República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación U.E.C.A. Dr. “Braulio Pérez Marcio”
Área: Física 5° “C”
Profesor:
Integrantes:
Arlenis Navarro
Carla Carnevali Daniela Centeno Betzimar Díaz Elisa Marcano
Maturín, 04/11/13
Introducción
La carga eléctrica constituye una propiedad fundamental de la materia. Se manifiesta a través de ciertas fuerzas, denominadas electrostáticas, que son las responsables de los fenómenos eléctricos. Su influencia en el espacio puede describirse con el auxilio de la noción física de campo de fuerzas. El concepto de potencial hace posible una descripción alternativa de dicha influencia en términos de energías. El comienzo de su estudio se sitúa hacia el año 600 a. C., cuando el filósofo griego Tales de Mileto observó que frotando una varilla de ámbar con una lana o piel, se obtenían pequeñas cargas que atraían pequeños objetos, y frotando mucho tiempo podía causar la aparición de una chispa. Cualquier trozo de materia puede adquirir cargas eléctricas, por medio de tres diferentes formas de electrización, las cuales se estudiarán y estarán presentes en las experiencias seguidas contenidas en este informe. Además se observará la ley de repulsión y atracción de cargas eléctricas, a través de un electroscopio y otros materiales que serán de utilidad para detectar cargas eléctricas en la materia. Se debe recordar que las cargas eléctricas se dividen en dos tipos, las positivas y negativas; las positivas, que son las cargas del protón, y las negativas, las cargas del electrón, una vez que hay un exceso de cualquiera de éstas dos partículas se dice que un cuerpo está cargado. El estudio de las cargas eléctricas y el desarrollo de la electrostática nos ha permitido aprovechar el fenómeno de la electricidad y usarlo para una infinidad de cosas inventadas hasta el momento, que son tan parte de nuestra vida que no podríamos imaginar cómo vivir sin corriente eléctrica o cualquier aparato electrónico, y que todavía faltan por crear. Esta es una de las razones de la gran importancia que tienen estos fenómenos para el ser humano; el estudio de las cargas eléctricas ha evolucionado el mundo. En este informe por medio de prácticas se investigará y estudiará un poco de las bases de la electrostática con el propósito de aprender cómo actúan las cargas en los materiales y entre ellas.
Marco Teórico:
Protón: Es una partícula elemental constituyente del núcleo de cualquier átomo.
El número de protones en el átomo determina el número atómico y las propiedades químicas del átomo en cuestión. Poseen carga positiva de 1,6 x1o-19 Coulomb. Electrón: Partícula elemental que constituye parte de cualquier átomo. Los
electrones de un átomo giran en torno a su núcleo, formando la denominada corteza eléctrica. En condiciones normales un átomo tiene el mismo número de protones que electrones. Posee carga negativa de -1,6 x1o-19 Coulomb. Electrostática: Rama de la Física encargada del estudio de las cargas eléctricas,
las fuerzas que se ejercen sobre ellas y su comportamiento en los materiales. Electricidad: Es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y
flujo de cargas eléctricas. Electrización: Es uno de los fenómenos estudiados por la electrostática. Se dice
que un cuerpo ha sido electrizado cuándo se le dota de propiedades eléctricas, es decir, adquiere cargas eléctricas. La materia contiene dos tipos de cargas eléctricas, denominadas positivas y negativas. Los objetos no cargados (neutros) poseen cantidades iguales de tipo de carga. Un cuerpo tiene la capacidad de de transferir la carga a otro cuerpo, cuando esto pasa uno de los cuerpos adquiere un exceso de carga positiva y el otro un exceso de carga negativa. En cualquier proceso la carga total no cambia. Cargas Eléctricas: la fuerza eléctrica es producida por una propiedad de la
materia denominada carga eléctrica. Está propiedad se da cada vez que cuándo cuerpos se transfier en cargas del uno a otro y se dice que quedan “ Cargados”. Si no experimenta fuerza eléctrica se dice que es eléctricamente neutro.
Las cargas de igual signo se repelen y las que tienen distinto signo se atraen. Materiales aisladores y conductores:
Cuándo un cuerpo es electrizado, sus cargas eléctricas bajo la acción de las fuerzas correspondientes se redistribuyen hasta alcanzar
una
situación
de
equilibrio.
