1 INFORME FISIK3

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Universidad del Perú, DECANA DE AMERICA

FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS

LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

INTEGRANTES:

ALVARADO HUANCA, MANUEL AUGUSTO [13070026]

CAYCHO QUIÑONES, JOSÉ ANTONIO [13070031]

GONZALES CARAMANTIN, CARLOS JHOZIMAR [13070098]

TERREROS ROCHA, ANIBAL PERFECTO [13070202]

PROFESOR:

NI LA MENOR P…A IDEA!

EXPERIMENTO:

1, CARGAS ELECTRICAS Y CUERPOS ELECTRIZADOS

HORARIO:

VIERNES 4:00-6:00 P. M

Ciudad universitaria, septiembre 2014

CARGAS ELECTRICAS Y CUESPOS ELECTRIZADOS UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS(Universidad del Perú, DECANA DE AMERICA)

OBJETIVOS

Comprobar experimentalmente la existencia de una de las propiedades de la materia llamada carga eléctrica.

Experimentar con la electrificación de los cuerpos mediante los diversos procesos.

Verificar la interacción electrostática entre cargas de igual signo y de signos opuestos.

Conocer el funcionamiento y los principios físicos de un generador electrostático-máquina de Wimshurst y la máquina de Van de Graff.

MATERIALES

MARCO TEORICO

Carga eléctrica.

La carga eléctrica es un atributo de las partículas elementales que la poseen. Caracterizado por la fuerza electrostática que entre ellas se ejerce. Dicha fuerza es atractiva si las cargas respectivas son de signo contrario, y repulsiva si son del mismo signo

Principio de conservación de la carga.

En concordancia con los resultados experimentales, el principio de conservación de la carga establece que no hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva. En un proceso de electrización, el número total de protones y electrones no se altera y sólo hay una separación de las cargas eléctricas. Por tanto, no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, es decir, la carga total se conserva. Pueden aparecer cargas eléctricas donde antes no había, pero siempre lo harán de modo que la carga total del sistema permanezca constante. Además esta conservación es local, ocurre en cualquier región del espacio por pequeña que sea.

Cuantificación de carga eléctrica.

En física, un cuanto o cuantio (del latín Quantum, plural Quanta). Max Plank, 1900, dijo que la luz siempre viaja en pequeños paquetes llamados "quata". Denotaba en la física cuántica primitiva tanto el valor mínimo que puede tomar una determinada magnitud en un sistema físico, como la mínima variación posible de este parámetro al pasar de un estado discreto a otro. Se hablaba de que una determinada magnitud estaba cuantizada según el valor de cuánto. O sea que cuanto es una

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proporción hecha por la magnitud dada. Un ejemplo del modo en que algunas cantidades relevantes de un sistema físico están cuantizadas lo encontramos en el caso de la carga eléctrica de un cuerpo, que sólo puede tomar un valor que sea un múltiplo entero de la carga del electrón. En la moderna teoría cuántica aunque se sigue hablando de cubanización el término cuanto ha caído en desuso. El hecho de que las magnitudes estén cuantizadas se considera ahora un hecho secundario y menos definitorio de las características esenciales de la teoría.

Existen dos tipos de cargas eléctricas. Se comprueba experimentalmente que cuerpos con cargas eléctricas de igual tipo se repelen, mientras que los de tipo distinto carga se atraen. Los dos tipos de cargas eléctricas existentes son denominados cargas positivas y cargas negativas. A un cuerpo que no esté cargado eléctricamente se le denomina cuerpo electrostáticamente neutro, en este caso decimos que tiene igual número de cargas de ambos tipos.

GENERADOR ELECTROSTATICO: MAQUINA DE WIMSHURST.

La máquina de Wimshurst es un generador electrostático de alto voltaje desarrollado entre 1880 y 1883 por el inventor británico James Wimshurst (1832 - 1903). El generador electrostático sirve para generar altas tensiones constantes, nos son peligrosas al contacto.

