Practica 2. Electrostatica - Distribucion De Cargas Electicas

DISTRIBUCIÓN DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS EN LOS CONDUCTORES

OBJETIVO GENERAL

El estudiante debe adquirir:

La noción de un cuerpo cargado así como el signo de su carga, el comportamiento de la carga eléctrica cuando se distribuye sobre conductores de distinta forma, todo esto con ayuda del empleo de un electroscopio.

INTRODUCCIÓN

En la realización de los primeros experimentos de los fenómenos eléctricos, los científicos observaron que las sustancias diferían en su facultad de mantener una carga eléctrica, pues algunas sustancia podían electrizarse fácilmente por métodos diferentes y mantener su estado, y otras, a las que en aquellos tiempos no podían electrizar. Esto dio origen a una clasificación de materiales que podían o no electrizarse.

En 1750, en Inglaterra, Stephen Gray (conocido tintorero de Canterbury Londres), construyó una montura de madera, en lo alto de la viga colgó dos columpios sujetos de un par de cuerdas de seda cada uno, también tenía un generador de electricidad de Roxbury entonces ante un público numeroso invito a un niño a que se tumbara ante los dos columpios, Gray coloco varias virutas de oro frente al chico, entonces con ayuda de una biela genero electricidad para cargar al chico, las virutas de oro saltaban a las manos del niño. Para Gray esto significo algo más, la electricidad podía transportarse de la maquina al cuerpo del chico y a través de sus manos, sin embargo, las cuerdas de seda le cortaban el paso, aquello significaba que el fluido eléctrico podía fluir a través de unas cosas pero no a través de otras, esto llevo a Gray a dividir el mundo en dos tipos de sustancias diferentes a las que denomino aislantes y conductores. Los aislantes mantienen la carga eléctrica y no dejan que se mueva, como la seda, y el cabello. Los conductores permiten que la corriente eléctrica fluya a través de ellos, como el cuerpo de aquel chico y los metales.

Los cuerpos se electrizan al perder o ganar electrones. Si un cuerpo posee carga positiva, esto no significa exceso de protones, pues no tienen facilidad de movimiento como los electrones. Por tanto, debemos entender que la carga de un cuerpo es positiva si pierde electrones y negativa, cuando los gana.

Los materiales conductores de electricidad son aquellos que se electrizan en toda su superficie, aunque solo se frote un punto de la misma. En cambio, los materiales aislantes o malos conductores de electricidad, también llamados dieléctricos, solo se electrizan en los puntos donde hacen contacto con un cuerpo cargado, o bien, en la parte frotada. Actualmente se dice que los materiales son aislantes si al electrizarlos por frotamiento y sujetarlos con la mano, conservan su carga aun estando conectados con el suelo por medio de algún cuerpo. Los materiales son conductores si se electrizan por frotamiento sólo cuando no están sujetos por la mano y se mantienen apartados del suelo por medio de un cuerpo aislante.

El desplazamiento de la electricidad en los conductores se explica por la presencia de cargas libres que pueden desplazarse en el interior de la materia, pero no pueden abandonar el material. En los metales los átomos comparten sus electrones entre si de un modo único lo cual significa que pueden desplazarse de un átomo al contiguo, si dichos electrones se mueven en su misma dirección en el momento del efecto acumulativo el movimiento produce una carga eléctrica, este flujo de electrones es la denominada corriente eléctrica.

Si se coloca cualquier carga sobre o dentro de un conductor, esta se ubicara solamente en la superficie exterior del mismo, originando un campo eléctrico inmediatamente fuera de la superficie del conductor, normal a dicha superficie.

El Electroscopio

El electroscopio es un instrumento que permite determinar la presencia de cargas eléctricas y su signo analizando la distribución de carga en el instrumento. Es un dispositivo formado por dos láminas ligerísimas de aluminio, fijas a una varilla metálica, coronada por una esferilla también metálica. La varilla se ajusta en un tapón aislador, las dos ventanillas de cristal, una frente a la otra, permiten ver el interior (figura 1).

Figura 1. Electroscopio

En éste primer experimento de laboratorio se pretende identificar que existen dos tipos de cargas diferentes mediante el uso de él electroscopio el cual nos permite observar las reacciones que existen entre las cargas y comprender el principio de la Ley de Coulomb (cargas de mismo signo se repelen y cargas de signo opuesto se atraen).

Para la realización de dicho experimento se requiere el siguiente material:

1 Electroscopio 1 Barra de vidrio

1 Paño de lana 1 Barra de poliesterina

Si se acerca un cuerpo sin ser cargado a la esfera no habrá desviación o movimiento alguno de las laminillas del electroscopio, esto se comprobó al hacer uso de la barra de vidrio sin ser cargada, acercándola a la esfera del electroscopio y se observó que en efecto las laminillas no se movieron indicando que no había presencia de carga alguna.