Algunos cuerpos ponen muchas dificultades al movimiento de las cargas eléctricas por su interior y sólo permanece cargado el lugar donde se depositó la carga neta. Otros, por el contrario, facilitan tal redistribución de modo que la electricidad afecta finalmente a todo el cuerpo. Los primeros se denominan aisladores y los segundos conductores. Formas de electrización:
Cuando un cuerpo cargado eléctricamente se pone en contacto con otro inicialmente neutro, puede transmitirle sus propiedades eléctricas. Este tipo de electrización denominada por Contacto se caracteriza porque es permanente y se produce tras un reparto de carga eléctrica que se efectúa en una proporción que depende de la geometría de los cuerpos y de su composición. Existe, no obstante, la posibilidad de electrizar un cuerpo neutro mediante otro cargado sin ponerlo en contacto con él. Se trata, en este caso, de una electrización a distancia o por inducción o influencia. Si el cuerpo cargado lo está positivamente la parte del cuerpo neutro más próximo se cargará con electricidad negativa y la opuesta con electricidad positiva. La formación de estas dos regiones o polos de características eléctricas opuestas hace que a la electrización por influencia se la denomine también polarización eléctrica. A diferencia de la anterior este tipo de electrización es transitoria y dura mientras el cuerpo cargado se mantenga suficientemente próximo al neutro. Finalmente, un cuerpo puede ser electrizado por frotamiento con otro cuerpo, por efecto de la fricción, los electrones externos de los átomos de un cuerpo son liberados y cedidos a otro, con lo cual ésta queda
cargada negativamente y aquél positivamente. En cualquiera de estos fenómenos se pierden o se ganan electrones, pero el número de electrones cedidos por uno de los cuerpos en contacto es igual al número de electrones aceptado por el otro, de ahí que en conjunto no hay producción ni destrucción de carga eléctrica. Electroscopio: El electroscopio es un instrumento que permite detectar la
presencia de cargas eléctricas en un cuerpo e identificar el signo de la misma. Se carga por contacto de un material ya cargado. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electriza y las laminillas cargadas con igual signo de electricidad se repelen, separándose, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido. La fuerza de repulsión electrostática se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera y las láminas, al perder la polarización, vuelven a su posición normal. Cuando un electroscopio se carga con un signo conocido, puede determinarse el tipo de carga eléctrica de un objeto aproximándolo a la esfera. Si las laminillas se separan significa que el objeto está cargado con el mismo tipo de carga que el electroscopio. De lo contrario, si se juntan, el objeto y el electroscopio tienen signos opuestos. 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. Para descargarlo debe acercarse a la esfera el material con que fueron frotadas las barras.
Objetivos:
General:
Estudiar las cargas eléctricas, su comportamiento y elaborar instrumentos para detectarlas.
Específicos:
Estudiar el comportamiento de las cargas eléctricas a través de diversos materiales e instrumentos.
Construir un electroscopio casero para conocer su funcionamiento y poder detectar e identificar cargar eléctricas.
Metodología:
Materiales
Bandeja de anime
Alambre de Cobre
Papel Aluminio
Pinzas
Envase de Vidrio (mayonesa)
Tornillo
Carpeta de acetato
Varilla Plástica de las carpetas de acetato
Tijeras
Cilantro deshidratado
Orégano deshidratado y molido
Papel plástico transparente Alambre de Cobre
Globo
Papel
Procedimiento y Diagrama de Montaje:
Actividad 1: Se colocó en la bandeja de anime, el orégano y el cilantro deshidratado, luego se envolvió dicha bandeja con papel envolvente. Sin presencia de humedad se frotó, en una sola dirección, con la mano el papel envolvente de la bandeja. Actividad 2: Se infló de aire el globo, y se frotó enérgicamente el mismo con el cabello de una persona. Previamente se cortó con las tijeras papel en trozos muy pequeños y se dejaron agrupados en la mesa de trabajo; una vez que se hubo cargado el globo, se acercó a los papeles cortados y se observó la reacción. Lo mismo se hizo con el palito de plástico de la carpeta que se frotó con la misma y se acercó a los papeles. Actividad 3: Se procedió a construir un electroscopio casero, para ello se tomó el envase de vidrio (de mayonesa) y al centro de la tapa, con el tornillo, se le abrió un agujero. Con las pinzas se corto un pedazo de alambre de cobre que llegara aproximadamente a la mitad del envase de vidrio y que sobresaliera unos 2 cm a través del agujero de la tapa. Se hizo una pequeña bola de aluminio que se insertó en la parte sobrante del alambre a la tapa del
envase. El otro extremo del alambre, dónde no se colocó la bola de aluminio, se dobló hacia arriba un poco para poder insertarle dos láminas de aluminio cortadas con las tijeras exactamente del mismo tamaño y de forma ovalada. Luego de concluir esto se enroscó la tapa con el alambre y el aluminio en el envase de vidrio. La carpeta de acetato y el palito de plástico de la misma, se frotaron de modo que el palito de plástico quedara cargado, también se intentó cargando un globo con cabello y estos se aproximaron a la bola de aluminio insertada sobre la tapa del envase, y se esperó que ocurriera el fenómeno esperado, particular de este instrumento.
