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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 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