La Materia

Electrostática

M. Meza, B. Pérez, B. Rincón.

Universidad del Atlántico

Ingeniería Agroindustrial

Fecha de entrega: 13/ 02/2014

Resumen

Para esta laboratorio de realizaron una serie de experimentos para analizar los diferentes tipos de carga en un cuerpo, primeramente se determinó como distintos materiales se pudieron cargar por un simple proceso de fricción, para de esta manera poder observar cómo eran sus cargas , seguidamente se determinó el efecto que ocurre sobre un cuerpo al ser polarizado con la ayuda de una carga por inducción, luego se introdujo una esfera de aluminio dentro de un capacitor de placas paralelas en la cuales pudimos observar como la esfera era atraída de un lado hacía otro. Finalmente se tomó una barita la cual fue frotada con una bayetilla para cárgalo negativamente y así de esta manera atraer pedazos de papel hacia la barita.

Palabras claves: Primera Cargas eléctricas, Campo eléctrico.

1. Introducción

La fuerza electromagnética es la interacción que se da entre cuerpos que poseen carga eléctrica. Es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la Naturaleza. Cuando las cargas están en reposo, la interacción entre ellas se denomina fuerza electrostática. Dependiendo del signo de las cargas que interaccionan, la fuerza electrostática puede ser atractiva o repulsiva. La interacción entre cargas en movimiento da lugar a los fenómenos magnéticos.

La electrostática es la parte de la física que estudia este tipo de comportamiento de la materia, se preocupa de la medida de la carga eléctrica o cantidad de electricidad presente en los cuerpos y, en general, de los fenómenos asociados a las cargas eléctricas en reposo. El desarrollo de la teoría atómica permitió aclarar el origen y la naturaleza de los fenómenos eléctricos; la noción de fluido eléctrico, introducida por Benjamín Franklin (1706-1790) para explicar la electricidad, fue precisada a principios de siglo al descubrirse que la materia está compuesta íntimamente de átomos y éstos a su vez por partículas que tienen propiedades eléctricas.

Como sucede con otros capítulos de la física, el interés de la electrostática reside no sólo en que describe las características de unas fuerzas fundamentales de la naturaleza, sino también en que facilita la comprensión de sus aplicaciones tecnológicas. Desde el pararrayos hasta la televisión una amplia variedad de dispositivos científicos y técnicos están relacionados con los fenómenos electrostáticos.

2. Discusión Teórica

La electrificación es el efecto de ganar o perder cargas eléctricas, normalmente electrones, producidos por un cuerpo eléctricamente neutro.

En física, la Carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas(pérdida o ganancia de electrones) que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y campo eléctrico origina una de las cuatro interacciones fundamentales: la interacción electromagnética.

La carga eléctrica es de naturaleza discreta, fenómeno demostrado experimentalmente por Robert Millikan. Por razones históricas, a los electrones se les asignó carga negativa: –1, también expresada –e. Los protones tienen carga positiva: +1 o +e.

La carga eléctrica se presenta de dos tipos. Éstas llevan ahora el nombre con las que Benjamín las denominó: cargas positivas y negativas. Cuando cargas del mismo tipo se encuentran se repelen y cuando son diferentes se atraen.

Con el advenimiento de la teoría cuántica relativista, se pudo demostrar formalmente que las partículas, además de presentar carga eléctrica (sea nula o no), presentan un momento magnético intrínseco, denominado "spin", que surge como consecuencia de aplicar la teoría de la relatividad especial a la mecánica cuántica.

3. Métodos Experimentales

El trabajo experimental se realizó con varias barras de distintos materiales, y una tela probando la carga que adquiría ya sea por fricción, inducción o conducción, inicialmente teníamos un objeto de un material suspendido de hilo a un soporte universal y una barra de pbc la cual se le produjo fricción con la tela y luego se acercó al objeto suspendido sin tocarlo para observar las fuerzas de atracción y de repulsión , para la siguiente parte del experimento procedimos a medirle la carga que adquirían por fricción , las barras de nylon , pbc , vidrio , y una desconocida al ser frotadas con la tela apoyados de un electroscopio multímetro que nos proporcionaba el tipo de carga , otra manera que se usó para ver la carga de las barras, fue cortando pequeños trozos de papel a los cuales se le acercaba la barra previamente cargada por el método anteriormente mencionado y se observó su comportamiento , luego procedimos a conectar un conductor a una corriente de electricidad determinada y con un objeto de metal se hacía contacto primero al conductor y luego al vaso de Faraday que estaba conectado al multímetro este nos proporcionaba la carga por contacto que se transfería , esto se realizó varias veces tocando al objeto conductor en varias partes para probar si no variaba la carga transferida dependiendo de la parte donde se tocara el objeto , por último se puso un sistema de placas paralelas conectadas a una corriente de 50 Kw y se puso entre ellas una esfera de aluminio suspendida de un hilo y se observó los efecto de la corriente en el movimiento de la esfera.