Resultados:
Actividad 1: Luego de que se frotó como se dijo anteriormente, en una sola dirección, el cilantro y el orégano que estaban contenidos entre la bandeja y el papel envolvente se elevó y se pegó a dicho papel, esto ocurrió por la electrización de los cuerpos por frotamiento. Actividad 2: Al acercar el globo y el palito a los papeles estos se elevaron y se pegaron al globo y al palito; esto ocurrió por el mismo principio que en la primera actividad,
ya que gracias a que fue frotado con el cabello de una persona recibió una carga electrostática, lo que permitió que por diferencias de cargas eléctricas con los papeles, estos fueran atraídos a él. Actividad 3: Al hacer contacto el palito cargado o el globo con la bola de aluminio del electroscopio, las dos láminas que estaban en el mismo alambre, pero en el extremo opuesto, se separaron un poco. Al alejar el palito del electroscopio luego de un instante se devolvieron a su posición original.
Análisis y Conclusiones: En las primeras dos actividades se explican dos de las formas de
electrización, por: Frotamiento e Inducción. Al frotar el globo con el cabello de una persona estos adquieren cargas diferentes quedando el globo con carga negativa, al ocurrir esto por ende los electrones quedan agrupados en la superficie externa del globo; cuando este se acerca a los trozos de papel, por inducción estos quedan cargados positivamente y en base a que cargas de signo contrario se atraen, los pedacitos de papel se atrajeron al globo y quedaron pegados a él. En la tercera actividad se construyó un modelo casero de un electroscopio, su funcionamiento se explica en que el electroscopio, al hacer contacto con el objeto cargado (el palito plástico), se cargó con el tipo de carga que este presentaba, y al tener la misma, respondiendo a la ley de atracción y repulsión de cargas, estas láminas se separaron una de la otra. Al alejar el palito cargado
de la bola de aluminio se volvieron a la normalidad pues poco a poco el electroscopio pierde su carga gracias a la conductividad eléctrica del aire producida por su contenido en iones.
Las láminas se separaron un espacio extremadamente pequeño, esto ocurrió en consecuencia a un error en el momento que se construyó el instrumento, pues el alambre de cobre era muy grueso para la pequeña intensidad de energía y el envase de vidrio estaba un poco húmedo. Éstas no eran condiciones favorables para que el aparato funcionara correctamente.
De estos experimentos se concluye que, en la idea de que la materia está constituida por átomos y estos a su vez por partículas con cargas positivas y negativas (protones y electrones, respectivamente); y los objetos no cargados poseen cantidades iguales de cada tipo de carga. Cuándo un cuerpo es electrizado con cualquiera de los tipos de electrización existe un flujo de cargas entre los cuerpos involucrados. Algunos cuerpos están más susceptibles a perder electrones y otros a ganarlos, cuándo uno de los cuerpos adquiere un exceso de carga positiva, gracias a la perdida de electrones se dice que es más positivo en la serie triboeléctrica y sí presenta un exceso de carga negativa, gracias a la adquisición de electrones, entonces se dice que es más negativo en la serie triboeléctrica. En cualquier proceso que ocurra en un sistema aislado, la carga total o neta no cambia. Además se concluye que los objetos cargados con cargas del mismo signo, se repelen y los objetos cargados con cargas de distinto signo, se atraen.
