Download práctica número uno

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARIA ACADEMICA
DIRECCION DE EDUCACION MEDIA SUPERIOR
CENTRO DE ESTUDIOS CIENTÍFICOS Y
TECNOLÓGICOS
N°8
“NARCISO BASSOLS ”
ACADEMIA DE FISICA
LABORATORIO DE FISICA III
NOMBRE DEL ALUMNO: _______________________________________GRUPO: ___________
MESA: _______
TURNO: _____________ FECHA: _____________ CALIFICACION: _______
PRÁCTICA NÚMERO UNO
I.- NOMBRE: ELECTRIZACIÓN
II.- OBJETIVOS: Al término de la práctica, el alumno:
A) Reproducirá los fenómenos físicos relativos a la práctica.
B) Comprobará la existencia de dos diferentes cargas eléctricas.
C) Comprobará que los cuerpos se pueden electrizar por tres métodos
diferentes.
III.-
CONSIDERACIONES TEÓRICAS
Tales de Mileto (hacia 600a.c.) descubrió la propiedad que presenta el ámbar cuando
se frota y al acercar este a cuerpos ligeros como trozos pequeños de médula de sauco
o corcho, estos se atraen.
A finales del siglo XVI, Gilbert observó que la misma propiedad se manifiesta en
otros cuerpos, tales como la ebonita, el vidrio, etc. Al interpretar esta propiedad
decimos que el ámbar está electrizado o que posee una carga eléctrica. Estos términos
se derivan de la palabra griega elektron que significa ámbar.
La electrización no es una propiedad fundamental de la materia, ya que en
condiciones normales la materia no está electrizada dado que se manifiesta
únicamente después de que por diferentes causas los cuerpos pueden electrizarse.
Se dice que un cuerpo está electrizado cuando pierde o gana electrones y esta pérdida
o ganancia dependerá de la sustancia o material de que este hecho un cuerpo. Se dice
que un cuerpo está electrizado positivamente cuando pierde electrones y
negativamente cuando gana electrones.
A finales del siglo XVIII, el físico americano y hombre de estado Benjamín Franklín,
llamó positivas a las cargas eléctricas producidas por materiales vítreos y negativas a
las producidas por materiales resinosos.
Los cuerpos se pueden electrizar por varios métodos: frotamiento, contacto y
electrización por inducción o influencia.
IV.- MATERIALY EQUIPO:
1.- Un electroscopio.
2.- Dos péndulos electrostáticos
3.- Una barra de vidrio
4.- Una barra de acrílico
5. Una piel de conejo o de gato.
6.- Un lienzo de seda.
4
6
5
3
2
1
V.- DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:
EXPERIMENTO No. 1.- MÉTODOS DE ELECTRIZACIÓN
A) Verifique que todo el material se encuentre descargado, tocándolo
previamente con la mano.
B) Tome la barra de acrílico y, sin frotarla, acérquela a la esfera del péndulo sin
tocarla. Explique lo que sucede.
C) Frote la barra de acrílico con la piel de conejo y aproxímela a la esfera del
péndulo sin tocarla. Explique lo que sucede y represente en un esquema lo
observado.
D) Repita el procedimiento anterior, pero ahora toque al péndulo con la barra
electrizada. Explique lo que sucede y represéntelo por medio de un esquema.
Anote qué tipo de carga adquieren la barra de acrílico y la piel de conejo al
electrizarse.
E) Repita el procedimiento anterior utilizando la barra de vidrio y la tela de
seda. Explique lo que sucede y represéntelo por medio de un esquema.
F) Con la barra de acrílico frotada con la piel de conejo, toque las esferas de los
dos péndulos y, a continuación aproxímelas entre sí. Explique lo que sucede
y represéntelo por medio de un esquema.
G) Frote la barra de acrílico con la piel de conejo y toque un péndulo, de la
misma manera frote la barra de vidrio con la seda y toca el otro péndulo.
Inmediatamente después de electrizar los péndulos aproxímelos entre sí.
Explique lo que sucede y represéntelo por medio de un esquema.
EXPERIMENTO No.2. ELECTROSCOPIO
A) Verificar si el electroscopio está descargado tocándolo con la palma de la
mano.
B) Tome la barra de acrílico y, sin frotarla, acérquela al electroscopio sin
tocarlo. Anote lo qué sucede.
C) Frote la barra de acrílico con la piel de conejo y aproxímela al electroscopio.
Explique lo que sucede y represéntelo por medio de un esquema.
D) Repita el inciso A.
E) Repita el inciso B pero ahora con la barra de vidrio.
F) Frote la barra de vidrio con la tela de seda y aproxímela al electroscopio.
Explique lo que sucede y represéntelo por medio de un esquema.
