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Instituto Superior de Educación Rural - ISER“Formamos profesionales de calidad para el
desarrollo social humano”
Calle 8 # 8-155 Barrio ChapineroTeléfono: (7) 568-2597 Fax: (7) 568 1736
NIT: 890.501.578-4www.iser.edu.co
Pamplona, Norte de Santander
PRACTICA 1. APLICACIONES ELECTROSTATICAS.
Nombre de la asignatura: __FISICA______Código de la asignatura: ______________1. NORMAS DE SEGURIDADEl encargado de laboratorio y el docente de la asignatura antes de comenzar a desarrollar cada práctica indicaran las normas de seguridad y recomendaciones para el uso correcto de los equipos requeridos.2. OBJETIVOS2.1. Montar un dispositivo que nos permita obtener una carga eléctrica.2.2. Estudiar un instrumento que mida la carga eléctrica de un cuerpo.2.3. Verificar el signo de las cargas eléctricas del electrómetro y el electróforo.2.4. Demostrar que se pueden transferir cargas de un cuerpo a otro por inducción o frotamiento.
3. MATERIALES Y RECURSOS FÍSICOSCANTIDAD NOMBRE OBSERVACIONES
1 Barra de ebonita Laboratorio de electromagnetismo ENOSA
1 Electróforo 1 Electrómetro 1 Piel de gato1 Placa de plástico 1 Acetato1 Barra de plexiglás1 Lampara de destello1 Lámpara de destello
4. MARCO TEÓRICO
La electrostática es la rama de la Física que estudia las interacciones de las cargas eléctricas en reposo, la carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.
La electricidad estática se produce cuando ciertos materiales se frotan uno contra el otro, como lana contra plástico o las suelas de zapatos contra la alfombra, donde el proceso de frotamiento causa que se transfieran electrones de la superficie de un material y se reubiquen en interior o en la superficie del otro material.
Electróforo cargado por
En la carga por fricción se transfiere gran cantidad de electrones porque la fricción aumenta el contacto de un material con el otro. Los electrones más internos de un átomo están fuertemente unidos al núcleo, de carga opuesta, pero los más externos de muchos átomos están unidos muy débilmente y pueden desalojarse con facilidad. La fuerza que retiene a los electrones exteriores en el átomo varia de una sustancia a otra. Por ejemplo los electrones son retenidos con mayor fuerza en la resina que en la lana, y si se frota una torta de resina con un tejido de lana bien seco, se transfieren los electrones de la lana a la resina. Por consiguiente, la torta de resina queda con un exceso de electrones y se carga negativamente. A su vez, el tejido de lana queda con una deficiencia de electrones y adquiere una carga positiva. Los átomos con deficiencia de electrones son iones, iones positivos porque, al perder electrones (que tienen carga negativa), su carga neta resulta
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fricción, o conducción positiva.
Electróforo cargado por inducción
Se puede cargar por inducción un cuerpo por un procedimiento sencillo que comienza con el acercamiento a él de una varilla de material aislante, cargada. Considérese una esfera conductora no cargada, suspendida de un hilo aislante. Al acercarle la varilla cargada negativamente, los electrones de conducción que se encuentran en la superficie de la esfera emigran hacia el lado lejano de esta; como resultado, el lado lejano de la esfera se carga negativamente y el cercano queda con carga positiva. La esfera oscila acercándose a la varilla, porque la fuerza de atracción entre el lado cercano de aquella y la propia varilla es mayor que la de repulsión entre el lado lejano y la varilla. Vemos que tiene una fuerza eléctrica neta, aun cuando la carga neta en las esferas como un todo sea cero. La carga por inducción no se restringe a los conductores, sino que puede presentarse en todos los materiales.
En la figura a) se observa un electrómetro previamente cargado negativamente que puede utilizarse para determinar el signo de la carga de un objeto, en la figura b) al acercar un cuerpo cargado negativamente las placas del electróforo se separan para indicar que la carga del cuerpo que induce es igual a la del electróforo, y en la figura c) al acercar un cuerpo cargado positivamente las placas del electróforo se unen para indicar que la carga del cuerpo que induce es de signo contrario a la del electróforo,
TALLER.4.1. Enunciar las leyes de las cargas eléctricas.4.2. Cuáles son las características de los materiales aisladores, semiconductores y conductores, de ejemplo de cada tipo. y sus aplicaciones.4.3. Ver la simulación de globos y electricidad estática, explique que sucede en esta simulación con las cargas en el globo, en el saco y la pared, cuando uno o dos globos se acerca al saco y luego se lleva hasta el muro. https://phet.colorado.edu/es/simulations/category/physics/electricity-magnets-and-circuits
5. PROCEDIMIENTO.
Proceso El Electróforo
El electróforo, inventado por Volta en 1870, consiste en un disco de aluminio con aislador y una placa de plástico, esta última en sustitución de la primitiva, formada por una placa metálica con torta de resina. Se sutiliza cuando se necesita disponer de una mayor cantidad de carga electroestática de la que nos proporciona la barra de ebonita o la barra de plexiglás.
5.1. Para montar el electróforo basta atornillar el disco de aluminio al aislador. 5.2. Situar la placa de plástico sobre la mesa y frotarla con la piel de gato, apoyando el electróforo sobre la misma. Tocar con un dedo durante un instante la cara superior del disco del electróforo para eliminar las cargas negativas (el electróforo se encontrará cargado)5.3. Tomando el electróforo por el mango aislado, tocar con el disco la parte metálica del electrómetro y observar como la aguja de este se separa por quedar cargado.5.4. Para detectar el tipo de carga que posee el electróforo nos bastara compararla con una conocida, como la de la barra de ebonita (carga negativa).5.5. Tocar el electrómetro con la barra de ebonita frotada con la piel. El ángulo de la lámina dentro del electrómetro disminuye.
