Cargas eléctricas. Introducción: En esta práctica trabajaremos la carga eléctrica y ley l ey de Coulomb. El propósito de esta práctica es analizar la dependencia de las fuerzas de interacción Fe entre dos pequeñas esferas revestidas de metal, con la r distancia entre las mismas. partir del análisis del video con el programa y las grá!cas obtenidas, buscaremos obtener el valor de la Fe, también del valor de r, y !nalmente deduciendo de la e"presión cuántica de la #ey de Coulomb, despejar y obtener el valor de la carga.
Marco Teórico: #a car carga eléc eléctr tric ica a es una una de las las prop propie ieda dade des s bási básica cas s de la mate materi ria. a. unq unque ue la comprensión e"tensa de sus manifestaciones se resistió durante siglos al escrutinio de la ciencia, ya $acia el año %&& a. C. los !lósofos griegos describieron con detalle el e"perimento por el cual una barra de ámbar frotado atrae pequeños pedacitos de paja u otro material ligero 'electrización por frotamiento(. )or su natura naturalez leza a eléctr eléctrica ica,, los cuerpo cuerpos s f*sico f*sicos s se clasi! clasi!can can en conduc conductor tores, es, que tran transm smit iten en la elec electr trici icida dad d fáci fácilm lmen ente te,, y aisl aislan ante tes s o diel dieléc éctr tric icos os,, que que opon oponen en una una resis resisten tencia cia elevad elevada a a su paso. paso. #os #os semico semicondu nducto ctore res s prese presenta ntan n una conduc conductiv tivida idad d intermedia entre estas dos clases.
Cargas eléctricas #a esencia de la electricidad es la carga eléctrica. Esta cualidad e"iste en dos clases distintas, que se denominan cargas positivas y negativas. #as cargas eléctricas de la misma clase o signo se repelen mutuamente y las de signo distinto se atraen. En realidad, la carga eléctrica de un cuerpo u objeto es la suma de las cargas de cada uno de sus constituyentes m*nimos+ moléculas, átomos y part*culas elementales. )or ello se dice que la carga eléctrica está cuantizada. demás, las cargas se pueden mover o intercambiar, pero sin que se produzcan cambios en su cantidad total 'ley de conservación de la carga(. #a electrización de un cuerpo se consigue e"trayendo del mismo las cargas de un signo y dejando en él las de signo contrario. En tal caso, el cuerpo adquiere una carga eléctrica neta no nula. e denomina electrizaci ación al efecto de ganar o perd erder cargas eléctricas, normalmente electrones, producido por un cuerpo eléctricamente neutro. #os tipos de electri!cación son los siguientes+
Electrización por contacto+ Cuando ponemos un cuerpo cargado en contacto con un conductor se puede dar una transferencia de carga de un cuerpo al otro y as* el conductor queda cargado, positivamente si cedió electrones o negativamente si los ganó.
Elec El ectri triza zaci ción ón po porr fr fric icció ción+ n+ Cu Cuan ando do fr frot otam amos os un ai aisl slan ante te co con n ci cier erto to ti tipo po de materiales, algunos electrones son transferidos del aislante al otro material o
viceversa, de modo que cuando se separan ambos cuerpos quedan con cargas opuestas.
Carga por inducción+ i acercamos un cuerpo cargado negativamente a un conductor aislado, la fuerza de repulsión entre el cuerpo cargado y los electrones de valencia en la super!cie del conductor $ace que estos se desplacen a la parte más alejada del conductor al cuerpo cargado, quedando la región más cercana con una carga positiva, lo que se nota al $aber una atracción entre el cuerpo cargado y esta parte del conductor. in embargo, la carga neta del conductor sigue siendo cero 'neutro(.
Fuerza eléctrica #os fenómenos de la electrización y la conducción pueden e"plicarse como el resultado de la acción de fuerzas eléctricas. Entre dos cargas pró"imas inicialmente en reposo siempre se establece un tipo de fuerzas, llamadas electrostáticas, de tal forma que, si las part*culas cargadas son su!cientemente pequeñas como para que puedan considerarse puntuales, se cumple en las siguientes condiciones+ #a fuerza establecida entre ambas tiene una dirección que coincide con una l*nea recta imaginaria que une las dos cargas. #a fuerza ejercida sobre una carga apunta $acia la otra cuando las dos tienen distinto signo 'fuerza atractiva(. Mayor carga El sentido de la fuerza se dirige $acia el lado opuesto de la positiva Aire carga cuando ambas tienen el mismo signo 'fuerza repulsiva(. •
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Escala triboeléctrica #a palabra -tribo- signi!ca rozar, pero la electrización no es un fenómeno de rozamiento, es un fenómeno de contacto. e puede escribir una escala triboeléctrica basada en la carga que adquieren los distintos materiales al ponerse en contacto y rozar unos con otros. e ordenan de manera que puestos en contacto y separados dos materiales descargados, aquel que se lleve más electrones quedará cargado negativamente y el que quede con menos positivamente.