EXPERIMENTO No. 3. ELECTRIZACIÓN POR INDUCCIÓN
A) Aproxime la barra de acrílico frotada con la piel de conejo a la parte
superior del electroscopio. Sin retirar la barra, toque con el dedo la parte
superior del electroscopio. Retire el dedo y después la barra. Explique lo
que sucede y represéntelo por medio de un esquema.
¿Con qué signo se carga el electroscopio al acercársele la barra de acrílico
cargada?
CUESTIONARIO
1.- ¿Cuándo se dice que un cuerpo está electrizado?
2.- ¿Cuándo se dice que un cuerpo está eléctricamente neutro?
2.- Escriba los tres métodos de electrización.
3.- Al acercar un cuerpo conductor a otro cargado positivamente, algunos electrones
del conductor se acumulan dentro de él por el lado más próximo al cuerpo cargado.
Explique a qué se debe este fenómeno.
4.- En electricidad algunos materiales fueron clasificados como vítreos y otros como
resinosos. Escriba que carga se dice que adquieren cada uno de estos materiales al
electrizarse.
5.- Explique el fenómeno de polarización e indique si éste se realiza en los materiales
conductores, en los aislantes o en ambos.
CONCLUSIONES
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PRÁCTICA NUMERO DOS
I.- NOMBRE: GENERADORES ELECTROSTÁTICOS
II.- OBJETIVOS: Al término de la práctica el alumno:
A) Reproducirá los fenómenos físicos relativos a la práctica.
B) Explicará el funcionamiento de los generadores electrostáticos.
C) Comprobará experimentalmente la existencia de los tipos de carga
eléctrica.
D) Explicará el efecto producido por las cargas eléctricas.
II.- CONSIDERACIONES TEÓRICAS.
Reciben el nombre de máquinas electrostáticas, los aparatos destinados a producir
cargas eléctricas en reposo. Independientemente de la forma y tamaño, todas las
máquinas generadoras de cargas electrostáticas basan su construcción y
funcionamiento en los métodos de electrización de los cuerpos, por frotamiento,
contacto e inducción.
Existen una gran variedad de máquinas electrostáticas, pero las más conocidas
son la Máquina de Wimshurst y el Generador de Van de Graaff.
Máquina de Wimshurst (fig.1). Está construida con dos discos aislantes del
mismo diámetro (1), montados en un mismo eje de rotación, que giran en sentidos
opuestos al accionar una manivela (2). Los discos contienen placas metálicas llamadas
sectores (3). Tiene además, dos varillas metálicas (4) que terminan en escobillas de
cobre que se apoyan ligeramente en los sectores.
Las varillas se colocan perpendicularmente entre los sectores, son frotados por las
escobillas, provocando carga eléctrica. En las bisectrices de los cuadrantes formados
por las varillas, existen unas piezas metálicas llamadas peines (5) colocados a corta
distancia de los discos que tienen la función de recoger por inducción, las cargas
generadas. el otro extremo de los peines, está conectado por medio de interruptores a
los electrodos metálicos esféricos y a unos dispositivos llamados botellas de Leyden
(capacitores), que sirven para el almacenamiento de la carga eléctrica (6).
Figura No. 1
Generador de Van de Graaff (fig 2). Esta máquina consta de una banda (1) que
recibe la carga eléctrica por frotamiento al pasar por una polea que se encuentra en la
parte inferior de la máquina (2). Ahí se transfiere totalmente hacia la esfera metálica
(3). De esta manera se pueden generar grandes cargas eléctricas dependiendo de la
superficie de la misma y obtener grandes voltajes en ocasiones hasta de millones de
volts.
En este generador, lo mismo que en la máquina de Wimshurst las cargas
eléctricas se generan por frotamiento y se transfieren por inducción.
Figura No.2
IV.- MATERIAL Y EQUIPO
1.- Una máquina electrostática de Wimshurst (fig. 1).
2.- Un generador de Van de Graaff (fig.2).
3.- Una base de plástico con una varilla de plástico y metal (fig. 3).
4.- Una punta de aguja metálica (fig. 3).
5.- Una flor de papel (fig. 3).
6.- Un molinete eléctrico (fig.3).
7.- Un timbre electrostático (fig. 3).
8.- Acrílico con láminas conductoras (fig .3).
9.- 2 cadenas metálicas (fig. 3)
10.- Cerillos
Figura No. 3
V.- DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
EXPERIMENTO
ELÉCTRICO)
NO.
1.
LA
PUNTA
DE
AGUJA
Y
EL
CERILLO
(VIENTO
A) Coloque la punta de aguja metálica en la parte de arriba de la varilla de plástico
con metal.
B) Conecte las cadenas a cada uno de los electrodos de la máquina de Wimshurst.