Si un cuerpo está cargado y se acerca a la esfera habrá un cambio en la posición de las laminillas, para poder afirmar lo ya dicho se procedió a cargar la barra de vidrio.

Ahora bien se sabe que las cargas pueden generarse por métodos distintos (inducción, frotamiento, contacto, etc.) en este caso la barra es frotada con el paño de lana (método de carga por frotamiento vea APÉNDICE A), ésta adquirió carga y al acercarla a la esfera, las láminas comenzaron a abrirse.

Después se hizo el mismo procedimiento pero ésta vez haciendo uso de la barra de poliesterina, pero antes de acercarla a la esfera del electroscopio ésta se descargó tocando la esfera con la mano Sabiendo que por contacto con el vidrio (previamente cargado) el electroscopio queda cargado positivamente, así pues al tocar con el dedo su esfera (contacto a tierra), el exceso de electrones que se tenía se compensa, debido a que ellos viajaron desde la tierra hacia el electroscopio. De ésta manera se descarga (queda con igual número de cargas); al tocar la esfera se observó que las laminillas de igual forma se separaron.

Basándonos en experimentos hechos por distintos científicos se puede decir que la carga eléctrica sobre una barra de vidrio se denomina positiva (+) cualquier cuerpo que sea repelido por la barra de vidrio debe tener carga positiva, cualquier cuerpo que sea atraído tendrá carga negativa. La carga en una barra de caucho en éste caso poliesterina se denomina negativa (-), y cualquier cuerpo que es atraído por una barra de caucho debe tener carga positiva, cualquier cuerpo que sea repelido tendrá carga negativa. APÉNDICE B.

Con esto podemos deducir que al aproximar la barra de vidrio después de ser frotada se encuentra cargada positivamente; así pues al acercarse al electroscopio hace que las cargas positivas se dirijan hacia las láminas (consecuencia de la fuerza de repulsión, en este caso de cargas positivas) y que los electrones (cargas negativas) se aproximen lo más posible al objeto que se les acerca (resultado de la fuerza de atracción). Finalmente, al retirar la barra, las láminas del electroscopio retoman su estado normal ya que no se está ejerciendo ninguna fuerza sobre el instrumento (vuelve a estar neutro). Figura 2.

En el caso 2 al acercar la barra de poliesterina al mencionado instrumento se produce una redistribución de cargas haciendo que las cargas negativas se alejen hacia las lámina, que como resultado de ello se abren, por efecto de la fuerza de repulsión (en éste caso por cargas negativas, las de la barra de vidrio y las que ya poseía el electroscopio); y que las cargas positivas se traten de acercar a la barra, como consecuencia de la fuerza de atracción. Por ende, al hacer contacto con ésta barra al electroscopio, hay una transferencia de electrones desde la barra a éste último; quedando el electroscopio con carga negativa. Ocurriendo un fenómeno inverso con el mismo resultado observable en el primer paso experimental (figura 3).

Lo siguiente fue tocar el electroscopio con la barra de vidrio previamente frotada con el paño de lana haciendo que las láminas quedaran un poco separadas adquiriendo una carga positiva, en seguida se acercó la barra de poliesterina previamente cargada (carga negativa) a la esfera del instrumento sin llegar a tocarla, y se pudo observar que las láminas presentaron el más mínimo movimiento, esto es consecuencia a la fuerza de atracción, ya que el electroscopio se encuentra con carga positiva y la barra de ebonita con negativa, se pudo deducir que el movimiento fue a causa de que si hubo existencia de una fuerza de repulsión pero ésta fue mínima, porque se encontraban un mayor número de protones que de electrones.

Al finalizar lo anteriormente descrito se acercó la barra de vidrio (con carga positiva), las láminas se abrieron como resultado de la fuerza de repulsión (el electroscopio se encuentra cargado positivamente y el vidrio también; y como las cargas del mismos signo se repelen, las láminas se abren).

Por último se acercó un objeto sin ser frotado.

Concluyendo…

Podemos afirmar que efectivamente la ley de coulomb ya antes descrita se cumple (cargas iguales se repelen y cargas diferentes se atraen), otro aspecto a concluir es que la carga eléctrica siempre se conserva, cuando un cuerpo se frota con otro, no se recrea carga en el proceso, la electrificación se debe a una transferencia de cargas de un cuerpo a otro, un cuerpo gana carga eléctrica negativa mientras que otro gana carga eléctrica positiva. A partir de la

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