INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD ZACATENCO

INGENIERIA EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA

2CV17

EQUIPO 3

ELECTROESTáTICA

ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

Resumen de la prácticaSe podrá apreciar el fenómeno de la electricidad, uno de sus efectos básicos es la carga de cuerpos y podremos identificar las diferentes formas de electrizar un cuerpo, también se podrá ver que existen materiales conductores, no conductores y aislantes.Se podrá ver la forma geométrica de un campo eléctrico formado por 2 cargas de distinta polaridad.

ObjetivosQue el alumno:-Verifique que los cuerpos son susceptibles de electrizase.-Identifique los diferentes procedimientos de electrización de los cuerpos.-Compruebe la existencia de los tipos de electrización que pueden adquirir los cuerpos.-Diferencié los conductores de los aisladores.-Describa los espectros de los campos eléctricos obtenidos entre electrodos de diversas geometrías.-Concluya que en la región que rodea a un cuerpo electrizado existe una fuerza de origen eléctrico que recibe el nombre de campo eléctrico.

Introducción TeóricaLa 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.La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia que poseen algunas partículas subatómicas. Esta carga puede ser positiva o negativa. Todo los átomos están formados por protones (de carga positiva) y de electrones (de carga negativa).En general, los átomos son neutros, es decir, tiene el mismo número de electrones que de protones. Cuando un cuerpo está cargado, los átomos que lo constituyen tiene un defecto o un exceso de electrones.Conductores, aisladores y semiconductores: Cuando un cuerpo neutro es electrizado, sus cargas eléctricas, bajo la acción de las fuerzas correspondientes, se redistribuyen hasta alcanzar una situación de equilibrio. Algunos cuerpos, sin embargo, ponen muchas dificultades a este movimiento de las cargas eléctricas por su interior y sólo permanece cargado el lugar en 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.EL campo eléctrico Es toda región del espacio que rodea una carga eléctrica estática. EL campo eléctrico se manifiesta al rededor del espacio volumétrico de una carga electroestática como un campo de fuerzas conservativas. El campo eléctrico es una cantidad vectorial y por lo tanto tiene magnitud, dirección y sentido.

Material1 Juego de accesorios de la cuba electroestática1 Un péndulo eléctrico-Barra de vidrio1 Electrodo de prueba1 Paño de lana1 Agitador

4 Cables de conexión1 Generador de Van de Graaff1 Cuba electroestática1 Barra de hierro1 Paño de nylon1 Soporte aislante Aceite de ricino

Desarrollo experimental

I.- Electrización de un cuerpo Existen tres procedimientos por medio de los cuales los cuerpos pueden electrizarse: por frotamiento, por contacto y/o por inducción:1.1.-Electrización por frotamiento

Dispositivo: Se emplea un péndulo eléctrico, figura 1

ProcedimientoRealice las actividades siguientes y explique sus observaciones en cada caso:

a) Frote la barra de vidrio con el paño de lana. Acérquela a algún trocitos de papel.b) Nuevamente frote la barra de vidrio con el paño de lana y aproxímela, sin tocar, a la esfera de sauco del péndulo eléctrico.c) Ahora frote la barra de poliestireno y aproxímela al péndulo eléctrico, si tocar la esfera de sauco.

Figura 1

1.2.-Electrización por contacto

ProcedimientoTome la barra de vidrio, cargada previamente por frotamiento con el paño de lana, y póngala en contacto con el electrodo plano como se indica en la figura 2, y acérquelo a la esfera del péndulo electico. Anote sus observaciones.

Repita el procedimiento anterior usando la barra de poliestireno. Descargando previamente el electrodo de prueba con los dedos.

Discusión:Explique sus observaciones: Se nota que la esfera de sauco se mueve minúsculamente. ¿Por qué es necesario aislar el electrodo de prueba? Porque si este ya cuenta con una carga previa afecta el resultado del experimento.

1.3.-Electrización por inducción

Dispositivo: Ármelo como se indica en la figura 3

Frote la barra de vidrio con el paño de lana y acérquela a la barra de metal, sin tocar, observe la esfera del péndulo eléctrico. Sin dejar de observar aleje la barra de vidrio cargada.

Repita el experimento anterior, pero ahora, antes de retirar la barra de vidrio cargada eléctricamente, toque con su dedola barra de metal como se muestra en la figura 4.

Figura 2

Barra de

Barra de vidrio Figura 3

Explique tus observaciones y, en ambos casos anote sus conclusiones. Se nota que la esfera de sauco se mueve aun sin estar la barra cerca de el por medio de la barra de metal, pero al hacer contacto con el dedo este se inmoviliza, concluimos que es debido a la transmisión de cargas de la barra de vidrio a la barra de metal y a su vez de la barra de metal a el dedo.

