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LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO Nº 1
FUERZA ELECTROSTATICA
ANDREA CAROLINA CUADRO JACOME
CAROLINA PATRICIA HERRERA DAVID
LUIS GUILLERMO VALLE ROJAS
JULIO ELIAS VASQUEZ ROJAS
JORGE LEONARDO PADILLA CORDOBA
PROF. JUAN PACHECO FERNANDEZ
GRUPO 12
UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR
FACULTAD DE INGENIERIAS Y TECNOLOGICAS
VALLEDUPAR – CESAR
2015
INTRODUCCION
La electrostática es la parte de la física que estudia la electricidad en reposo,
se preocupa de la medida de la carga eléctrica de la cantidad de electricidad
presente en los cuerpos y, en general en todo tipo materia, y de los fenómenos
asociados a las cargas eléctricas en reposo.
En esta práctica se cargaron cuerpos eléctricamente por frotamiento y se
observaron sus características e interacción con otros cuerpos; la fuerza
electromagnética es la interacción que se origina entre cuerpos que poseen
carga eléctrica, es una de las cuatro fuerzas fundamentales que existen en la
naturaleza; si las cargas se encuentran en reposo, la interacción entre ellas se
conoce como fuerza electrostática, dependiendo del signo que posean las
cargas que interaccionan, la fuerza electrostática puede ser atractiva o
repulsiva, la intensidad y duración de la carga en el material frotado depende
de si este material es buen conductor como metal o no es conductor y se
considera aislante como el plástico y el vidrio. En este informe veremos las
características que poseen estos materiales al ser cargados eléctricamente por
frotamiento y su interacción con otros materiales.
OBJETIVO GENERAL
Analizar los fenómenos físicos que ocurren en el proceso de cargar
eléctricamente un cuerpo por frotamiento, determinando si el cuerpo posee
carga eléctrica con ayuda de un electroscopio.
MARCO TEORICO
Los átomos que están presentes en todos los cuerpos, están compuestos de
electrones, protones y neutrones. Los tres tienen masa pero solamente el
electrón y el protón tienen carga. El protón tiene carga positiva y el electrón
tiene carga negativa.
Si se colocan dos electrones (carga negativa los dos) a una distancia "r", estos
se repelerán con una fuerza "F".
Esta fuerza depende de la distancia "r" entre los electrones y la carga de
ambos. Esta fuerza "F" es llamada Fuerza electrostática. Si en vez de utilizar
electrones se utilizan protones, la fuerza será también de repulsión pues las
cargas son iguales. (Positivas las dos)
La fuerza cambiará de repulsiva a atractiva, si en vez de poner dos elementos
de carga igual, se ponen se cargas opuestas. (Un electrón y un protón)
El que la fuerza electrostática sea de atracción o de repulsión depende de los
signos de las cargas:

Cargas negativas frente a frente se repelen.

Cargas positivas frente a frente se repelen

Carga positiva frente a carga negativa se atraen

Un electrón con un neutrón no generan ninguna fuerza

Un protón con un neutrón no generan ninguna fuerza
Sean dos cargas puntuales q1 y q separadas a una distancia r, que se
encuentra en reposo con respecto al origen 0 del sistema de referencia inercial.
La fuerza que la carga q1 ejerce sobre q se denomina fuerza electrostática y
viene dada por la ley de Coulomb
Donde k es una constante denominada constante electrostática que depende
del medio y E0 es la permitividad eléctrica del vacío.
El vector ur es un vector unitario que va desde la carga q1 a la carga q de modo
que cuando ambas cargas tienen distintos signo (figura (a)) la fuerza
electrostática es de atracción, mientras que si tienen el mismo signo la fuerza
electrostática es de repulsión (figura (b))
Hay muchos experimentos sencillos que demuestran la existencia de fuerzas
electrostáticas. Por ejemplo, después de peinarse el pelo, puede comprobarse
que el peine atrae trocitos de papel. La fuerza de atracción electrostática es a
veces tan intensa que puede suspender los trocitos de papel en el aire. Se
produce el mismo efecto cuando se frotan otros materiales, como el vidrio o el
caucho.
CARGA ELECTRICA: La carga eléctrica es una propiedad de la materia que
permite
cuantificar
la
pérdida
o
ganancia
de
electrones.
La carga eléctrica q puede clasificarse como carga eléctrica positiva (protones)
y carga eléctrica negativa (electrones). Los fenómenos eléctricos se atribuyen a
la separación de las cargas eléctricas del átomo y su movimiento. Por esta
razón el concepto de carga eléctrica es la base para definir los fenómenos
eléctricos. La unidad de medida de la carga es el coulomb (C).
ELECTROSCOPIO: Envase cerrado sea de vidrio o metal dentro del cual se ha
instalado un soporte dieléctrico D por el cual pasa una varilla de metal
denominada electrodo E y que lleva en el extremo superior una pequeña esfera
de metal y en su parte inferior dos laminillas metálicas L. Sirve para determinar
si un objeto, por ejemplo una varilla tiene carga eléctrica. Para esto, el objeto
deberá acercarse a la esfera del electrodo central E.
FIGURA 1. PARTES DE UN ELECTROSCOPIO
Por ser el electrodo E un conductor, la carga que recibe distribuirá en toda su
superficie, en particular habrá carga en la parte inferior. Desde que las
laminillas puedan desplazarse entonces por tener un mismo tipo de carga, se
repelaran, quedando abierta, si recibe más carga, las laminillas se abrirán más.
MATERIALES Y EQUIPOS
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





