Informe práctica de Laboratorio Física II, El electroscopio

Informe práctica de Laboratorio Física II, El electroscopio.

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Introducción

Desde la antigüedad los fenómenos eléctricos han sido observados con mucho interés. El ejemplo más citado de la observación de la electricidad como fenómeno es el de la atracción que presentaba una barra de ámbar cuando se frotaba a pequeños objetos como pajitas o plumas. Hoy en día una persona aplica el mismo principio cuando disfruta de la levitación de pequeños pedazos de papel con una regla que también ha sido frotada.

Desde hace dos siglos, la teoría discontinua de la materia, que nos sugiere que la conformación de la misma con partículas elementales denominadas átomos, a su vez constituidas por partículas cargadas y neutras (electrones, protones y neutrones), ha ayudado a fundamentar los fenómenos eléctricos, como producto de la interacción de los átomos constitutivos de toda la materia, a través de los electrones. La carga surge como una propiedad inherente de la materia.

Benjamín Franklin fue el que les dio los nombres a los tipos de cargas existentes, positiva y negativa, la elección de estos nombres fue arbitraria, pero según la elección de Franklin la carga en una barra de vidrio frotado es positiva, mientras la carga en un plástico frotado es negativa; Franklin argumentó que siempre que cierta cantidad de carga se produce en un objeto, una cantidad igual del tipo opuesto de carga se produce en otro objeto. En un fenómeno en el cual la materia queda parcialmente cargada, ligado la interacción entre dos materiales con diferente electronegatividad, la carga tiene un flujo. Pero en ningún proceso se puede crear o disipar una carga neta, la carga total del universo siempre es constante. Cuando frotamos plástico con piel, los electrones migran hacia el plástico dándole una carga parcial negativa, pero dicha carga parcial tiene igual magnitud en la piel con signo contrario. De esta manera, por medio de esta práctica se va a poder determinar la existencia de cargas negativas y positivas en el medio.

Objetivos

• Observar la presencia de la fuerza entre cargas eléctricas.
• Deducir experimentalmente la existencia de los dos tipos de carga eléctrica (positiva y negativa).
• Observar la diferencia del comportamiento de materiales conductores y materiales aislantes o dieléctricos.

Marco Teórico

Carga eléctrica: La carga eléctrica es una propiedad de la materia que permite cuantificar la pérdida o ganancia de electrones.
La carga eléctrica puede clasificarse como carga eléctrica positiva (protones) y carga eléctrica negativa (electrones). Los fenómenos eléctricos se atribuyen a la separación de las cargas eléctricas del átomo y su movimiento. Por esta razón el concepto de carga eléctrica es la base para definir los fenómenos eléctricos.

Electrón: Partícula subatómicas de carga negativa.

Protón: Partícula subatómicas de carga positiva.

Conductor eléctrico: Se define un conductor eléctrico como aquel material que en el momento en el cual se pone en contacto con un cuerpo cargado eléctricamente, trasmite la electricidad a todos los puntos de su superficie. Los conductores eléctricos son elementos que contienen electrones libres en su interior por lo que facilitan el desplazamiento de las cargas en el material.

Aislante eléctrico: Es un material en el cual la carga eléctrica no se puede mover a través de él.

Electroscopio: Es un instrumento que permite determinar la presencia de cargas eléctricas y su signo.

Resultados

1. Al acercar la barra de ebonita (previamente frotada con lana) a la esfera del electroscopio, se observó que las láminas de oro del electroscopio se separaron, lo que significa que el electroscopio quedo cargado. Al retirar la barra del electroscopio, se observó que las láminas volvieron a juntarse.

1. Cuando la barra de ebonita (previamente frotada con lana) hizo contacto con la esfera del electroscopio, se observó que las láminas se separan notablemente; lo que significa que el electroscopio quedó cargado por contacto.

1. Al acercar la barra de vidrio (previamente frotada con paño) a la esfera del electroscopio se observó que las láminas se separaron. Al retirar la barra volvieron a unirse.