FUNCIONAMIENTO:

Durante el servicio, una carga inicialmente pequeña se incrementa constantemente, por medio del proceso conocido como influencia eléctrica, hasta que se alcanza la máxima tensión de servicio. Esta se ve limitada por descargas de chispa, toma de corriente y fallos de aislamiento. Para facilitar la explicación del funcionamiento del generador electrostático, en lugar de los discos, imaginemos que se tienen dos cilindros huecos (VER FIG. 01), que rotan en sentido opuesto alrededor de un eje común. Luego de que la hoja B1 adquiera una carga eléctrica positiva, tras el frotamiento con el pincel P2, este pasa sucesivamente a las posiciones B2 y B3. En la posición B3 se encuentra frente a la hoja Al, la cual está puesta a tierra por medio del pincel Pl, por lo que su carga de influencia es negativa. Al mantiene esta carga


http://www.3bscientific.com/Electrostatica/Maquina-de-Wimshurst-U15310,p_83_671_612_1163.html?image=zoom&zoomfile=U15310_01



negativa cuando, debido al movimiento de giro, pasa ocupar las posiciones A2 y A3. En la posición A3 ejerce como influencia una carga positiva sobre la hoja de estaño BI, la cual se encuentra ahora enfrente. Este proceso se repite constantemente, lo cual conduce a un incremento progresivo de la carga sobre las placas de estaño. Al continuar el movimiento, todas las hojas B, con carga positiva, llegan hasta la escobilla S1, y a las hojas A, con carga negativa, a la escobilla S2, en donde entregan sus cargas a los electrodos con las esferas conductoras Kl y K2. Al continuar el movimiento giratorio, se producen los mismos acontecimientos con la diferencia de qué, ahora, la hoja de estaño A que pasa frente a P1* tiene carga positiva, y la hoja B que pasa frente a P2* es negativa, las tensiones así generadas crecen de acuerdo con el diámetro de los discos. En realidad, los procesos que aquí se han descrito paso a paso ocurren simultáneamente.

Bajo los pinceles, las cargas positivas o negativas de las hojas de estaño del disco 2 ejercen una influencia sobre las del disco 1. Y ésta, por otra parte, influencia las cargas de las hojas de estaño del disco 2, cuando éstas pasan por el pincel que se encuentra enfrente. Las cargas son entonces absorbidas por las escobillas y se conducen, para su descarga, a las barras de electrodos o las botellas de Leyden por medio de las esferas conductoras. La longitud de las chispas depende del diámetro del disco.




GENERADOR ELECTROSTÁTICO; MÁQUINA DE VAN DE GRAAFF:

El generador de Van de Graaff, GVG, es un aparato utilizado para crear grandes voltajes. En realidad es un electróforo de funcionamiento continuo. Se basa en los fenómenos de electrización por contacto y en la inducción de carga. Este efecto es creado por un campo intenso y se asocia a la alta densidad de carga en las puntas. El primer generador electrostático fue construido por Robert Jemison Van de Graaff en el año 1931 y desde entonces no sufrió modificaciones sustanciales. Existen dos modelos básicos de generador:

a) El que origina la ionización del aire situado en su parte inferior, frente a la correa, con un generador externo de voltaje (un aparato diferente conectado a la red eléctrica y que crea un gran voltaje)

b) El que se basa en el efecto de electrización por contacto. En este modelo el motor externo sólo se emplea para mover la correa y la electrización se produce por contacto. Podemos moverlo a mano con una manivela y funciona igual que con el motor. En los dos modelos las cargas creadas se depositan sobre la correa y son transportadas hasta la parte interna de la cúpula donde, por efecto Faraday, se desplazan hasta la parte externa de la esfera que puede seguir ganando más y más hasta conseguir una gran carga.

Consta de:

1.- Una esfera metálica hueca en la parte superior.

2.- Una columna aislante de apoyo que no se ve en el diseño de la izquierda, pero que es necesaria para soportar el montaje.

3.- Dos rodillos de diferentes materiales: el superior, que gira libre arrastrado por la correa y el inferior movido por un motor conectado a su eje.




4.- Dos “peines” metálicos (superior e inferior) para ionizar el aire. El inferior está conectado a tierra y el superior al interior de la esfera.

5.- Una correa transportadora de material aislante (el ser de color claro indica que no lleva componentes de carbono que la harían conductora).

6.- Un motor eléctrico montado sobre una base aislante cuyo eje también es el eje del cilindro inferior. En lugar del motor se puede poner un engranaje con manivela para mover todo a mano.

