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LABORATORIO #1
“FUERZAS ELECTROESTATICAS”
JUAN PACHECO
LIC. MATEMÁTICAS Y FÍSICA
REVECA VILORIA
CARLOS M. ACEVEDO
HEIDER OROZCO OSPINO
JOSE GONZALEZ JIMENEZ
UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR
ELECTROMAGNETISMO
GRUPO 12
VALLEDUPAR –CESAR
“FUERZAS ELECTROESTATICAS”
PRESENTACION
Desde muchos años a tras los científicos vienen exponiendo los principales
fenómenos y comportamientos en los cuerpos cargados.
En la siguiente presentación analizaremos, como se comporta los diferentes
materiales en el fenómeno de la electrostática
Estos son los científicos y físicos más representados por la ciencia de la física
clásica: Tales de Mileto, William Gilbert, Stephen gray, Charles Dufay, Benjamín
Franklin, Joseph Priestley, Charles Coulomb
OBJETIVO
Cargar cuerpos eléctricamente por frotamiento y observar las fuerzas entre
cuerpos cargados eléctricamente y además, determinar si un cuerpo posee
carga eléctrica usando el electroscopio
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.
Materiales y equipos:
Dos barras de baquelita o PVC (30 cm)
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Dos barras de vidrio (23.5 cm)
Dos barras metálicas (24 cm)
Un pivotes para rotación
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Dos paños de seda para frotar
Un electroscopio (SF-9069)
Una regla de plástico (30 cm)
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 la barra de PVC con la barra de metal 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 la barra de metal 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 cada una de las barras y llevarlas al electroscopio observamos lo
siguiente:
-
La de PVC se cargó eléctricamente(figura4)
(FIGURA 4)
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
En este experimento interpretamos las diferentes formas de cargar un cuerpo. En
lo ocurrido utilizamos el método de frotación y concluimos que:
-
-
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
Un material con carga neutra puede adquirir o no una carga neta positiva o
negativa dependiendo del material frotado
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 jueves 04 de sep de 2014
http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctrica jueves 04 de sep de 2014
http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Electricidad_cargas_Interaccion.html jueves 04
de sep de 2014