4. Cálculos.

θ=60 g/m^2 =6×〖10〗^(-3 ) kg/m^2

ds=θ×∆a

ds=6×〖10〗^(-3 ) kg/m^(2 ) (0.5×〖10〗^(-2) m)^2

ds=1.5×〖10〗^(-7 ) Kg

5. Análisis de Resultados y Discusión

El primer experimento utilizamos una barra de pvc está al ser frotada con tela de seda quedo cargada negativamente y luego tuvo interacción con otra barra con carga neutra que nos permitió comprobar la ley expuesta en la teoría que decía que dos cargas iguales se repelen y dos cargas diferentes se atraen. Luego de esto, tomamos barras de diferentes materiales y les determinamos la carga con el multímetro obteniendo los siguientes resultados.

Material de la barra Carga

Aclirico Positiva

Nylon Neutra

Pvc Negativa

X Negativa

Vidrio Positiva

En el segundo experimento realizado se coloco un conductor en forma de bala hueca a una fuente de electricidad, luego con una esfera metálica se tocaban diferentes partes del conductor obteniendo como resultado que dentro del conductor no presento transferencia de carga por contacto, mientras que en la mitad y en la punta del conductor si hubo transferencia de carga siendo mayor en la punta del conductor. Esto ocurre debido a que cuando un sólido conductor cargado con una cierta carga, se le deja evolucionar la suficiente cantidad de tiempo, alcanza una situación de equilibrio electrostático en la que ya no hay movimiento de cargas. En estas condiciones, el campo en el interior del conductor es nulo (sino, habría movimiento de cargas y no estaría en equilibrio).

Seguidamente fueron tomados pedazos de papel y una barra de pvc la cual fue frotada con tela de seda de manera que quedara cargada negativamente para atraer a los pedazos de papel los cuales se encontraban en estado neutro con el objetivo de observar las fuerzas de atracción entre ellos. Se estimo la densidad superficial de cargas del papel justo antes de subir 1cm como se puede notar en la parte de los cálculos obteniendo como resultado que:

ds=1.5×〖10〗^(-7 ) Kg

Un electroscopio es un instrumento antiguo utilizado para detectar carga y medir potencial eléctrico. Si la esfera metálica de la parte superior se pone en contacto con un conductor cargado, las delgadas hojas de metal (laminas de oro o aluminio) adquirirán el mismo potencial que el conductor. La carga en las hojas será proporcional a la diferencia de potencial entre ellas y la caja. La fuerza de repulsión que existirá entre las hojas, debido a sus cargas idénticas, puede medirse observando el valor de la desviación de un escala.

Un electroscopio cargado estando al aire libre perderá gradualmente su carga debido que un pequeño número de moléculas están siendo ionizadas continuamente bajo la acción de rayos cósmicos, algunos de estos iones pueden tomar un exceso de carga del electroscopio.

La rapidez de carga de un electroscopio es proporcional a la cantidad de radiación de fondo.

Luego pusimos un sistema de placas paralelas conectada a una corriente de 5.0Kw y entre ellas una esfera de aluminio y observamos que la esfera oscilaba de una placa a otra. Esto se debe a que cada placa tiene una carga +q y –q y la esfera tiene una carga neutra. Es decir la misma carga positiva y negativa; por este hecho se ve atraída por cada placa por las fuerzas de atracción y repulsión realizando el movimiento anteriormente mencionado.

Por otra parte el generador de Van de Graaff es una maquina electrostática que utiliza una cinta móvil para acumular grandes cantidades de Van de Graaff son maquinas especiales que se utilizan para que se comprendan los fenómenos electrostáticos con más facilidad.

El generador de Van de Graaff es muy simple, consta de un motor, dos poleas y una correa o cinta y dos peines o terminales hechos de finos hilos de cobre, y una

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