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LABORATORIO “COMPORTAMIENTO DE FUERZAS ELECTROSTATICAS”
JUAN PACHECO
LIC. MATEMÁTICAS Y FÍSICA
ARROYO ARROYO KELLY JOHANA
LEMUS NIETO VICTOR FABIO
MORÓN PERTUZ YENIS
OROZCO CALVO ANDRÉS
UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR
ELECTROMAGNETISMO
GRUPO 11
VALLEDUPAR –CESAR
2014-2
LABORATORIO “COMPORTAMIENTO DE FUERZAS ELECTROESTATICAS”
PRESENTACION
Después de diversos estudios acerca de las fuerzas electroestáticas, varios
científicos a través de la historia expusieron los principales fenómenos relacionados
con la interacción entre un, dos o más cuerpos cargados eléctricamente.
En esta ocasión analizaremos el comportamiento de estos cuerpos cargados
eléctricamente, sin duda alguna de que se comportaran como algunos científicos
anteriormente describieron su comportamiento.
A continuación se describen los diversos fenómenos y se analizan según la forma
en que realizaron los montajes para cada uno de estos
OBJETIVO:
Interpretar los fenómenos del comportamiento de las fuerzas electrostáticas y
cómo se comporta esta en cada uno de los montajes con los diferentes
implementos, observarlos y tener claro cuál de estos es más y/o menos eficaz,
además los fenómenos de la electricidad estática entre las cargas eléctricas,
utilizando el péndulo eléctrico y el electroscopio.
MATERIALES Y EQUIPOS:
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Dos barras de baquelita o PVC (30 cm)
Dos barras de vidrio (23.5 cm)
Dos barras metálicas (24 cm)
Un pivotes para rotación
Dos paños de seda para frotar
Un electroscopio (SF-9069)
Una regla de plástico (30 cm)
MARCO TEORICO
Electroestática
La electrostática es la rama de la Física que estudia los efectos mutuos que se
producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el
estudio de las cargas eléctricas en reposo, sabiendo que las cargas puntuales son
cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables frente a otras dimensiones
del problema. La carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los
fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y
repulsiones entre los cuerpos que la poseen.
Históricamente, la electrostática fue la rama del electromagnetismo que primero se
desarrolló. Con la postulación de la Ley de Coulomb fue descrita y utilizada en
experimentos de laboratorio a partir del siglo XVII, y ya en la segunda mitad del siglo
XIX las leyes de Maxwell concluyeron definitivamente su estudio y explicación, y
permitieron demostrar cómo las leyes de la electrostática y las leyes que gobiernan
los fenómenos magnéticos pueden ser estudiadas en el mismo marco teórico
denominado electromagnetismo.
Carga eléctrica
La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas
subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre
ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos
electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos. La denominada
interacción electromagnética entre carga y campo eléctrico es una de las cuatro
interacciones fundamentales de la física. Desde el punto de vista del modelo
estándar la carga eléctrica es una medida de la capacidad que posee una partícula
para intercambiar fotones.
Una de las principales características de la carga eléctrica es que, en cualquier
proceso físico, la carga total de un sistema aislado siempre se conserva. Es decir,
la suma algebraica de las cargas positivas y negativas no varía en el tiempo.
Interacción entre cargas eléctricas
Se dice que dichos cuerpos han adquirido una nueva propiedad, denominada
electricidad, en virtud de la cual pueden ejercer un nuevo tipo de fuerzas: las
interacciones o fuerzas eléctricas.
También se suele de decir que dichos cuerpos han adquirido carga eléctrica o se
han cargado eléctricamente.
Experimentos simples permiten deducir las siguientes propiedades relativas a las
interacciones eléctricas:
a) las interacciones eléctricas son mucho más intensas que las interacciones
gravitatorias;
b) Las cargas eléctricas pueden ser positivas o negativas.
c) Las interacciones entre cargas eléctricas pueden ser atractivas o repulsivas:
Cargas del mismo signo se repelen y cargas de signo contrario se atraen. La carga
eléctrica neta de un cuerpo es la suma algebraica de sus cargas positivas y
negativas; un cuerpo que tiene cantidades iguales de electricidad positiva y negativa
(carga neta cero) se dice que es eléctricamente neutro.
Propiedades de la carga eléctrica
Como ya vimos, se define la carga eléctrica como la propiedad de la materia en
virtud de la cual es capaz de ejercer fuerzas de tipo eléctrico. Se designa
habitualmente por la letra q.