Funcionamiento:

Una correa transporta la carga eléctrica que se forma en la ionización del aire por el efecto de las puntas del peine inferior y la deja en la parte interna de la esfera superior.

El intenso campo eléctrico que se establece entre el rodillo y las puntas del “peine” situadas a unos milímetros de la banda, ioniza el aire. Los electrones del peine no abandonan el metal pero el fuerte campo creado arranca electrones al aire convirtiéndolo en plasma conductor -efecto Corona- y al ser repelido por las puntas se convierte en viento eléctrico negativo.

Parte superior:

Las puntas del peine se vuelven positivas y las cargas negativas se van hacia el interior de la esfera.

Un generador de Van de Graaff no funciona en el vacío. La eficacia depende de los materiales de los rodillos y de la correa. El generador puede lograr una carga más alta de la esfera si el rodillo superior se carga negativamente e induce en el “peine” cargas positivas que crean un fuerte campo frente a él y contribuyen a que las cargas negativas se vayan hacia la parte interna de la esfera. El efecto es que las partículas de aire cargadas negativamente se van al “peine” y le ceden el electrón que pasa al interior de la esfera metálica de la cúpula que adquiere carga negativa.

Por el efecto Faraday (que explica por qué se carga tan bien una esfera hueca) toda la carga pasa a la esfera y se repele situándose en la cara




externa. Gracias a esto la esfera sigue cargándose hasta adquirir un gran potencial y la carga pasa del “peine” al interior.

PROCEDIMIENTO

Ubique en la mesa de trabajo en la posición más adecuada la Maquina de Wimshurts y de Van de Graft.

2. Revise que todo esté en perfectas condiciones, cualquier anomalía informe al profesor de turno. Máquina de Wimshurts

3. Identifique las partes de las maquinas electrostáticas.

4. Gire lentamente la manivela en sentido horaria, los conductores transversales deben señalar, por arriba, hacia la izquierda y, por debajo, hacia la derecha, en un ángulo de 45, en relación con la barra de aislamiento.

5. Mantenga el interruptor, anote lo observado.

6. Ahora cierre el interruptor, anota lo observado.

7. Conecte las botellas de Leyden, anote lo observado. Los pasos 5,6 y 7 se efectúan girando las manivelas del equipo.

8. Determine la polaridad del generador electrostático por medio de un electroscopio, este último se carga con un electrodo y se toca luego con una barra de plástico previamente frotada con lana, anote el signo de la carga.

9. Ahora acerque una lámpara de fluorescente y anote lo observado, identifique la polaridad de las lámparas.

10. Descarga de punta (figura -04); colocar la rueda de punta sobre el rodamiento de agujas en el soporte, conectar la fuente de carga y transmitir la carga, anote lo observado.

11. Péndulo Doble (figura-05); colocar un péndulo de bolitas de sauco en soporte con gancho, conectar a la fuente de carga y transmitir un carga a través de esta, anote lo observado.

12. Clavija de conexión en pantalla de seda;(figura-06) colocar la clavija de conexión en pantalla de seda sobre el soporte, conectar a las fuentes de carga y acrecentar lentamente la carga aplicada, anote lo observado.




13. Juego de campanas;(figura -07) colocar sobre el juego de campanas, conectar a la fuente de carga aumentar lentamente la carga suministrada, anote lo observado.

14. Tablero de Destellos;(figura-08) colocar el tablero de destellos en el soporte, conectar las fuentes de carga y aumentar lentamente el volumen de la carga suministrada, anote lo observado.

15. Danza Eléctrica;(figura-09) colocar el tablero de base sobre el soporte, colocar sobre bolitas de sauco de 5 a 8 unidades, y poner encima de la cubierta electrodos esféricos invertida, conectar la fuente de carga y aumentar lentamente la cantidad de carga suministrada, anote lo observado.

16. Aparato fumívoro;(figura-10) colocar el tablero de base sobre el soporte, invertir sobre este la cubierta con electrodos de punta y conectar la fuente de carga. Hacer penetrar en la cubierta el humo de un cigarro o de una vela de humo, anote lo observado.

