INFORME 1 de Labo de Fisica 3

Informe N°1.

I.

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

OBJETIVOS  Comprobar experimentalmente la existencia de una de las propiedades de la materia llamada carga eléctrica.  Entender que es la carga eléctrica y los fenómenos relacionados con cuerpos electrizados.  Experimentar con la electrificación de los cuerpos mediante los diversos procesos.  Conocer el funcionamiento y los principios físicos de un generador Electrostático-máquina de Wimshurst y el generador de Van de Graaff.

II.

MATERIALES

Laboratorio de Física III

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 Equipo Electroestático.

 Péndulo

 Electroscopio.

 Barras de acetato y vinilito.


con bolita Tecnoport.

de

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 Paños

de

 Maquina de Wimshurst.

 Generador de Van de Graaff.


algodón, seda y lana.

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III. PROCEDIMIENTO a. Ubique en la mesa de trabajo en la posición más adecuada la máquina de Wimshurst y Van De Graaff. b. Experimente la Interacción entre las barras cargadas y la esfera de tecnoport que está suspendida en el péndulo eléctrico III-a MAQUINA DE WIMSHURST 1) Identifique las partes de las máquinas electrostáticas 2) Gire lentamente la manivela en sentido horario, los conductores transversales deben señalar, por arriba, hacia la izquierda y por debajo, hacia la derecha, en un ángulo de 45°, en relación con la barra de aislamiento. 3) Mantenga el interruptor de aislamiento abierto y anote lo observado. 4) Ahora cierre el interruptor, anote lo observado. 5) Conecte las botellas de Leyden, anote lo observado. Los pasos 2, 3 y 4 se efectúan girando las manivelas del equipo. 6) Determine la polaridad del generador electrostático por medio de un electroscopio. Este último se carga con un electrodo y se toca luego con una barra de plástico previamente frotada con lana, anote el signo de la carga.


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7) Ahora acerque una lámpara de fluorescente y anote lo observado, identifique la polaridad de la lámpara. 8) Descarga de punta; colocar la rueda de punta sobre el rodamiento de agujas en el soporte, conectar la fuente de carga y transmitir la carga, anote lo observado.

9) Juego de campanas; (figura -07) colocar sobre el juego de campanas, conectar la fuente de carga y aumentar lentamente la carga suministrada, anote lo observado.

10)Tablero de destellos; ( figura -08) colocar el tablero de destellos en el soporte, conectar las fuentes de carga y aumentar lentamente el volumen de la carga suministrada, anote lo observado.

III-b. PÉNDULO ELÉCTRICO


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1) Acerque cualquiera de las barras, sin frotarla, a la esfera de tecnoport que está suspendida en el péndulo eléctrico como muestra la ilustración 5. Anote lo observado. 2) Frote la barra de acetato con el paño de seda, luego acérquela a la esfera de tecnoport. Repita la operación frotando la barra de vinilito. Anote sus observaciones. 3) Ponga frente a frente dos esferas de tecnoport suspendidas en los péndulos eléctricos. A continuación frote la barra de vinilito con el paño de lana, luego toque a la esfera 1 y a la esfera 2. Anote sus observaciones. 4) Frote nuevamente la barra de acetato con el paño de seda y la barra de vinilito con el paño de lana y toque la esfera 1 con la barra de acetato y a la esfera 2 con la barra de vinilito. Anote sus observaciones. 5) Asigne el nombre que usted desee a las cargas eléctricas obtenidas en los pasos 3 y 4. 6) Frote nuevamente la barra de acetato con el paño de seda, luego toque la esfera 1 y la esfera 2. Anote sus observaciones. 7) Frote nuevamente la barra de vinilito con el paño de lana, luego acérquela a la esfera 1 y esfera Anote sus observaciones. 8) Acerque sin tocar la barra de acetato a la esfera 1, simultáneamente acerque sin tocar. la barra de vinilito a la esfera 2. Anote sus observaciones. 9) La ilustración 3 nos muestra un electroscopio, aparato que nos permite observar si un cuerpo está electrizado o no lo está. Acerque la barra de acetato previamente frotada con el paño de seda a la esfera metálica del electroscopio. Anote sus observaciones. 10)Manteniendo cerca de la esfera metálica, la barra de acetato, coloque un dedo de su mano sobre la esfera. Anote sus observaciones.