Cuando la barra de vidrio hizo contacto con la esfera del electroscopio se observó que las láminas se separan abruptamente y cuando se retiró estas trataron de juntarse, pero aun así siguieron separadas.

[pic 1]

1. Cuando la barra de ebonita (previamente frotada con lana) hizo contacto con la esfera del electroscopio, se observó que las láminas se separaron.

Cuando el dedo hizo contacto con la esfera (contacto a tierra) las láminas se juntaron, por ende el electroscopio quedo descargado.

[pic 2]

1. Cuando la barra de vidrio (previamente cargada con seda) hizo contacto con la esfera las láminas se separan, al hacer el contacto a tierra se unen. 

[pic 3]

1. En este caso la ebonita fue frotada con seda y el vidrio con paño. Cuando ebonita hizo contacto con la esfera, las láminas del electroscopio se separaron y al acercar la barra de vidrio trataron de unirse nuevamente. En el momento de retirar el vidrio y acercar la ebonita se observó que las láminas trataron de separarse nuevamente.

[pic 4]

1. Si fue posible evidenciar 2 cargas ya que se observó que al acercar la ebonita las láminas quedaron cargadas negativamente y al acercar el vidrio (cargado positivamente) estas trataron de juntarse por la atracción entre cargas.

1. Cuando se acercó la barra de ebonita a la esfera del electroscopio se observó que las láminas se separaron.
2. Al hacer el contacto a tierra se observó que las láminas se juntaron.
3. Al retirar el contacto a tierra las láminas se observó que las láminas trataron de separarse.
4. Cuando se retiró totalmente la barra de ebonita se observó que las láminas se separaron.

[pic 5]

1. Cuando se acercó la barra de vidrio a la esfera del electroscopio se observó que las láminas se separaron.
2. Al hacer el contacto a tierra se observó que las láminas se juntaron.
3. Al retirar el contacto a tierra las láminas se observó que las láminas trataron de separarse.
4. Cuando se retiró totalmente la barra de vidrio se observó que las láminas se separaron.

[pic 6]

El electroscopio quedo cargado debido a que las láminas de este quedaron separadas después de todo el proceso y además de ello quedo con cargado positivamente.

1. En este caso ocurrió lo mismo en los pasos a y b pero cuando se retiró totalmente la barra de ebonita se observó que las láminas permanecieron separadas, y cuando se retiró el polo a tierra estas se unieron. [pic 7][pic 8]

1. Cuando la barra de ebonita hizo contacto con la esfera de uno de los electroscopios, se observó que las láminas de cada uno de ellos se separaron. En el caso en donde la barra de ebonita hizo contacto con el alambre de cobre se observó lo mismo. De lo anterior se puede decir que esto ocurre debido a que el cobre es un material conductor ya que las cargas eléctricas se movieron fácilmente a través de él.

[pic 9]

1. En este caso se observó que las láminas se separaron pero muy poco, por lo cual se puede decir que el material (pita) es capaz de conducir las cargas eléctricas pero es más difícil que las mismas se muevan a través de él.

[pic 10]

1. En este caso se observó que no ocurrió nada, las láminas no se separaron y por ende se puede afirmar que la madera es un material aislante porque no permitió el movimiento de las cargas a través de él.

[pic 11]

1. Se cargó una barra de vidrio con el cabello, después se acercó la barra cargada a una llave de agua abierta y se observó que pequeñas gotas de agua se adhirieron a la barra de vidrio.