17. Carril de rodamiento con bolas;(figura-11) colocar sobre el soporte la placa de base, y el carril de rodamiento de bolas. Al hacerlo, asegúrese de que los distanciadores del carril de rodamiento con bolas no caigan hacia un lado. Coloca la bola, limpia y seca, sobre la placa de base de tal manera que entre en contacto con el canto del electrodo esférico superior. Conectar la fuente de alimentación y suministrar lentamente la carga, anote lo observado. Máquina de Van Der Graff

18. Conecte la máquina de van der Graff, a la fuente de 250V de C.A. Tenga cuidado, si tiene dudas consulte al profesor.

19. Una vez encendido, la faja vertical comenzará a girar, identifique el signo de las carga de la esfera, con la ayuda de un electroscopio, anote lo observado.

20. Utilice los dispositivos efectuados en los procesos del 9 al 17. Anote lo observado.

21. Acerque el electroscopio lentamente a la esfera y anote el máximo valor del ángulo que se desvía las hojuelas.

CUESTIONARIO

1. ¿Cómo puede usted determinar el signo de las cargas de las esferas de tecnoport?

Por medio de la inducción magnética cargamos con carga positva (σ+) o negativa (σ-) a la espera de tecnoport.




Lo acercamos lentamente a la máquina de Van de Graff cargada negativamente y observamos si este atrae o repele

Carga del tecnoport

Atrae el tecnoport positva (σ+)

Repele el tecnoport negativa (σ-)

2. En que consiste en principio de la superposición.

El principio de superposición o teorema de superposición es un resultado matemático que permite descomponer un problema lineal en dos o más subproblemas más sencillos, de tal manera que el problema original se obtiene como "superposición" o "suma" de estos subproblemas más sencillos.

Se ha comprobado -también experimentalmente- que las fuerzas eléctricas se comportan en forma aditiva, es decir; la fuerza eléctrica

sobre una carga q, debida a un conjunto de cargas es igual a la

suma de las fuerzas que , que cada carga qi, ejerce separadamente sobre la carga q, es decir:

en que las fuerzas

3. ¿Del experimento realizado, se puede deducir que tipo de carga se traslada de un cuerpo a otro?

Si se puede. Solo depende de la carga de la varilla.




O de lo contrario si la varilla tuviera carga negativa, la esfera de tecnoport se cargaría positivamente.

4. Enuncie los tipos de electrificación.

Formas para cambiar la carga eléctrica de los cuerpos

Se denomina electrización al efecto de ganar o perder cargas eléctricas, normalmente electrones, producido por un cuerpo eléctricamente neutro. Los tipos de electrificación son los siguientes:

1. Electrización por contacto: Cuando ponemos un cuerpo cargado en contacto con un conductor se puede dar una transferencia de carga de un cuerpo al otro y así el conductor queda cargado, positivamente si cedió electrones o negativamente si los ganó.

2. Electrización por fricción: Cuando frotamos un aislante con cierto tipo de materiales, algunos electrones son transferidos del aislante al otro material o viceversa, de modo que cuando se separan ambos cuerpos quedan con cargas opuestas.

3. Carga por inducción: Si acercamos un cuerpo cargado negativamente a un conductor aislado, la fuerza de repulsión entre




el cuerpo cargado y los electrones de valencia en la superficie del conductor hace que estos se desplacen a la parte más alejada del conductor al cuerpo cargado, quedando la región más cercana con una carga positiva, lo que se nota al haber una atracción entre el cuerpo cargado y esta parte del conductor. Sin embargo, la carga neta del conductor sigue siendo cero (neutro).

4. Carga por el Efecto Fotoeléctrico: Sucede cuando se liberan electrones en la superficie de un conductor al ser irradiado por luz u otra radiación electromagnética.

5. Carga por Electrólisis: Descomposición química de una sustancia, producida por el paso de una corriente eléctrica continua.

6. Carga por Efecto Termoeléctrico: Significa producir electricidad por la acción del calor.

5. ¿Por qué en cuerpo humano es un buen conductor de electricidad?