#ey de Coulomb
Piel humana Cuero Vidrio Cuarzo Pelo humano Nylon Lana Plomo Piel de gato Seda Acrílico Globo de goma esinas Goma dura Ní!uel" Cobre Azu#re $ronce" Plata Goma sint%tica Poli%ster Vinilo &PVC' (e)*n Goma de Silicona +bonita Mayor carga negativa
#a magnitud de las fuerzas eléctricas de atracción y repulsión entre cargas se rige por el principio fundamental de la electrostática, también llamado #ey de Coulomb. Esta ley establece que la fuerza de atracción 'o repulsión( entre dos cargas eléctricas puntuales de distinto 'o igual( signo es directamente proporcional al producto del valor de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa+
Procedimiento: Cargas eléctricas Actividad . mportante+ )ara realizar esta parte a(, los dos péndulos deben encontrarse posicionados como lo muestra la !gura /
Figura
Figura !
a(
)rimeramente frotar la varilla de ebonita 'varilla oscura( con la tela de "oliéster celeste 'el color es sólo a efectos de usar siempre la misma(.#uego acercar la varilla a uno de los péndulos $asta que estén en contacto unos segundos. )osteriormente alejar la varilla y volver a acercarla al péndulo. 0acer lo mismo con el otro péndulo. b( 1epetir lo realizado en la parte a(, y a continuación girar lentamente uno de los péndulos 'a2ojando la nuez que lo sujeta en el soporte( de forma que queden posicionados como muestra la !gura 3.
4bservaciones+ l acercar los péndulos uno con el otro, se observó que se repelen. Esto se debe a que la varilla de ebonita cargó a los dos péndulos de la misma forma, en este caso negativamente 'tabla triboeléctrica(, por ende concluimos que al $aber dos cuerpos cargados con el mismo signo se repelen entre s*.
Actividad !. mportante+ ntes de realizar esta actividad, se debe tocar los péndulos con las manos a !n de descargarlos. Esto se debe a que, al estar los péndulos cargados negativamente y las manos estén con una carga neutra, al mantener contacto entre s*, los electrones son transferidos al cuerpo neutro, en este caso las manos. 5e este modo el péndulo quedará con una carga neutra. a( 6rotar a$ora la varilla de acr#lico con la tela de "oliéster cercar la varilla a uno de los péndulos $asta que estén en contacto unos segundos. )osteriormente alejar la varilla y volver a acercarla al péndulo. 0acer lo mismo con el otro péndulo b( 1epetir lo realizado en la parte a, y a continuación girar lentamente uno de los péndulos 'a2ojando la nuez que lo sujeta en el soporte( de forma que queden posicionados como muestra la !gura 3. 4bservaciones+ l acercar los péndulos uno con el otro, se observó que se repelen. Esto se debe a que la varilla de acr*lico cargó a los dos péndulos de la misma forma, en este caso positivamente 'tabla triboeléctrica(, por ende concluimos que al $aber dos cuerpos cargados con el mismo signo se repelen entre s*.
Actividad $.
a% 6rotar la varilla de acr#lico con la tela de "oliéster roja. cercar la varilla a uno de los péndulos $asta que estén en contacto unos segundos. )osteriormente alejar la varilla y volver a acercarla al péndulo. b% 0acer lo mismo con el otro péndulo pero utilizando la varilla de ebonita con la tela de "oliéster celeste. continuación girar lentamente uno de los péndulos 'a2ojando la nuez que lo sujeta en el soporte( de forma que queden posicionados como muestra la !gura 3. 4bservaciones+ l acercar los péndulos uno con el otro, se observó que se atraen. Esto se debe a que cada una de las varillas cargo de diferente forma los péndulos con los que estuvieron en contacto, en este caso positivamente fue cargado el péndulo que mantuvo contacto con la varilla de acr*lico y la otra con la que se utilizo una varilla de ebonita, negativamente 'tabla triboeléctrica(, por ende concluimos que al $aber dos cuerpos cargados con diferente signo se atraen.
Conclusión: #uego de realizar esta serie de actividades, podemos decir que nuestra $ipótesis de que, los cuerpos con cargas de igual signo se repelen y con signo contrario se atraen, fue veri!cada e"itosamente.
