PRACTICA N° 1. Fenómenos electrostáticos

PRACTICA N° 1.

Fenómenos electrostáticos

RESUMEN

En el presente informe se describirán los conceptos más importantes para comprender el fenómeno de transferencia de electrones y carga eléctrica, usados para analizar los resultados obtenidos al poner a interactuar diferentes objetos con la capacidad de interactuar eléctricamente entre ellos, permitiendo al final transferir y producir carga eléctrica en objetos de formas y composición física diferente.

INTRODUCCIÓN

En este informe se expondrán y analizarán los resultados de la experiencia previamente realizada en el laboratorio de física. En primer lugar se observó, que luego de frotar una barra de PVC con un paño de seda y acercarla a otra que se encontraba colgada éstas se repelen; se efectuó el mismo proceso pero esta vez se aproximó a una barra de acrílico, en este caso las barras se atraían; posteriormente se acercaron ambas barras a unos trozos de papeles, una después de la otra y las dos atraían los trozos de papel; luego se utilizó un globo que fue previamente cargado por frotación con el cabello, se observó que este atraía tanto al papel como a la arena; también se probó éste con la colilla de un cigarro, se percibió cómo ésta era atraída en un inicio, pero luego de tocarse se puede notar como el globo y la colilla se empiezan a repeler. A continuación se utilizó un generador de Van de Graff y una esfera metálica, percatándose en un inicio que la esfera era repelida por el domo del generador, y una vez se tocaron la esfera cambiaba su naturaleza y era atraída por este; finalmente utilizamos la Maquina de Wimshurst y notamos como al activarla era posible observar los electrones que se mueven entre las dos esferas de metal; se puso una hoja entre las esferas y las chispas, aparentemente no le paso nada a la hoja. Todas estas pruebas se realizaron con el propósito de analizar y comprender los fenómenos electrostáticos.

OBJETIVOS

• Producir carga eléctrica a un cuerpo por diversas técnicas.
• Transferir carga eléctrica de un lugar a otro.
• Identificar la presencia de carga eléctrica en un cuerpo.
• Analizar y sacar conclusiones de lo experimentado en el laboratorio de acuerdo con lo indicado en la guía.

MARCO TEÓRICO

La electrostática es la parte de la física que estudia la electricidad en reposo, se preocupa de la medida de la carga eléctrica, de la cantidad de electricidad presente en los cuerpos y, en general en todo tipo materia, y de los fenómenos asociados a las cargas eléctricas en reposo. Es una propiedad de la materia que provoca que los cuerpos se atraigan y/o se rechacen.

Es una propiedad intrínseca de la materia que se presenta según la conversión de Benjamín Franklin es positiva y negativa, de manera que dos cargas positivas o negativas se van a repeler y dos cargas una positiva y una negativa se van a atraer.

Teoría atómica moderna: la teoría atómica moderna que es atribuida a los postulados y el modelo de Werner Heisenberg explica el porqué de los fenómenos de electrización de los átomos; el comportamiento de los electrones; su posición y hace de la carga una propiedad fundamental de la materia.

Carga eléctrica: la carga eléctrica es entendida como el exceso o defecto de electrones en un cuerpo, cuando tiene exceso de electrones se dice que este se ha cargado negativamente y en caso contrario cunado tiene defecto se dice que ha quedado cargado positivamente.

Ley de conservación de la energía: la ley de conservación de la carga establece que en un sistema cerrado la cantidad de carga permanece constante y que la carga no se crea ni se destruye solo se transfiere entre los cuerpos.

Materiales conductores, semi conductores y aislantes: los materiales conductores son aquellos que tienen una estructura electrónica que les permite que la corriente eléctrica fluya en ellos a baja temperatura o temperatura ambiente por lo que su resistividad al paso de la corriente es muy baja como lo es el sodio. Contrariamente los aislantes son materiales que tienen una resistividad tan alta que no es posible el flujo de corriente en estos. Por último, los semi conductores son aquellos que a temperaturas bajas se comportan como un aislante, pero a más altas temperaturas o bajo el efecto de un campo eléctrico se comportan como conductores caso del silicio y el grafito.

