Informe 1 Adquisicion de cargas parciales

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA 
CAMPUS SANTIAGO 
LABORATORIO FIS 120 
 SEGUNDO SEMESTRE 2016 
 
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EXP.1: COMPORTAMIENTO DE CUERPOS ELECTRIZADOS 
Celeste Bugman 201551513-1 celeste.bugman@sansano.usm.cl 
Franco Espinoza 201551575-1 franco.espinoza@sanasano.usm.cl 
Giovanna Sánchez 201451577-4 giovanna.sanchez.14@ sansano.usm.cl 
 
 
1. Resumen 
 
La experiencia realizada consistió en la 
observación de fenómenos electrostáticos simples para 
así comprobar el comportamiento teórico de objetos 
electrizados. Se observaron las diversas reacciones que 
tienen objetos con distintas afinidades electrónicas a 
una transferencia de electrones mediante frotamiento, 
también se cargo un sistema por inducción 
electrostática, y se observó el funcionamiento de un 
generador de Wimshurt, de un generador de Van de 
Graaff y de una jaula Faraday. 
 
2. Objetivos 
 
• Comprobar los métodos para producir carga 
eléctrica. 
• Estudiar el fenómeno de inducción electrostática. 
• Comprobar el funcionamiento de un generador de 
Van De Graaff. 
• Comprobar el funcionamiento de un generador de 
Wimshurt. 
3. Introducción 
 
Muchas veces en sucesos tan cotidianos como 
entrar en contacto con otra persona, con algún artefacto 
eléctrico o bien simplemente sacarse la chaqueta se 
siente un pequeño chispazo, al cual la mayoría de las 
personas reacciona con un “¡me dio la corriente!”, si 
bien éste termino físicamente esta mal dicho, sucesos 
así nos confirman que todo objeto esta cargado y que la 
interacción de estas cargas se aprecia en el día a día. 
 
En la experiencia se observó el funcionamiento de 
generadores específicos y de un artefacto Faraday, 
también se estudiaron las diversas maneras de 
transferencia de carga, y las consecuencias que ésta 
conlleva ya sea en otros cuerpos como en el entorno. 
Podemos separar el desarrollo experimental en dos 
secciones: 
Sección Nº1: Se estudió el fenómeno de carga por 
frotamiento en materiales con diversas afinidades 
electrónicas utilizando un electroscopio. 
 
Sección Nº2: Se estudió el fenómeno de carga por 
inducción utilizando un electróforo. 
 
4. Marco Teórico 
 
 La electroestática es el área de la física que se 
encarga de estudiar fenómenos asociados a cargas 
eléctricas en reposo, donde un cuerpo que se encuentra 
neutro eléctricamente adquiera carga de algún tipo. Se 
puede adquirir carga a través de tres procedimientos: 
frotamiento, contacto e inducción. 
 
 Carga por frotamiento: 
 
 Para cargar un objeto mediante este método se 
debe frotar con uno neutro, de esta forma se produce 
una transferencia de electrones a nivel superficial, lo 
que causa que un cuerpo quede con carga positiva y el 
otro con carga negativa, la carga asociada a ambos 
cuerpos depende exclusivamente de las características 
del objeto y de su posición en la serie triboeléctrica, la 
cual clasifica a los materiales según su afinidad 
electrónica (ilustrada en la sección 𝐴𝑛𝑒𝑥𝑜𝑠). Para dos 
cuerpos no conductores la transferencia de electrones 
dependerá principalmente de la superficie de contacto, 
de la posición en la serie triboeléctrica, de la aspereza 
superficial, la temperatura y la tensión. Por otro lado los 
cuerpos conductores tienden a que su carga se 
encuentre distribuida superficialmente, lo que hace que 
la migración de éstos sea mas fácil. 
 