La carga eléctrica constituye una medida de la intensidad de las fuerzas eléctricas
que un cuerpo es capaz de ejercer. También se suele decir que la carga eléctrica
constituye una medida de la cantidad de electricidad de un cuerpo.
Principio de conservación de la carga: en todos los procesos que ocurren en un
sistema aislado, la carga total permanece constante.
Cuantificación de la carga: la carga eléctrica no aparece en cualquier cantidad,
sino en múltiplos enteros de una unidad fundamental o cuanto. La unidad
fundamental de carga es la carga eléctrica del electrón.
Estructura atómica: las propiedades eléctricas de los cuerpos se pueden entender
de forma simple teniendo en cuenta la estructura eléctrica de los átomos que
constituyen la materia. Todo proceso de transferencia de carga se puede entender
como un proceso de transferencia de electrones entre los átomos de dos cuerpos.
Cuando se transfieren electrones por frotamiento, decimos que los cuerpos se
cargan por frotamiento (electrización por frotamiento), mientras que cuando los
electrones se transfieren por contacto directo, decimos que los objetos se cargan
por contacto (electrización por contacto).
Interacciones eléctricas y gravitatorias
Ya en el año 1785 era conocida la forma como interactuaban las partículas
cargadas. Esto fue propuesto por el físico e ingeniero francés Charles Augustin de
Coulomb, y expresado en la ley que lleva su nombre. Además, en su honor fue
bautizada la unidad de carga eléctrica en el sistema MKS: el Coulomb o Culombio
(C).
La mencionada ley de Coulomb establece que la fuerza entre dos cuerpos
cargados
es directamente proporcional a la carga de ambos cuerpos e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos; y además, la fuerza va en la
dirección de una línea recta imaginaria que une ambos cuerpos.
En la forma, esta ley de Coulomb para las interacciones eléctricas es muy semejante
a la ley de la gravitación universal para las interacciones gravitatorias: en ambos
casos la fuerza entre dos cuerpos es inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia que los separa; la fuerza es proporcional al producto de las cargas en el
caso de las fuerzas eléctricas, y proporcional al producto de las masas en el caso
de las fuerzas gravitatorias.
Sin embargo, existen algunas diferencias importantes entre ambas: mientras todas
las masas se atraen, las cargas eléctricas son —como ya vimos— de dos tipos
(positivas y negativas), y las fuerzas entre ellas pueden ser de atracción (si las
cargas son de signo contrario) o de repulsión (si las cargas son del mismo signo);
las interacciones eléctricas son mucho más intensas que las interacciones
gravitatorias: las fuerzas eléctricas suelen ser 1.036 hasta 1.040 veces mayores que
las fuerzas gravitatorias.
De hecho, las interacciones eléctricas son las responsables de las interacciones en
átomos y moléculas, mientras que la interacción gravitatoria resulta ser demasiado
débil para justificar estas estructuras: la interacción eléctrica es del orden de
magnitud requerido para producir el enlace entre átomos para formar moléculas, o
el enlace entre electrones y protones para formar átomos.
PROCEDIMIENTO
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Frote 2 barras de baquelita o PVC con el paño de lana y dos barras de vidrio
con un paño de seda. Coloque una de las barras frotadas de PVC sobre uno
de los pivotes y una de las barras de vidrio sobre el otro pivote y acérqueles,
a cada una de ellas, primero la barra de vidrio frotada y luego la otra barra de
PVC. Tome nota de lo observado.
Acerque el plato del electroscopio a cada una de las barras frotadas. Observe
si hay deflexión en su hojilla.
Reemplace la barra en uno de los pivotes por una barra metálica. Acérquele
primero una de las barras de PVC frotadas, luego una de vidrio frotada y por
último otra barra metálica. Observe el tipo de interacción en cada caso.
ANALISIS DE RESULTADO
Al frotar las dos barras de PVC con el paño de seda estas se cargaron
eléctricamente esto se debe al potencial de ionización. De tal manera que al llevar
una de estas barras al pivote y acercarle la otra barra, se puede observar que estas
dos se repelan, ya que tienen la misma carga, como se muestra en la figura1.
(FIGURA 1)
Al frotar las barras de PVC y de vidrio con el paño de seda y después de esto
procedimos a llevarlas al montaje observamos que estas dos barras se atrajeron
debido a que una de estas barras se cargó positivamente y la otra negativamente
como podemos observar en figura 2.
(Figura 2)
Al frotar las dos barras de vidrio con el paño de seda y llevarlas al montaje se pudo
observar, que estas dos barras se repelaron ya que estas poseían iguales cargas
eléctricas como se muestra en la figura 3.