Proceso El Electrómetro
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El electrómetro es un dispositivo que sirve para detectar la carga estática, tiene funciones similares a la de un electroscopio que se coloca al lado o en contacto de un material que está cargado. Se usa para medir indirectamente la carga inducida de un cuerpo.
5.6. Tomar la barra de ebonita por un extremo y frotarla con la piel de gato, deslizándola a continuación suavemente por la parte superior del electrómetro, observando como la aguja del mismo toma una determinada inclinación.5.7. Tocar con el dedo la parte superior del electrómetro para que vuelva a la posición inicial.5.8. Repitamos la experiencia con la barra de plexiglás y el acetato, observando cómo se repite el fenómeno, aunque esta vez con menor intensidad.5.9. Hacer nuevamente que vuelva a la posición inicial el electrómetro.5.10. Si ahora se monta el electróforo, se carga y se toca con el disco metálico del mismo la parte superior del electrómetro, se observará como la desviación de la aguja de este último es más acentuada que con la barra de plexiglás y la de ebonita.
Inducción Electrostática
5.11. Cargar el electróforo y aproximarlo sin tocar el electrómetro observar como la lámina dentro del electrómetro se separan.5.12. Las cargas negativas, electrones, de las láminas del electrómetro son atraídas o repelidas según la carga del electróforo y, al acumularse las cargas del mismo signo en los extremos libres de las dos, estas se repelen produciendo como efecto la separación dela lamina móvil.
5.13. A continuación, y manteniendo el electróforo próximo al electrómetro tocar un instante con un dedo la parte metálica del electrómetro y retirar el electróforo y la mano del electrómetro, observe como la placa del electrómetro permanece separado por haber quedado cargado mediante un procedimiento de aproximación llamado ¨inducción electrostática¨ .
Transferencia de cargas eléctricas5.10. Frotar la barra de ebonita y tocar el electrómetro; la lámina dentro del electrómetro se separa un cierto ángulo repetir el frotamiento y volver a tocar el electrómetro. El ángulo dentro del electrómetro aumentara esto prueba que el electrómetro se va cargando poco a poco, es decir se le van dando cargas negativas en pequeñas cantidades.5.11. Descargar el electrómetro tocándolo con un dedo. 5.12. Insertar el disco metálico portador en la ranura de la barra de ebonita.
5.13. Cargar el disco de electróforo y sujetarlo por el mango aislante.5.14. Tocar con el portador en el disco el electróforo y a continuación en el electrómetro. La lamina del electrómetro se separará a un cierto ángulo repetir la operación varias veces y observar que el índice del electrómetro se va separando cada vez más. Las cargas del electróforo van pasando al electrómetro, transferidas por el disco portador.
Determinación del signo de las cargas eléctricas
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Se sabe que, al descargar un cuerpo a través de una lámpara de destello (busca-polos) unida a tierra mediante la mano, se ilumina la parte de la lámpara más próxima a quien esté más negativamente cargado, el cuerpo a estudiar o la tierra ( la mano).5.1.5. Cargar el electróforo y, tomándolo por el mango aislante, acercarle un extremo de la lamparita de neón cogida con la mano por el otro polo el electróforo se descarga a través de la lámpara produciéndose en el interior del tubo una luz en uno de sus extremos (electrodos); el extremo iluminado es el de la mano.
5.16. Repetir ahora cargando el electrómetro primero con el electróforo, después con la barra de ebonita frotándola varias veces y, por último, con la barra de plexiglás y determinar el signo de la carga a él trasladada en cada caso.
6. OBSERVACIONES YANALISIS DE RESULTADOSEn el electróforo cuando se frota la placa de plástico con la piel, su cara superior adquiere cargas negativas. Si se coloca el disco metálico sobre ella, las cargas negativas de este son repelidas hacia la superficie superior. Se sabe que en un metal los electrones se transfieren con facilidad.6.1. ¿al tocar con el dedo dicha superficie, las cargas negativas van a tierra, y el disco con que signo de carga queda?.6.2. En el electrómetro Si ahora se monta el electróforo, se carga y se toca con el disco metálico del mismo la parte superior del electrómetro, se observará como la desviación de la aguja de este último es más acentuada que con la barra de plexiglás y la de ebonita.6.3. ¿Como son las cargas en un cuerpo si la inducción eléctrica se hace con las barras cargadas primero positivamente y luego negativamente?6.4. ¿Qué sucede con las cargas cuando un cuerpo cargado toca a otro descargado, como es el número de cargas entre ellos después de este proceso?6.5. ¿Qué signo tiene las cargas transmitidas al electrómetro después de inducir carga con la varilla de ebonita y de plexiglás, según la lámpara de destello en cada proceso?.
7. CONCLUSIONESLas conclusiones deben estar de acuerdo con los resultados obtenidos.
8. BIBLIOGRAFÍA.
Laboratorios ENOSA, M.A-2-electromagnetismo. Unesco.1968. España. Serway R (1997). Física, Vol. I Cuarta Edición. Editorial McGraw Hill Interamericana: México Tipler, P (1985). Física, Vol. I. segunda edición. Editorial Reverte: España. Sears, Z. Young y Feedman (1996) Física Universitaria, Vol. I Novena Edición. Editorial Addison Wesley Longman:
México. Resnick, R. Halliday, D y Krane K. (2000). Física Vol. I, Cuarta Edición. Compañía Editorial continental. Física Recreativa. http:/www.fisicarecreativa.com. https://phet.colorado.edu/es simulaciones de física.
Edito : M.S.c. NELSON ANTONIO GALVIS JAIMES