Por todos los compuestos quimicos de los cuales estamos compuestos, incluyendo el agua, la sangre y los minerales dentro de ella. Ademas de las siempre constantes pulsos electricos de nuestro sistema neurologico que esta presente en todo nuestro cuerpo. Casi el 70% del organismo consta de agua ionizada, un buen conductor de electricidad. De acuerdo con la electrofisiología, ciencia que estudia las reacciones que produce la corriente eléctrica, cada uno de los tejidos de nuestro cuerpo reacciona cuando una descarga circula por el organismo y los efectos biológicos dependen de su intensidad. Se ha descubierto que las partes más sensibles son la retina y el globo ocular, pues ante cualquier estímulo eléctrico producen una sensación luminosa. Le sigue la lengua, la cual manifiesta un sabor alcalino.

6. Si tenemos un objeto cargado positivamente y lo acercamos a un electroscopio, ¿Qué tipo de carga tiene el electroscopio?

Primero observamos las laminillas juntas por la ausencia de carga.

Luego acercamos un cuerpo electrizado positivamente a la bola del electroscopio, las cargas pasan a través de la barra metálica a las laminillas (esto se da por inducción) las laminillas quedan cargadas positivamente, y por lo tanto se separan. La separación la mediremos con la escala graduada situada en la parte inferior. Cuanto mayor sea la separación, mayor será el valor de la carga eléctrica.




7. Qué función cumple las botellas de Leyden en la máquina de Wimshurst.

La botella de Leyden es un dispositivo que permite almacenar cargas eléctricas comportándose como un condensador o capacitor. La varilla metálica y las hojas de estaño conforman la armadura interna. La armadura externa está constituida por la capa que cubre la botella. La misma botella actúa como un material dieléctrico (aislante) entre las dos capas del condensador. El nombre de condensador proviene de las ideas del siglo XIX sobre la naturaleza de la carga eléctrica que asimilaban ésta a un fluido que podía almacenarse tras su condensación en un dispositivo adecuado como la botella de Leyden.

Este es el principio por el cual, si un rayo cae por diferencia de potencial en un avión, este no sufrirá en su interior ningún tipo de descarga ni alteración eléctrica.

8. Durante el uso del generador electrostático se percibe un olor caracterisico, investigue a que se debe.

Tras aquellos experimentos percibió un olor característico, único y punzante, alrededor del generador; van Marum se refirió al mismo como «el olor de la materia eléctrica». Este olor era producto de la formación de ozono, siendo el primero en describirlo científicamente.

Es el olor a Ozono (O3) variedad alotrópica del Oxigeno (O2), que se genera a partir de él, por efecto de las chispas. También se percibe cuando hay una tormenta eléctrica.

9. Explique el poder de las puntas, y sus aplicaciones.

En Electrostática, el poder de las puntas está íntimamente relacionado con el concepto de la rigidez dieléctrica. Ésta es el mayor valor de campo eléctrico que puede aplicarse a un aislante sin que se vuelva conductor. Este fenómeno fue descubierto hace 200 años por Benjamin Franklin, al observar que un conductor con una porción puntiaguda en su superficie, descarga su carga eléctrica a través del aguzamiento y por lo tanto no se mantiene electrizado.

Actualmente se sabe que esto se produce debido que en un conductor electrizado tiende a acumular la carga en la región puntiaguda. La concentración de carga en una región casi plana es mucho menor que la acumulación de carga eléctrica en un saliente acentuado. Debido a esta distribución, el campo eléctrico de las puntas es mucho más intenso que




el de las regiones planas. El valor de la rigidez dieléctrica del aire en la porción más aguzada será sobrepasado antes que en las otras regiones, y será por ello que el aire se volverá conductor y por allí escapará la carga del conductor.

10. Aplicaciones de equipo de Van De Graff

Las diferentes aplicaciones de esta máquina incluyen la producción de rayos X, esterilización de alimentos y experimentos de física de partículas y física nuclear.

- Gracias al generador podemos hacer experimentos de ruptura dieléctrica en alta tensión sin peligro para el que los realiza.

11. - Su utilidad es amplia, usándose tanto en experimentos docentes como en procesos Industriales (acelerador de partículas.)

12.13.




- Existen otras variantes del generador de Van de Graaff, como son el Vivitron o el Pelletron capaces de conseguir tensiones de 30 Megavoltios.



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