(figura no. 4)
C) Acerque la palma de la mano a la punta de aguja, a la vez haga girar al
generador.
D) Anote la sensación que se tiene al acercar la mano.
Figura No. 4
NOTA: No acerque demasiado la palma de la mano a la punta ni la toque
porque puede recibir una carga eléctrica desagradable.
E) Repita el ejemplo anterior pero ahora acerque un cerillo encendido a la punta.
F) Anote lo observado.
G) Repita el procedimiento anterior pero ahora acerque una tira de papel a la
punta de la aguja.
H) Anote lo observado.
EXPERIMENTO No. 2. MOLINETE ELÉCTRICO.
A) Coloque el molinete metálico en la parte superior de la varilla de plástico
con metal. Conecte las cadenas a cada uno de los electrodos de la máquina
de Wimshurst. (figura No. 5).
B) Gire el generador y observe lo que sucede.
C) Anote lo observado y realice un esquema de lo que sucede.
Figura No. 5
Esquema
EXPERIMENTO NO. 3. FLOR DE PAPEL.
A) Repita el procedimiento anterior pero colocando ahora la flor de papel (Figura
No. 6).
B) Gire la manivela de la máquina de Wimshurst y observe lo que sucede.
C) Anote lo observado. Realice un dibujo explique lo que sucede.
Figura No. 6
Esquema
EXPERIMENTO NO. 4. TIMBRE ELECTROSTÁTICO
A) Conecte las cadenas a los bornes del timbre electrostático (Figura No. 7)
B) Gire la manivela y observe que sucede
C) Explique lo observado y anótelo
Figura No. 7
EXPERIMENTO NO. 5. ACRÍLICO CON LAMINILLAS CONDUCTORAS
A) Conecte a los bornes de la placa metálica las cadenas como se ve en la
figura No. 8.
B) Gire la manivela de la máquina de Wimshurst.
C) Explique y anote lo observado.
Figura No. 8
CUESTIONARIO
1.- Explique ¿para qué se utilizan las máquinas electrostáticas?
2.- ¿En qué principios se basan las máquinas electrostáticas?
3.- Explique ¿qué es el viento eléctrico?
3.- En el experimento no. 1 ¿a qué se debe que se apague el cerillo y se mueva la tira
de papel?
4.- ¿Por qué razón gira el molinete eléctrico y por qué se separan los pétalos de la flor
de papel?
5.- ¿En el timbre eléctrico a qué se debe que la médula de saúco continuamente se
toque y se separe de las campanas?
6.- En el experimento número 5 ¿debido a qué se debe que los leds se enciendan y
apaguen continuamente?
CONCLUSIONES
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PRÁCTICA NÚMERO TRES
I.- NOMBRE: CAMPO ELÉCTRICO
II.- OBJETIVOS: Al término de la práctica, el alumno:
A)
B)
C)
D)
Demostrará la existencia del campo eléctrico.
Representará el campo eléctrico por medio de líneas de fuerza.
Reproducirá los fenómenos físicos de la práctica.
Comprobará las diferentes formas que adquiere el campo eléctrico
de acuerdo a los electrodos empleados.
III.- CONSIDERACIONES TEÓRICAS.
Las cargas eléctricas ejercen una influencia en la región que las rodea. Dicha
región de influencia se llama campo eléctrico. Por esta razón las cargas de diferente
signo se atraen y del mismo signo se rechazan, aun cuando se encuentren separadas.
Esto quiere decir que las cargas eléctricas influyen sobre la región que está a su
alrededor debido a su propio campo eléctrico.
Como el campo eléctrico no se puede ver, el físico inglés Michael Faraday
introdujo en 1823, el concepto de líneas de fuerza. Las líneas de fuerza se dibujan de
la siguiente manera: si la carga eléctrica es positiva estas salen radialmente de la
carga (figura 1a). Si la carga eléctrica es negativa, las líneas de fuerza llegan de una
forma radial a la carga (figura 1b). Si se tiene un dipolo eléctrico (una carga negativa y
otra positiva el campo eléctrico se dibuja saliendo de la carga positiva y entrando a la
carga negativa (figura 2a). Si se tienen dos cargas del mismo signo, por ejemplo dos
cargas positivas, estas se dibujan saliendo de las cargas y separándose debido a la
repulsión (figura 2b)|. Las líneas de fuerza pueden dibujarse de tal manera, que
señalen, además de su dirección y sentido, el punto más intenso del campo eléctrico.
Mientras más cerca se encuentre de una carga eléctrica el campo eléctrico será más
intenso y mientras más alejado será menos intenso.