Análisis de resultados

1. En la actividad 1, se encontró ese comportamiento dado que al frotar la ebonita con la lana, esta adquiere una carga negativa, es decir, el elemento presenta un aumento o ganancia de electrones por lo tanto al tocar la esfera con la barra las cargas positivas son atraídas por la carga negativa de la barra  y las cargas negativas son rechazadas, por consiguiente, se desplaza hasta la parte inferior del instrumento donde se encuentran a una corta distancia dos laminas, las cuales tienden a alejarse entre sí, y esto sucede gracias a que la esfera se encuentra conectada a las láminas por medio de una barra metálica y siendo los metales los mejores conductores eléctricos, se permite que las cargas se desplacen hasta la lámina y estas se repelen debido a que presentan una carga del mismo signo. Al quitar la ebonita, las láminas se vuelven a juntar, debido a que, al retirar el elemento que se encontraba cargado negativamente hace que no se presente más la acumulación de electrones que se encontraba en la parte inferior, es decir se distribuyen las cargas de manera uniforme.
2. Para la segunda actividad, las láminas del electroscopio se alejaron  notablemente entre sí, debido a la fuerza de repulsión de las cargas negativas que se encontraban en la parte inferior del instrumento, ya que como se mencionó anteriormente, al estar cargada la barra de forma negativa, esta tiende a alejar las cargas negativas que se encuentran en la esfera, en seguida se procedió a dejar de tocar la esfera con la barra, lo que ocasionó que las láminas volvieran a la posición en la que se encontraban inicialmente. Se destaca que al realizar un contacto entre los dos cuerpos, el elemento que se encontraba neutro – la esfera-  deja este estado para conservar la carga del elemento que inicialmente estaba cargado.
3. En la parte 3, se puede evidenciar que existen dos tipos de carga, ya que la barra de vidrio quedó cargada positivamente y al ponerse en contacto con la esfera, las cargas positivas fueron atraídas por las negativas que se encontraban en la superficie de la esfera y estas se transportaron a lo largo de la barra metálica, hasta llegar a las laminas.  El hecho de que las láminas se separen abruptamente significa que hay una fuerza de repelencia porque ambas contenían carga positiva.
4. En la parte 4, se observó que las láminas se separaron entre sí debido a las fuerzas de repulsión de las cargas negativas que allí se encuentran, sin embargo al tocar con el dedo la esfera, las láminas vuelven a su estado inicial (cuando el electroscopio estaba neutro,) y esto se debe a que al tocar la esfera con nuestro dedo el exceso de carga negativa se transfiere por medio de nuestro cuerpo a la tierra y por lo tanto el electroscopio queda con carga neutra o descargado.
5. En la parte 5, se destaca, que al estar el electroscopio cargado positivamente (por el contacto entre la barra de vidrio y la esfera)  y tocar la esfera con nuestro dedo se transfiere la carga negativa desde la tierra hacia el instrumento, de tal manera que las cargas se igualan y el electroscopio queda neutro.
6. En la parte 6, ese comportamiento se debe en primera medida a que al estar con carga negativa el electroscopio y acercarle la barra con carga positiva esta última tiende a atraer algunas cargas negativas del instrumento, sin embargo esta fuerza de atracción no es lo suficientemente fuerte ya que hay una mayor presencia de electrones en el instrumento. Así mismo al retirar la barra de vidrio y acercar una de ebonita las láminas se alejan debido a la fuerza de repulsión de las cargas negativas del electroscopio y de la barra de ebonita también.
7. En la parte 7, al cargar por contacto el electroscopio con una barra de vidrio se vio que las cargas positivas de las láminas hacen que estas se alejen entre sí, y al acercar  la barra de ebonita cargada observó que las láminas tienden a atraerse,  esto se debe a que al presentarse una deficiencia de electrones en el electroscopio y acercarle la barra con carga negativa esta última tiende a atraer algunas cargas de signo opuesto del instrumento, sin embargo esta fuerza de atracción no es lo suficientemente fuerte ya que hay una menor presencia de electrones en el instrumento, así mismo al acercar una barra de vidrio las láminas se alejan debido a la fuerza de repulsión de las cargas positivas del electroscopio.