II.- Clases de carga eléctrica y fuerzas de origen eléctrico ProcedimientoToque la barra de vidrio, frotada con el paño de lana, la esfera de medula la sauco del péndulo durante un corto intervalo de tiempo.Anote sus observaciones. Se queda pegada la esfera de sauco a la barra de vidrio durante un periodo de tiempo.

Descargue la esfera tocándola con los dedos y repita el procedimiento anterior empleando la barra de poliestireno. Anote sus observaciones. En esta ocacion la esfera de sauco queda mas tiempo pegada a la barra de poliestireno.

Explique lo ocurrido, obtenga sus conclusiones. Debido al tipo de material el campo que se genera perdurara más o menos correspondientemente.

Nuevamente cargue la esfera de medula de sauco, poniéndola en con tacto con la barra de vidrio previamente frotada con el paño de lana. Explique sus observaciones. Se nota menos actividad en la esfera que con la barra de metal.Ahora, acerque suficientemente la esfera cargada del péndulo eléctrico, sin hacer contacto, primero a la barra de vidrio cargada y después a la barra de poliestireno frotada con el paño de lana.Explique sus observaciones señale que sucede con el espacio que rodea un cuerpo cargado.Anote sus conclusiones Cada caso en particular reacciona más o menos dependiendo el material por lo que el espacio que rodea el cuerpo va a varear a su vez.

III.- Conductores y aisladores.Dispositivo.- Arme el dispositivo que se muestra en la figura 5

Figura 4

Poliesterina

Barra de vidrio

Figura 5

ProcedimientoToque el extremo de la barra de poliestireno con la barra de vidrio cargada, previamente, por frotamiento con el paño de lana. Observe el péndulo eléctrico.Descargue la barra de vidrio y colóquela en el soporte aislante, en lugar de la barra de polietireno y cargue esta última repitiendo el experimento.Explique sus observaciones. Al igual que los experimentos anteriores dependiendo el material el efecto será diferente.Anote sus conclusiones. El campo que genera cada material afecta a su manera a la esfera.

IV.- Espectros de campo eléctrico.Dispositivo.-Vierta el aceite de ricino en la cuba electroestática, hasta tener una capa de 4mm de profundidad. Espolvoreé un poco de aserrín e instale un lenteja y el anillo grande, en los porta electrodos de la cuba y estos a su vez conéctelos a la tierra a la esfera del generador de Vande Graaff, respectivamente.

ProcedimientoPonga a funcionar el generador y observe lo que sucede con el aserrín.Realizando lo anterior desconecte el generador, pero antes descárguelo tocando la esfera con un alambre, conectado previamente a la tierra, y remueva por medio del agitador el aceite de ricino con el aserrín e invierta las conexiones en los porta electrodos, de tal manera que la lenteja este conectada a la esfera del generador y póngalo a funcionar.Explique su observación y dibuje el espectro formado.Cambie los electrodos, por otro par, de modo que se observe el campo formado por:A) Dos cargas puntuales de diferente signo.

B) Dos cargas puntuales del mismo signo.*

Figura 6

PRECAUCION: No tocar simultáneamente ambos electrodos cuando el generador esté en funcionamiento

*Para que se observe mejor el espectro de campo instale en un portaelectrodo el anillo grande, conectado a tierra, y dos cargas puntuales a la esfera del generador.

C) Dos placas paralelas cargadas de diferente signo que simulen un condensador de placas paralelas.

D) Dos anillos circulares cargados con diferente carga, de tal manera que simulen un condensador de placas cilíndricas.

E) Un cuerpo ce punta y una placa cargada con signo contrario.

Cuestionario1.- ¿Qué es la carga eléctrica?En física, la carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas.2.- ¿Cuántas clases de carga identifico en este experimento?Carga elemental, conservación de la carga, carga lineal, carga superficial, carga volumétrica.3.- ¿Cómo se comportan las cargas eléctricas entre?Las cargas de diferente signo se atraen y las de signos iguales se repelen, esto generando una campo eléctrico que es el que actúa.4.- ¿Qué interpretación se da al principio de la conservación de la carga eléctrica, cuando se carga la barra de vidrio por frotamiento con el paño de lana?Que la barra de vidrio y el paño de lana actúan como un generador de electricidad por medio del rozamiento entre estos.5.- ¿Cómo se podría usar una barra, cargada negativamente, para cargar, por conducción, dos barras metálicas, de manera que una quede con carga positiva y la otra con carga negativa?Por medio de la electrización de frotamiento primero se carga positivamente la barra y se carga la barra de metal y después simplemente tocando la barra de metal con la barra de poliestireno con carga negativa.6.- ¿Cuál es la diferencia entre conductor y un aislador?Los conductores son materiales que, como tienen un montón de electrones libres, permiten que los atraviese el flujo de la corriente y también de cargas eléctricas en movimiento. Un aislante o asilador por el contrario tiene pocos electrones libres; sus átomos no ceden ni reciben electrones por lo que oponen resistencia al paso de la corriente. 7.- ¿Cómo afecta el medio ambiente a estos experimentos? La humedad impide el intercambio de cargas entre los materiales8.- ¿Cómo se descubrió que la carga eléctrica estaba cuantizada?El experimento de la gota de aceite fue un experimento realizado por Robert Millikan y Harvey Fletcher en 1909 para medir la carga elemental (la carga del electrón).Este experimento implicaba equilibrar la fuerza gravitatoria hacia abajo con la flotabilidad hacia arriba y las fuerzas eléctricas en las minúsculas gotas de aceite cargadas suspendidas entre dos electrodos metálicos. Dado que la densidad del petróleo era conocida, las masas de las “gotas ", y por lo tanto sus fuerzas gravitatorias y de flotación, podrían determinarse a partir de sus radios observados. Usando un campo eléctrico conocido, Millikan y Fletcher pudieron determinar la carga en las gotas de aceite en equilibrio mecánico. Repitiendo el experimento para muchas gotas, confirmaron que las cargas eran todas múltiplos de un valor fundamental, y calcularon que es 1,5924|(17).10-19 C, dentro de un uno por ciento de error del valor actualmente aceptado de 1,602176487|(40).10-19 C. Propusieron que ésta era la carga de un único electrón.9.-Explique la ley de Coulomb.La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas

puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.10.-Defina los siguientes términos:A) Campo:El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.B) Polarización: Propiedad de las ondas electromagnéticas, y especialmente de la luz, de presentar un reparto privilegiado de la orientación de las vibraciones que las componen.C) DipoloMolécula en la que el centro de las cargas positivas no coincide con el de las cargas negativas, debido a un desplazamiento de los electrones hacia el polo negativo de la molécula, con lo cual se genera una molécula con dos polos, uno positivo y otro negativo.D) IonizaciónLa ionización es el fenómeno químico o físico mediante el cual se producen iones, estos son átomos o moléculas cargadas eléctricamente debido al exceso o falta de electrones respecto a un átomo o molécula neutra.E) Carga puntualUna carga puntual es una carga eléctrica hipotética, de magnitud finita, contenida en un punto geométrico carente de toda dimensión, en otras palabras una carga puntual consiste en dos cuerpos con carga que son muy pequeños en comparación con la distancia que los separa. F) Gradiente de potencialEl gradiente de potencial es la relación que da el valor de un campo eléctrico en cualquier punto del aislamiento, en función de la posición de este punto.11.- ¿Por qué las líneas de fuerza nunca cruzan?Porque el campo es tangente a la línea de fuerza así que nunca se puedan cortar.12.-Obtega el valor de E, entre las placas de un condensador, a partir de la ley de Gauus.13.- ¿Qué es una superficie equipotencial?Las superficies equipotenciales son aquellas en las que el potencial toma un valor constante. Por ejemplo, las superficies equipotenciales creadas por cargas puntuales son esferas concéntricas centradas en la carga, como se deduce de la definición de potencial14.-Dos carga, de magnitud y signos desconocidos, están separados una distancia d, la intensidad del campo eléctrico es cero en un punto situado entra ellas, en la línea que las une. ¿Qué se puede decir respecto a las cargas?Que forman un dipolo eléctrico.15.-Explique la ley de Gauus.La ley de Gauss relaciona el flujo eléctrico a través de una superficie cerrada y la carga eléctrica encerrada por esta superficie. De esta misma forma, también relaciona la divergencia del campo eléctrico con la densidad de carga.

ConclusionesCon esta práctica aprendimos que hay cargas positivas, negativas y podemos ver cuando se atraen o se repelen, así como también ver cómo interactúan las partículas

en estas cargas, los espectros electromagnéticos. Durante esta práctica pudimos reafirmar lo aprendido en clase, cómo se comportan las cargas puntuales provocando un campo eléctrico. Comprobamos el método de frotación para cargar eléctricamente materiales con un paño de tela haciendo diversos experimentos, como por ejemplo; acercándolo a trozos de papel y debido a esta carga los papeles son atraídos hacia las distintas barras, así mismo realizamos el método de inducción, comenzando con una frotación en una barra haciendo contacto después con un metal y este provoca el efecto de atracción al péndulo gracias a la carga.Realizamos experimentos con campo eléctrico en una superficie de plástico con aceite para lograr observar el campo eléctrico que se genera con las distintas formas a tierra que se colocaron en el dispositivo. Con esta práctica aprendimos que hay las cargas ya sean positivas o negativas podemos ,”verlas” esto quiere decir que podemos ver cuando se atraen o se repelen, así como también ver cómo interactúan las partículas en estas cargas, y a esto me refiero a los espectros electromagnéticos.

Bibliografía http://es.slideshare.net/waltersima/fisica-2-4ta-edicion-resnick-hallidayhttp://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturashttp://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/056/htm/sec_4.htm