_
+
Figura No. 1
a) Carga positiva
b) Carga Negativa
Figura No. 2
a)
Dipolo eléctrico
b) Cargas de igual signo
Para poder interpretar como es la intensidad el campo eléctrico producido por una
carga eléctrica, se emplea una carga positiva (por convención) de valor muy pequeño
llamada carga de prueba, de esta manera sus efectos, debido a su propio campo
eléctrico, se puede despreciar. Esa pequeña carga de prueba q se coloca en un punto
del espacio a investigar. Si la carga de prueba recibe una fuerza de origen eléctrico,
diremos que en ese punto del espacio existe un campo eléctrico cuya intensidad E es
igual a la relación dada entre la fuerza F y el valor de dicha carga de prueba q. por
tanto:
F
Newton
q
Coulomb
E=
Como se observa, la intensidad del campo E es una magnitud vectorial, toda vez
que la fuerza F también lo es. Por ello, los campos eléctricos se suman vectorialmente.
Así pues, la dirección y sentido del vector representativo de la intensidad del campo
eléctrico en un punto será igual a la fuerza que actúa en ese punto sobre la carga de
prueba, la cual como se señaló es positiva por convención. El valor de la intensidad de
campo eléctrico E no es constante, sino que disminuye a medida que aumenta la
distancia. Sin embargo, el valor de E será el mismo para todos los puntos con igual
distancia del centro de una carga.
IV.- MATERIAL Y EQUIPO (FIGURA No.3)
1.- Una máquina de Wimshurst
2.- Una cuba de vidrio
3.- Aceite
4.- Semillas de alpiste
5.- Dos porta electrodos
6.- Dos barras de acrílico
7.- Dos electrodos metálicos puntuales
8.- 1 electrodo circular
9.- Dos electrodos rectos en forma de “L”
10.-Un electrodo en forma de “V”
11. Un electrodo en forma de triángulo “
12.- Dos cadenas metálicas
“
Figura No. 3
V.- DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
EXPERIMENTO No. 1. CARGA PUNTUAL
A) Monte el dispositivo de la figura No. 4 colocando dentro de la cuba
un electrodo puntual.
B) En la cuba vierta el aceite y en él distribuya las semillas.
C) Conecte una de las cadenas al electrodo puntual.
D) Accione la manivela de la máquina generadora.
E) Explique lo que sucede y realice un esquema de lo observado.
Figura No. 4
Esquema
EXPERIMENTO NO. 2. DIPOLO ELÉCTRICO
A) Monte el dispositivo de la figura No. 5, colocando las cadenas a
cada uno de los bornes del generador los dos electrodos puntuales
en los porta electrodos.
B) Conecte cada cadena a cada uno de los electrodos
C) Accione la manivela de la máquina generadora
D) Explique lo que sucede y realice un esquema de lo observado.
Figura No. 5
Esquema
EXPERIMENTO No. 3. REPULSION DE CARGAS
A) Repita el procedimiento anterior pero ahora conecte las cadenas a
un solo borne del generador.
B) Explique lo que sucede y realice un esquema de lo observado.
Esquema
EXPERIMENTO NO. 4. PRINCIPIO DEL CAPACITOR
A) Repita
el
procedimiento
anterior
pero
ahora
coloque
paralelamente dos electrodos rectos y conecte sus extremos a
cada uno de los bornes del generador.
B) Explique lo que sucede y realice un esquema de lo observado.
Esquema
EXPERIMENTO NO. 5. PRINCIPIO DE LA LEY DE GAUSS
A) Coloque un electrodo circular dentro de la cuba y conéctelo a uno
de los bornes del generador.
B) Esparza el alpiste de manera que quede distribuido
uniformemente dentro y fuera del arillo.
C) Explique lo que sucede y realice un esquema de lo observado.
Esquema
EXPERIMENTO NO. 6. EFECTO DE PUNTA
A) Coloque un electrodo en forma de “Y” dentro de la cuba con el
aceite y conéctelo a uno de los bornes del generador.
B) Explique
lo que sucede
y realice
un esquema de lo
observado.
Esquema
NOTA: TODOS LOS ESQUEMAS DEBEN SER DIBUJADOS POR MEDIO DE LINEAS
DE FUERZA.
VI.- CUESTIONARIO
1.- Explique qué es el campo eléctrico y cómo se representa gráficamente.
2.- ¿A qué se le llama dipolo eléctrico y cómo se representa?
3.- ¿Existe campo eléctrico dentro del electrodo circular del experimento No. 5? Si, no
y ¿por qué?
4.- Explique qué ocurre con las cáscaras de alpiste que quedan entre los electrodos
paralelos del capacitor
5.- ¿Cómo se distribuye la carga en los conductores en forma de “V” y “triangular”? ¿A
qué se debe éste fenómeno?
6.- ¿Cómo se distribuirá la carga en una superficie de máxima curvatura?
CONCLUSIONES