Carga por contacto: 
 
mailto:celeste.bugman@sansano.usm.cl
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Se necesita un cuerpo previamente cargado y otro 
neutro, una parte de la carga se transfiere al objeto 
neutro, ya que la carga tiende a dividirse 
proporcionalmente según las capacidades de cada 
cuerpo. 
 De esta forma el objeto previamente neutro 
quedara con una carga asociada, y el que estaba cargado 
tendrá una carga neta menor. 
 
Carga por inducción: 
 
Al acercar un cuerpo cargado a uno neutro, se 
produce una redistribución de cargas en el neutro, las 
cargas opuestas al del cuerpo cargado tenderán a 
acercarse a el, mientras que las del signo contrario se 
distribuirán en el otro extremo. Cabe destacar que éste 
fenómeno, mientras el objeto no tenga contacto a tierra, 
no produce una alteración en la carga neta. 
 
Si evaluamos los tres procesos, ninguno de ellos 
produce cargas en grandes cantidades, sin embargo se 
han creado maquinas, las cuales generan carga 
continuamente, acumulándola y aumentando a cada 
momento el potencial eléctrico. Ejemplos de dichas 
maquinas, son los generadores de Van De Graff y de 
Wimshurt. 
 
El generador de Van De Graff es una maquina 
electroestática que utiliza una cinta móvil para 
acumular carga eléctrica en el manto de una esfera 
metálica hueca, éste proceso al repetirse continuamente 
genera un aumento en su carga y en el potencial 
eléctrico. Por otro lado el generador de Wimshurt 
funciona a base de la inducción electroestática para 
separar cargas positivas y negativas, creando voltajes 
muy altos. 
 
5. Montaje Experimental 
 
Sección Nº1: 
 
Figura Nº1: Diagrama del montaje experimental 
utilizado para comparar el comportamiento de diversos 
elementos en el electroscopio. 
 
1. Electroscopio. 
2. Aislante que permite que el electroscopio no se 
vea afectado por factores externos. 
3. Laminilla de oro. 
4. Esfera conductora metálica. 
5. Barra de vidrio, PVC, o acrilico. 
6. Barra conductora del electroscopio. 
Sección Nº2: 
 
Figura Nº2: Diagrama del montaje experimental 
utilizado para observar el efecto de un objeto cargado 
por inducción. 
 
1. Superficie de acrílico. 
2. Disco de aluminio. 
6. Método Experimental 
 
Sección Nº1: 
 
 Para comenzar se acerca la varilla de vidrio a la 
esfera conductora del electroscopio y se observa si la 
laminilla de oro sufre algún cambio (Paso nº1), luego 
se frota la varilla con seda y se acerca nuevamente a la 
esfera conductora (Paso nº2), es importante luego de 
cada uno de los pasos anteriormente descritos observar 
la reacción del electroscopio. Luego se toca la esfera 
con la varilla, para así ver si hay una transferencia de 
carga (Paso nº3). Por ultimo se debe tocar la esfera 
conductora con la mano para que la distribución de 
cargas del electroscopio vuelva a su estado inicial y se 
puedan repetir los pasos anteriormente descritos con 
una barra de PVC y una de acrílico. 
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 Luego se frota la barra de plástico con el paño de 
lana y se toca la esfera conductora, mientras el 
electroscopio se encuentra cargado se frota la varilla de 
vidrio con seda y se acerca a la esfera. Se debe chequear 
la reacción de la laminilla para así saber la carga 
asociada a la barra. Repetir el procedimiento descrito 
con la barra de acrílico. 
 
 
 
 
 
 
 
Sección Nº2: 
 
Se comienza frotando la superficie de acrílico con 
el paño de lana para de ésta forma producir una carga 
estática sobre su superficie, luego se pone en contacto 
con el disco de aluminio, el cual según lo reordena sus 
cargas, dejando un exceso de cargas iguales a las del 
disco lo mas alejadas posible de éste, luego se toca el 
disco por un segundo para transferir éste exceso de 
cargas “a tierra”, para finalizar se retirar el disco sin 
rozar la su superficie, para que el método ilustre que 
ambos cuerpos, al tener distintas cargas, se atraen. 
 