11) Manteniendo cerca de la esfera metálica la barra de acetato, retire el dedo que había colocado sobre ella. Anote sus observaciones. Laboratorio de Física III

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12)Retire la barra de acetato de la vecindad de la esfera metálica. Anote sus observaciones. 13)Repita los pasos 7, 8, 9 y 10 con la barra de vinilito que ha sido previamente frotada con el paño de lana.

IV. CUESTIONARIO 1. ¿Cómo puede usted determinar el signo de las cargas de las esferas de tecnoport? Explique. Por medio de la inducción magnética cargamos con carga positiva o negativa a la esfera de tecnoport. Lo acercamos lentamente a la máquina de Van de Graff cargada negativamente y observamos si se atrae o se repele.

2. En las experiencias efectuadas, ¿cómo podría aplicar el principio de superposición? Explique. El principio de superposición es una herramienta matemática que permite descomponer un problema (que es difícil de comprender si se ve en todo el sistema) en dos o más sub problemas simples (fáciles de abstraer). De este modo usando los sub problemas se comprende el original, esto es, la suma o superposición de los sub problemas es equivalente al problema original. En los experimentos realizados se puede usar el principio de superposición en la comprensión de los fenómenos observados por ejemplo: Evaluar qué carga tiene cada bola de acero, a qué distancia se encuentran, en qué sentido gira la máquina de Wimshurst si esta tiene un objeto que hace que las cargas se orienten siempre al mismo sentido, que tanto afecta la humedad en la máquina de Wimshurst, si la máquina de Wimshurst está conectada a otro objeto del experimento, porque se atraerían o repelerían, etc. Es decir al analizar cada parte del sistema comprenderíamos el sistema y su funcionamiento completo.

3. ¿Del experimento realizado, se puede deducir qué tipo de carga se traslada de un cuerpo a otro? Sí, para comprender qué cargas se trasladan de un cuerpo a otro primero se debería haber probado qué tipo de carga posee el cuerpo, esto se puede lograr acercando una carga de prueba (de carga positiva y que sea puntual) si se repele entonces el

cuerpo tiene carga positiva mientras si es atraída el cuerpo está cargado negativamente.


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Luego de haberlas identificado podemos deducir qué tipo de cargas se trasladan, estas cargas son flujos de electrones que irán al cuerpo que está cargado negativamente (con exceso de electrones) al cuerpo que está cargado negativamente (con déficit de electrones), una vez concluido este proceso los cuerpos se neutralizarán.

4. Enumere

los

tipos

de

electrización,

explique

cada

caso.

a) Por fricción: Cuando dos cuerpos descargados se frotan uno con otro se transmiten espontáneamente cargas negativas (electrones) de un cuerpo a otro quedando la que pierde electrones cargada positivamente y la otra negativamente. b) Por contacto: Se puede cargar un cuerpo neutro con otro cuerpo previamente cargado positiva o negativamente. En este caso ambos quedan cargados con el mismo tipo de carga, es decir, si se pone en contacto un cuerpo neutro con otro de carga negativa, el primero debe quedar con carga negativa. c) Por inducción: Cuando un cuerpo “A” con carga positiva o negativa se acerca (sin contacto) a otro “B” descargado, las cargas positivas o negativas de este último se agrupan en dos regiones distintas del mismo. Luego cuando se aleja el cuerpo “A”, desaparece este reagrupamiento de las cargas del cuerpo “B”. d) Por efecto fotoeléctrico: Sucede cuando se liberan electrones en la superficie de un conductor al ser irradiado por luz u otra radiación electromagnética. e) Por electrólisis: Descomposición química de una sustancia, producida por el paso de una corriente eléctrica continua. f) Por efecto termoeléctrico: Significa producir electricidad por la acción del calor. g) Por efecto termoiónico: Es la ionización producida por el calor. A altas temperaturas los electrones que vibran cada vez más fuerte, pueden escapar del cuerpo; quedando el cuerpo cargado positivamente.