(FIGURA 3)
Al frotar las barras de vidrio y de metal con el paño de seda y llevarlas al montaje,
se pudo observar que estas se atrajeron. Ya que la barra de vidrio se cargó
eléctricamente, igual que la del metal pero con la diferencia que el metal es súper
conductor y esta se descarga con mayor facilidad quedando neutro de nuevo y al
acercarle la barra de vidrio este hace que en el metal ocurra el proceso de
polarización como podemos ver en la figura 4
(FIGURA 4)
Al frotar la barra de PVC y la de metal, observamos en la experiencia que estas
dos se atraen ya que su polarización es igual, pero como explicamos anteriormente
el metal se descarga con gran facilidad y pasa lo mismo que el proceso
anteriormente mencionado como podemos ver en la figura 5
(FIGURA 5)
Al frotar las dos barras de metal y llevarlas al montaje se pudo observar que estas
quedan neutras, esto debe al que el metal se descarga con mucha facilidad
quedando sin carga alguna ósea neutramente en la figura 6 se observa este
procedimiento
(FIGURA 6)
Al frotar cada una de las barras y llevarlas al electroscopio observamos lo siguiente:
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La de PVC se cargó eléctricamente(figura7)
La de Vidrio se cargó eléctricamente (figura 8)
La de metal no se cargó eléctricamente (figura 9)
(Figura 7)
(Figura 8) en la imagen se muestra poca actividad de parte del electroscopio debido
a que el vidrio se descarga fácilmente y capturar el momento exacto es muy difícil
experimentalmente
(Figura 9)
PREGUNTAS PARA EL ANÁLISIS
1. Explique a qué se debe la atracción o repulsión de las barras.
Como ya hemos dicho antes, las barras se cargan eléctricamente al ser frotadas
esto quiere decir que se cargan positiva o negativamente. Entonces como un cuerpo
cargado eléctricamente produce un campo, una carga al entrar a este campo va a
producir una fuerza, la fuerza puede ser de repulsión o atracción dependiendo el
tipo de cargas.
Si ambas son positivas y/o negativas se va a dar una fuerza de repulsión, y si una
carga es positiva y la otra negativa o viceversa se va a producir una fuerza de
atracción
2. ¿Qué puede decir sobre los tipos de carga que aparecen sobre las
barras de PVC y de vidrio?
Al frotar las barras de PVC se va a cargar negativamente, y al frotar la de vidrio se
va a generar una carga positiva
3. ¿De qué tipo es la carga que aparece en la hojilla del electroscopio al
acercarle un cuerpo cargado?
Negativa, debido a que al acércale un cuerpo cargado eléctricamente al
electroscopio se van a transferir los electrones de este
4. ¿Por qué las dos barras metálicas no interaccionan entre ellas, pero si
interaccionan con las barras de baquelita o de vidrio?
Porque las barras de metales son superconductores, eso quiere decir que las cargas
se desplazan muy rápidamente en la barra y cuando llega el momento de ponerlos
a interaccionar ya no están cargadas ósea que ya están neutras
5. La teoría afirma que sólo existen 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 de PVC frotada y con el de vidrio frotado pero las
barras de vidrio y PVC no se repelen si no que se atraen? ¿Falla la
teoría?
No Falla, solo que en la parte experimentar se pueden dar muchos casos así, ya
dijimos anteriormente que la barra de vidrio estaba cargada positivamente y la de
PVC negativa, y la barra de metal se descarga más rápido
CONCLUSIONES
Con esta experiencia aprendimos las diferentes maneras que hay de cargar un
cuerpo en esta ocasión lo hicimos con el método de la frotación obtuvimos varias
conclusiones:
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Un material con carga neutra puede adquirir o no una carga neta positiva o
negativa dependiendo del material frotado
Cuerpos con el mismo signo de carga tenderán a repelerse
Partículas de signo contrario tenderán a atraerse
La facilidad con que un cuerpo adquiere una carga electrostática depende no
sólo de sus propiedades sino también de las características del medio
ambiente
Observamos que cuando al cargar el electroscopio aparecía un ángulo entre
las láminas estática y móvil, ya que ambas quedaban cargadas con el mismo
signo. Esto quieres decir que estaban cargados con signos iguales
BIBLIOGRAFIA
http://es.wikipedia.org/wiki/Electrost%C3%A1tica martes 2 de septiembre 2014
http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctrica miércoles 3 de septiembre 2014
http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Electricidad_cargas_Interaccion.html sabado 6
de septiembre de 2014
http://es.slideshare.net/saulino27/electrostatica sabado 6 de septiembre de 2014