7. Resultados 
 
Sección Nº1: 
 
Material Paso nº1 Paso nº2 Paso nº3 
Vidrio 
No se observa 
cambio en la 
laminilla. 
La laminilla se 
aleja del eje 
levemente. 
No hay 
cambios en la 
laminilla. 
Acrílico 
No se observa 
cambio en la 
laminilla.La laminilla se 
aleja del eje 
central. 
La laminilla 
se mantiene 
alejada del 
eje. 
PVC 
No se observa 
cambio en la 
laminilla. 
La laminilla se 
aleja lo más 
posible del eje 
central. 
La laminilla 
se mentiene 
muy alejada 
del eje. 
Tabla Nº1: Observaciones de las diversas reacciones 
del electroscopio al acercamiento y posterior roce de 
distintos materiales. 
 
Material Reacción de las laminas 
Vidrio Disminuye distancia 
Acrílico Aumenta distancia 
Tabla N°2: Efecto que se produce en las láminas del 
electroscopio (cargadas previamente por el tubo de 
PVC), cuando se le acercan las barras de vidrio y 
acrílico cargado. 
 
 
 
 
 
 
Sección Nº2: 
 
Al tratar de separar el disco de acrílico con el disco 
de aluminio, dichos materiales se resisten, por lo tanto 
es necesario ejercer una fuerza mayor para alejarlos 
entre si. Es importante mencionar que al separarlos 
suenan. 
 
8. Análisis 
 
Sección Nº1: 
 
 Inicialmente si acercábamos la varilla de vidrio al 
electroscopio, la laminilla de éste no presentaba 
movimiento alguno, pero luego de frotar la varilla con 
un paño de seda, si se observó un movimiento. Esto se 
debe a que primeramente la varilla se encontraba con 
carga neutra, por lo tanto no realizaba efecto sobre el 
electroscopio, pero luego al ser frotada con el paño 
hubo una transferencia de electrones entre ambos, 
cargando de manera localizada a la varilla. Dicha 
transferencia causa que al momento de acercar la varilla 
al electroscopio las cargas de éste se reordenen, por lo 
cual, su barra conductora y la varilla quedaron con 
cargas del mismo signo lo que causa el efecto de 
repulsión. 
 
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 Posteriormente, se realiza el mismo 
procedimiento pero con un tubo de plástico (PVC). 
Cuando el tubo está neutro, no se observa cambios en el 
electroscopio. Luego de cargar el plástico, se acerca al 
electrodo induciendo una carga sobre este y las láminas 
por repulsión se separan, pero al alejar el tubo las 
láminas vuelven a juntarse. Al tocar el electrodo con el 
PVC se cede carga al electroscopio, provocando una 
repulsión constante de las láminas. Al usar una barra de 
acrílico, ocurren situaciones análogas a las sucedidas 
con el tubo de plástico. 
 En esta etapa se carga por frotamiento la barra 
de plástico y luego se toca el electrodo del 
electroscopio para cargarlo, provocando que se 
separen las láminas. Para saber el tipo de carga de la 
vara de vidrio cargada se toca el electrodo, pero no se 
aprecia cambio la distancia entre las lámina. 
 
 
 Por el contrario, al unir la barra de acrílico, las 
láminas se repelen y aumentan la distancia que las 
separa, porque tiene la misma carga que el electrodo (y 
que el tubo plástico). 
 