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5. ¿Por qué el cuerpo humano es un buen conductor de la electricidad? Explique detalladamente. El cuerpo humano conduce electricidad porque el mismo consta de agua ionizada, un buen conductor de electricidad. De acuerdo con la electrofisiología, ciencia que estudia las reacciones que produce la corriente eléctrica, cada uno de los tejidos de nuestro cuerpo reacciona cuando una descarga circula por el organismo y los efectos biológicos dependen de su intensidad El riesgo de electrocución para las personas se puede definir como la "posibilidad de circulación de una corriente eléctrica a través del cuerpo humano". Así, se pueden considerar los siguientes aspectos, para que exista posibilidad de circulación de corriente eléctrica es necesario:  Que exista un circuito eléctrico formado por elementos conductores  Que el circuito esté cerrado o pueda cerrarse  Que en el circuito exista una diferencia de potencial mayor que cero

6. En la ilustración 6 considere que la bola 1 tiene una carga Q y la bola 2 está descargada. Considere además que las bolas tiene igual radio r. ¿Qué sucederá?

Si ambas esferas no entran en contacto; entonces como la esfera 1 está cargada eléctricamente con “Q”, la esfera 2 se polarizará; es decir si la esfera 1 está cargada positivamente la zona de la esfera 2 más cercana a la esfera 1 se cargará negativamente y el otro extremo quedaría con carga negativa; de manera opuesta Laboratorio de Física III

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si la esfera 1 está cargada negativamente la zona más cercana de la esfera 2 a la esfera 1 adquirirá una carga positiva y el otro extremo carga negativa.

7.

Siguiendo con la ilustración 6, suponga que mediante algún deslizamiento del hilo la esfera 1, que contiene una carga Q, se pone en contacto con la esfera 2, que está descargada ¿Qué es lo que se observará?. ¿Cuál será la carga que adquiere de la esfera 2?



Si ambas esferas entran en contacto, entonces los electrones de la esfera 1 cargada con “Q”, se transferirán hacia la esfera 2, hasta que la carga eléctrica del sistema encuentre el equilibrio, que sucederá cuando cada esfera quede con una carga eléctrica de “Q/2”; luego de esto como ambas esferas tendrán la misma carga eléctrica se repelerán.

8. Respecto a la pregunta 6, suponga ahora que la bola 1 tiene un radio 2r y la bola 2 un radio r. Si la bola 1, que contiene una carga Q, se pone en contacto con la bola 2; ¿Cuál será la carga que adquiere de la esfera 2? Esfera 1 2r

Q

Esfera 2 r

Q ´=0

Esfera 1 Esfera 2 2r r

q1

q2

Por la ley de la conservación de la carga eléctrica, tenemos:

∑ carga inicial=∑ carga final Q+0=q1 +q 2 Q=q 1 +q2 … …( α ) Ahora sabemos que cuando las esferas se ponen en contacto, la carga eléctrica se compartirá entre ambas de manera proporcional a su volumen, entonces:


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q1 v 1 4/3 π (2 r)3 = = q2 v 2 4 /3 π (r )3

q1 8 = q2 1

q1 =8 q2 Reemplazando en la ecuación (α):

Q=8 q 2 +q2 Q=9 q 2 q 2=Q/9 Entonces la esfera 2 queda con una carga igual a

Q/9 .

9. En un experimento de electrostática se observa que la distancia entre las esferas idénticas 1 y 2, inicialmente descargadas es de 10 cm (Ilustración 6). Luego de transmitirles la misma carga q a ambas esferas estas se separan hasta 20 cm. ¿Cuál es el valor de esta carga, si la masa de cada una de ellas es de 4g y la longitud de los hilos en los que están suspendidas las esferas es de 25 cm?


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Graficamos el diagrama de cuerpo libre: T: Tensión m: Masa=5g g: Gravedad=9.8m/s2 d: Distancia=0.16 m α: Angulo entre la ubicación inicial y final de las esferas = 11.537° En Y: Tcosα = mg En X: Tsenα = F De las ecuaciones tenemos: F = mg tanα F = (4)(9.8)(tanα) = 9.996 N Por ley de Coulomb:

F = (k|q||q|)/d2

Despejando q:

q = √(F* d2/K)

q = √((9.996*0.04)/(9*109)) = 6.66574*10-6 C

10. Un objeto cargado positivamente se acerca a la esfera de un electroscopio y se observa que las laminillas se cierran; y cuando se sigue acercando, sin tocar la esfera, de pronto las hojuelas se abren. ¿Qué tipo de carga tiene el electroscopio?


