelo con el paño de seda y acérquelo a: las tiras de plástico colgadas en el soporte universal, los trocitos de papel y las hebras de cabello largo. Anote sus observaciones.
• Termine la experiencia 2 frotando el globo con el paño de lana (o de piel) y repita las maniobras del paso anterior. Anote sus observaciones.
• En todo caso explique cuál es el fundamento por el que se dan todos estos fenómenos.

1. Experiencia No.3: Fuerza eléctrica - La ley de Coulomb

• En el soporte universal sujete dos globos, inflados término medio, con hilo nylon a una distancia de 20cm uno del otro.
• Frote ambos globos con el paño de seda. Una vez hecho esto, vaya acercándolos de tal manera que se observe una fuerza de atracción o de repulsión entre ellos. Anote la distancia a partir de la cual empieza a presentarse dicho fenómeno y la distancia en la que se hace más visible la acción de atracción o de repulsión.
• ¿Qué pasaría si usted infla un globo más que otro, los frota con un paño de piel y los coloca a la misma distancia de los procedimientos anteriores? ¿Qué estaría comprobando en la ecuación de la ley de Coulomb? Explique con fundamentos.
• ¿Cree usted que sí se cumple la ecuación establecida para la ley de Coulomb en el cual la distancia tiene una relación inversamente proporcional sobre la magnitud de la fuerza eléctrica?

1. Precauciones o riesgos de la práctica

El estudiante debe cumplir con todas las normas requeridas para la realización de Buenas Prácticas de Laboratorio (BPL) relacionadas con la puntualidad de su llegada y la teneduría de la guía de la práctica, el porte de zapatos cerrados, ropa adecuada y bata blanca para su ingreso, permanencia y movilidad dentro del espacio de la sala de laboratorio.

No se deben realizar maniobras que pongan en peligro la integridad del estudiante, y del laboratorio en general, al emplear insumos, materiales o montajes que requieran la utilización de la energía de las fuentes de voltaje sin el consentimiento del docente o tutor.

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