2 barras de vidrio
2 barras de PVC o plástico
2 barras metálicas
1 pivote de aluminio
1 paño de seda
1 paño de lana
1 Electroscopio
FIGURA 2: Derecha a izquierda barras de PVC, barras de vidrio, barras metálicas, paño de seda,
Pivote, paño de lana.
FIGURA 3. ELECTROSCOPIO
PROCEDIMIENTO
1. Frote dos barras de PVC con el paño de lana, y coloque una barra sobre
el pivote y acérquele la otra barra de PVC. Igualmente frote dos barras
de vidrio con un paño de seda y realizar el mismo procedimiento.
Intercambiar las barras de PVC y vidrio. Anotar lo observado.
2. Acerque el plato del electroscopio a cada una de las barras frotadas.
Observar si hay deflexión en su hojilla.
3. Reemplazar la barra en el pivote por una barra metálica. Acercarle
primero una barra de PVC frotada, luego una de vidrio frotada y por
ultimo otra barra metálica. Observar el tipo de interacción en cada caso.
MONTAJE
En las siguientes imágenes se presentara el montaje realizado en el laboratorio
teniendo como guía el procedimiento anterior.
FIGURA 4. PVC – PVC
FIGURA 5. Vidrio - vidrio
FIGURA 6. Metal - Metal
ANALISIS DE RESULTADOS
Preguntas para el análisis
1. Explique a que se debe la atracción o repulsión de las barras
La atracción o repulsión se debe a su tipo de carga, si están cargadas ambas
del mismo signo ya sea ambas positivas o ambas negativas vamos a observar
una reacción de repulsión. Pero si tienen cargas diferentes (positiva-negativa)
observaremos una reacción de atracción. En otras palabras, dos objetos con
cargas de signo opuesto se atraen y dos cuerpos con cargas del mismo signo
se repelen.
2.
Qué puede decir sobre los tipos de carga que aparecen sobre las
barras de PVC y de vidrio
Estos materiales son aislantes, el tipo de carga de la barra de vidrio es positiva
y la de la barra de PVC es negativa, al frotar cada barra y acercarlas notamos
una fuerza de atracción, ya que están cargas con signos contrarios (positivo –
negativo), tenemos claro conceptualmente que signos contrarios se atraen. Al
realizar el experimento acercando entre si las barras de PVC que están
cargadas del mismo signo (negativo – negativo) y las barras de vidrio que están
cargadas del mismo signo (positivo – positivo) estas se repelen.
3.
De qué tipo es la carga que aparece en la hojilla del electroscopio al
acercarle un cuerpo cargado
Carga electrostática
4.
Por qué las dos barras metálicas no interaccionan entre ellas, pero
si interaccionan con las barras de PVC o de vidrio
Porque las barras de metal son conductoras, a diferencia del plástico o vidrio
que son aislantes o dieléctricos. Los conductores tienen partículas eléctricas
libres y los aislantes no. En los metales, la conductividad es debida al
movimiento de las partículas negativas, es decir, los electrones. El plástico
cargado negativamente interacciona con la barra metálica, ya que algunas de
estas partículas que se encuentran en exceso en la primera pasan a la
segunda y se dispersan en la otra barra.
5.
La teoría afirma que sólo existe dos tipos de carga eléctrica
(negativa y positiva), esto implica que si un cuerpo A atrae eléctricamente
a otro cuerpo cargado B y también atrae a un tercer cuerpo cargado C,
entonces los cuerpos B y C deben repelerse eléctricamente. ¿Cómo se
explica entonces, que en el punto 3 del procedimiento, la barra metálica
se atrae con la barra PVC frotada y con la de vidrio
La teoría no falla. Simplemente lo que ocurre en este caso es que la barra de
PVC (cuerpo B) está cargada positivamente y la barra de vidrio (cuerpo C) está
cargado negativamente, por este motivo se atraen. También se debe aclarar
que según el procedimiento la barra metálica (cuerpo A) no se frota, por ende
no está cargada ni positiva ni negativamente se encuentra neutra, por esta
razón se atrae con las otras dos barras
CONCLUSIONES
La materia contiene dos tipos de cargas eléctricas denominadas positivas y
negativas. Los objetos no cargados poseen cantidades iguales de cada tipo de
carga. Cuando un cuerpo se frota la carga se transfiere de un cuerpo al otro,
uno de los cuerpos adquiere un exceso de carga positiva y el otro, un exceso
de carga negativa por ejemplo.
Los objetos cargados con cargas del mismo signo, se repelen y los objetos
cargados con cargas de distinto signo, se atraen.
Las barras de vidrio no ceden sus electrones tan fácilmente, a diferencia de las
barras de material PVC.
Las sustancias que se comportan como el metal se denominan conductores.
Las sustancias cuya conducta es similar a la del PVC se llaman aislantes o
dieléctricos. Todos los conductores tienen partículas eléctricas libres y los
aislantes no. En los metales, la conductividad es debida exclusivamente al
movimiento de las partículas negativas, es decir, los electrones.
BIBLIOGRAFIA
http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/electro/fuerza_e
lectr.html Consultado: 21/09/2015
http://www.unicrom.com/tut_fuerza_electrostatica.asp Consultado: 21/09/2015
http://www.cam.educaciondigital.net/fisica/2ES/4-Electricidad.pdf Consultado:
21/09/2015