Formas de cargar un objeto:

Fricción: Se caracteriza por producir cuerpos electrizados con cargas opuestas. Esto ocurre debido a que los materiales frotados tienen diferente capacidad para retener y entregar electrones y cada vez que se tocan algunos electrones saltan de una superficie a otra.

Polarización: Al poner en contacto un cuerpo cargado y uno eléctricamente neutro este adquiere la carga del cuerpo que inicialmente estaba cargado.

Inducción: Este se da entre un cuerpo eléctricamente neutro y otro cargado, al poner un cuerpo cargado a cierta distancia de uno eléctricamente neutro este induce una reorganización de las cargas dentro del cuerpo neutro electrizándolo.

Campo eléctrico: Un campo eléctrico es una fuerza de acción a distancia que se propaga sin necesidad de materia, dicho campo es el que permite que las cargas interactúan entre ellas, cabe destacar que estos campos son propios de cada carga y están allí incluso si la carga no está interactuando con otra.

Propiedades eléctricas del ser vivo: gran parte de los seres vivos esta conformados en un 98% por carbono, hidrogeno, nitrógeno fosforo y azufre. De los cuales el carbono es el más conductivo eléctricamente de todos.

Conexión a tierra: la toma a tierra es un camino de poca resistencia a cualquier fuga de corriente para que cierre el circuito a tierra y no pase esta corriente al usuario.

Características y aplicaciones del generador de van de Graff: El generador de van de Graff es un aparato que genera una diferencia potencial aplicando los métodos de electrización para después almacenar carga que será posteriormente usada, este consta de un domo metálico, una cinta transportadora, un peine ionizador y otro recolector. Este tiene aplicaciones en la esterilización de alimentos, producción de rayos x y además es base para experimentos de física de partículas y física nuclear.

RESULTADOS Y ANALISIS

Esta al ser una práctica, principalmente de reconocimiento y observación, solo cuenta con datos de inferencia que analizamos del comportamiento de los objetos, ya sean conductores o semiconductores, al igual que el de los generadores. Aun así, encontramos en estos comportamientos reacciones que confirman la teoría investigada al inicio de este informe.

Lo que se observó en el laboratorio, fue:

• Al frotarse una barra de plástico (PVC) y otra de acrílico adquirían estas cargas diferentes atrayendo los papeles y la tierra por polarización debido a que estos tienen carga neutra y las barras provocaban una reorganización de cargas.
• Al acercar la barra de acrílico y la barra de plástico estas se atraían indiciando que la carga por frotación se da entre cuerpos neutros que quedan cargados positiva o negativamente dependiendo del material.
• Frotar un globo de plástico en el cabello, provocaba que este se cargara positivamente atrayendo por polarización a los trozos de papel e incluso pudiendo atraer una hoja completa.
• Poner en contacto la colilla de cigarrillo con el globo previamente cargado, provocaba que al estar suficiente mente cerca por inducción esta viera fuertemente atraída y luego al ponerse en contacto adquiría la misma carga del globo provocando que se repelieran la colilla y el globo.
• Cuando se ponía entre la esfera metálica con base aislante cerca del generador de Van de Graff se apreciaba como los electrones saltaban de un artilugio a otro y, al poner un trozo de aluminio entre ambos este se era atraído y puesto en contacto con el domo y luego repelido, proceso que se repetía con la esfera metálica provocando que el trozo de aluminio se moviera entre estos dos.
• Al tocar el domo después de desconectar el generador de van Graff la pelusa que adquiría la misma carga del domo decaía debido a la trasferencia de carga por el contacto entre el domo y el cuerpo.
• En el generador se observó que al estar los electrodos más separados el salto del electrón era mucho más brusco que al estar cerca y se logró apreciar que podían atravesar el papel concluyendo que el flujo de electrones hacía pequeños huecos imperceptibles por el ojo humano al papel.

Con esto que fue observado, se pueden responder las interrogantes propuestas en la guía:

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