8. En la parte 8, al acercar la barra de ebonita al electroscopio las láminas se repelen entre si  debido al exceso de cargas negativas que hay en esta punto, cuando se toca la esfera con el dedo los electrones se transfiere a la tierra a través de nuestro cuerpo y finalmente al dejar de tocar la esfera las láminas del electroscopio tienden repelerse ya que este quedó con carga positiva, esto se debe a que se realizó un proceso de inducción el cual consistió en cambiar el tipo de carga del instrumento, es decir paso de una caga neutra a una carga con deficiencia de electrones.
9. En la parte 9, en este caso se encontró que, debido a la carga positiva de la barra de vidrio, esta tiende a atraer electrones, por tanto la transferencia de electrones se realiza desde  tierra al instrumento una vez se hace el contacto a tierra a través de nuestro dedo, de esta manera el electroscopio queda con carga negativa y es por esto que se observa que las láminas de la parte inferior tiende a repelerse.
10. En la parte 10, se observó que las láminas se alejan entre sí debido a la fuerza de repulsión entre las cargas que se ubican allí; cuando se toca la esfera con el dedo las láminas vuelve a su posición inicial, debido a la trasferencia de electrones a la tierra a través de nuestro cuerpo, enseguida procedimos a retirar la barra esfera y se evidenció que las láminas no presenta ningún cambio por tanto concluimos que el electroscopio queda con carga neutra, debido a que el exceso de electrones se trasfirió a la tierra.
11. En la actividad 11, se evidenció que la barra de ebonita tiende a atraer las cargas opuestas a través del alambre, por ser este un elemento conductor, se notó  que las láminas de cada electroscopio tienden a alejarse o repelerse  entre sí, esto ocurre debido a la fuerza de repulsión ejercida por la carga negativa de la ebonita que hace que las cargas del mismo signo se alejen y se trasporten a través del alambre las cargas positivas de ambos instrumentos, esto sucede tanto para la ocasión en que se acerca la barra cargada a un extremo del electroscopio como para cuando se  acerca a la mitad del alambre, con esto se comprueba que este elemento permite que las cargas se desplacen por tanto se verifica que el alambre de cobre es un elemento conductor.
12. En la actividad 12, se encontró que al acercar la barra de ebonita a los instrumentos, tanto al extremo de uno de estos como en al centro de la pita, las láminas del electroscopio que está más cerca a la barra tienden a repelerse como se observó en el proceso anterior, sin embargo en el segundo electroscopio se observa que las laminas se mueven levemente, por tanto concluimos que la pita no es un buen conductor de cargas.
13. En la actividad 13, se encontró que al acercar la barra de ebonita cargada, las láminas del electroscopio más cercano tienden a repelerse entre sí, esta fuerza de repulsión no ocurrió en el segundo electroscopio, dado que la madera es un material aislante y por lo tanto no permitió que las cargas se movieran hasta el otro electroscopio.
14. En la actividad 14, este fenómeno ocurrió ya que la barra al estar cargada negativamente atrae a los electrones de las moléculas de agua, que en su caso son los átomos de oxígeno, y por lo tanto hay una fuerza de atracción entre estos dos elementos.

Conclusiones

• Existen dos tipos de carga eléctrica: Positiva o negativa.
• La interacción entre cargas se puede dar de dos tipos: Atracción o Repulsión.
• La Atracción es una interacción dada entre cargas de distinto signo. La repulsión se da por interacción entre cargas de igual signo.
• Existen materiales conductores (permiten que las cargas se muevan a lo largo de ellos), Aislantes (se resisten al paso de carga a través de ellos) y Semiconductores (Tienen propiedades de comportamiento aislante y conductoras, estas dependen de diversos factores, como la temperatura principalmente. No puede tomar ambas propiedades al mismo tiempo).

Bibliografía

Purcell, E. M. (1988). Electricidad y magnetismo (Vol. 2). Reverté.

Cibergrafia

http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/gispud/RAIZDC/contenidoprogramatico/capitulo1/carga.html

Via: http://www.arqhys.com/construccion/conductor-electrico.html

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