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El electroscopio tendría carga positiva ya que para que las hojuelas se abran al momento que el objeto cargado esta lo más cerca posible, solo se da cuando el electroscopio tiene la misma carga que el objeto cargado que se está acercando al electroscopio.

11. Que función cumplen las botellas de Leyden en la máquina de Wimshurst, explique detalladamente. Las botellas de Leyden cumplen principalmente la función de condensadores, el cual permite almacenar cargas eléctricas, es un dispositivo eléctrico realizado con una botella de vidrio y además es considerado el primer tipo de condensador. Su aplicación más conocida es la que hemos visto en el laboratorio con la máquina de Wimshurst. Al ser condensadores y almacenar carga eléctrica, se les encontró utilidad en la máquina de Wimshurt, ya que en si las cargas electrostáticas creadas por la fricción que se da al girar el disco ya produce una carga eléctrica, pero esta puede aumentar en intensidad gracias a las botellas de Leyden añadidas, ya que estas son capaces

de desarrollar altos potenciales eléctricos incluso del orden de kilovatios. La corriente generada viaja a través de unos metales que guían toda la carga a las botellas de Leyden para que luego puedan ser liberadas con mucha mayores intensidades.

12. Durante el uso del generador electrostático se percibe un olor característico, investigue a que se debe. Explique detalladamente. Cuando se producen las chispas el oxígeno de aire (O2) los enlaces entre estas dos moléculas cercanas a las chispas se destruyen, y se encuentran a una molécula de O2, entonces tras la reacción química de O y O2 se obtendría O3, desprendiendo un olor a acre y a grandes concentraciones de ozono este toma un color azulado oscuro. Por lo tanto en el uso del generador electrostático como no se trabajó durante mucho tiempo y no se concentró, por lo que no se pudo observar el cambio de olor.

13. Explique a que se debe el efecto de rodamiento o giro del proceso experimental 7. Se debe que al ser conectado se cargan las paletas del molino, se genera un campo eléctrico produciendo el giro. 14. Explique por qué el péndulo de bolitas de sauce se repelen, puede ud. Determinar el signo de la carga? Proceso experimental B


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Al entrar en contacto con la barra, ambas bolitas se repelen ya que adquieren la carga de la barra que es negativa. 15. En el procedimiento 9 (pantalla de seda) a que se debe que los hilos de seda se extienden. Explique Esta experiencia no se llego a realizar en el laboratorio, pero se puede deducir que los hilos de seda se extienden ya que tienen la misma carga.

17. explique. ¿Porque se produce el efecto destello en el tablero de destellos? Proceso experimental numero 11 Se produce por efecto de las cargas al aumentarlas. 18. en el proceso 12, explique porque se desplazan las bolitas de sauco Por la presencia de las cargas 19. que ocurre con el humo en el aparato fumívoro cuando se conecta con la fuerza de carga, explique .proceso experimental 13 No observamos 20. mencione al menos 3 aplicaciones del equipo de van der graff 

El generador de Van der Graff se ha utilizado para la producción de rayos X que son muy utilizados en el campo de la medicina.



Se usa además para eliminar microorganismos y virus de alimentos. (Esterilización)



Es la base para varios experimentos en el campo de la física de partículas y física nuclear.


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V.




Un ejemplo muy común del campo eléctrico en la vida real se produce en las bocinas, ya que sin este no habría resonancia y por lo tanto tampoco sonido



Otro ejemplo es en las generadoras de presas hidroeléctricas, ya que con el agua hacen girar un generador que produce electricidad en base a un campo eléctrico



Este tipo de generador tiene una intensa utilización en la investigación de la física nuclear. Los generadores van de Graff reciben diferencias de potencial de hasta 20 millones de voltios. Los protones acelerados a través de diferencias de potencial tan grandes reciben suficiente energía para iniciar reacciones nucleares entre ellos y entre diferentes núcleos objetivo.

CONCLUCION Las cargas no son visibles y se conservan pero podemos detectar su existencia por diferentes aparatos

VI. REFERENCIAS o o o o o

http://www.youtube.com/watch?v=jMklJWrHq7k -https://es.wikipedia.org/wiki/Generador_de_Van_de_Graaf -física 3, Regulo A. Sabrera Alvarado /Walter Perez Terrel http://giigohellboygaona.blogspot.com/ http://www.solociencia.com/fisica/carga-electrica-forma-cargarcuerpo.htm


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