Sección Nº2: 
 Al separar el disco metálico de la superficie, se 
siente una fuerza de atracción entre este y la barra de 
acrílico, de modo que produce un sonido al lograr 
separarlos totalmente. Se prosigue y se acerca el disco 
metálico al electroscopio, induciendo una carga puesto 
que las láminas se separan. 
 Posteriormente, al tocar con la mano el disco, se 
actúa como conexión a tierra al permitir que las cargas 
viajen a través del cuerpo hasta el suelo. 
 Se intenta descargar el acrílico tocándolo con la 
mano, sin embargo, no funciona (Evidencia de esto es 
que al colocar la pieza de metal descargada se atrae 
nuevamente a la superficie) debido a que no es un 
material conductor. 
Generador de Van de Graaff: 
 Al encender el generador de Van de Graaff y 
acercarle una esfera conductora conectada a tierra, se 
produce una corriente eléctrica entre ambos debido a la 
diferencia de potencial eléctrico entre ambos cuerpos, 
superando la tensión de ruptura dieléctrica del aire. Al 
colocar sobre la esfera del generador un aislante y sobre 
éste un objeto con “hilos” de igual carga que la esfera, 
se aprecia como los hilos se levantan en dirección del 
campo eléctrico de la esfera. 
Generador de Wimshurt: 
 Cuando comienza el funcionamiento del 
generador, entre las esferas conductoras, que están a 
diferentes potenciales eléctricos, se establece un arco 
voltaico constante. Al conectar un capacitador al 
generador aumenta la luminosidad del arco. Tras 
conectar un segundo capacitador la diferencia de 
potencial se eleva y el arco se produce de forma 
intermitente como una chispa explosiva. 
 
 
9. Discusión 
A pesar de que el vidrio no es un buen conductor 
eléctrico, al ser frotado por la seda debió haberse 
polarizado y haber adquirido cierta carga local, de modo 
que al acercarse al electroscopio debía generar una 
repulsión de las láminas, sin embargo esto no sucedió. 
Esto puede haberse debido que el frotamiento con la 
seda no fue lo suficientemente fuerte y que el área 
frotada era muy pequeña, entonces la carga adquirida 
relativamente baja (respecto al resto de los materiales). 
Para evitar la probable perdida de carga de los 
materiales, debe optarse por tomarlos con algún cuerpo 
aislante. 
Debido a la alta temperatura del laboratorio 
(26 [°𝐶] aproximadamente), se pudo apreciar con 
mayor claridad el arco eléctrico. La humedad relativa 
del ambiente disminuye y el aire disminuye su 
conductividad, entonces se necesita mayor energía para 
generar el arco eléctrico (Puesto que la tensión de 
ruptura dieléctrica del aire aumenta), causando una 
mayor luminosidad en el fenómeno. 
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Es importante mencionar que la repulsión que 
producida entre la barra del electroscopio y la laminilla 
de oro dependía directamente de la posición del 
material en la serie triboeléctrica, mientras el material 
es mas negativo captura mas electrones y se genera mas 
repulsión. Experimentalmente se cumplió ésta 
tendencia 
 
10. Conclusión 
 
Mediante la observación de fenómenos simples 
causados ya sea por una inducción de carga eléctrica o 
por una transferencia de ésta es posible estudiar el 
comportamiento de objetos neutros ante una 
perturbación electrostática, y de ésta forma comprobar 
los métodos de producción de carga, tales como 
frotamiento, inducción y contacto. Por otro lado 
mediante la observación de loe efectos electrostáticos 
asociados a un generador de Van De Graaff, a un generador 
de Wimshurt y a una jaula Faraday es posible comprobar su 
funcionamiento. 
 
 
11. Bibliografía 
 
1. Sears, Zemansky, Young, Freedman. (1999). 
Fisica Universitaria con fisica moderna. 
Naucalpán de Juárez, Edo. de México: 
Pearson. 
2. Tipler-Mosca. (2005). Física para la Ciencia y 
la Tecnología. México, D.F.: Reverté. 
12. Anexos 
 
 
Serie triboeléctrica 
16 Aire 
15 Piel humana 
12 Vidrio 
9 Cabello humano 
7 Lana 
4 Seda 
−6 Acrílico 
−8 Globo de goma 
−21 Poliuretano 
−23 Polipropileno 
−24 Vinilo (PVC) 
Tabla N°3: Extracto de la serie triboeléctrica, donde se 
encuentran los materiales utilizados en la experiencia 
y algunos otros de uso común.