209318462-practica-1-electricidad-y-magnetismo

Vista previa del material en texto

Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Estudios Superiores
Plantel Aragón
INGENIERIA INDUSTRIAL
CLASE “ELECRTRICIDAD Y MAGNETSIMO”
TRABAJO
TEMA: ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
GRUPO:8510
NOMBRE DEL PROFESOR: RODOLFO ZARAGOZA BUCHAIN
NOMBRE DEL ALUMNO: CORTES HERNANDEZ RICARDO 
FECHA DE ENTREGA: NOVIEMBRE DEL 2022
OBJETIVO:
Que el alumno:
  * Verifique que los cuerpos son susceptibles de electrizarse.
  * Identifique los diferentes procedimientos de electrización de los cuerpos.
  * Compruebe la existencia de los tipos de electrización que pueden adquirir los cuerpos.
  * Diferencie los conductores de los aisladores.
  * Describa los aspectos 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 teórica.
Para poder realizar con éxito una práctica primero debemos   tener los conceptos teóricos necesarios, para saber que estamos haciendo, porqué suceden los fenómenos que se presentan y que obtendremos como resultado o conclusión. Así mismo, los resultados obtenidos en la práctica deben ser iguales o muy cercanos a los que obtenemos mediante las formulas desarrolladas previamente. A continuación se presentan algunos contenidos que nos serán de utilidad en la práctica.
Carga eléctrica.
Es una propiedad fundamental de la materia, la
cual está asociada con partículas atómicas, el electrón y el protón; asociando una carga negativa con el electrón y una carga positiva con el protón. El modelo del átomo es comparado con el del sistema solar, ya que los electrones se ven como si giraran alrededor del núcleo que contiene protones y otro tipo de partículas eléctricamente neutras. La fuerza que conserva a los electrones en una órbita en torno al núcleo esta suministrada por la atracción eléctrica. 
La carga de un electrón y la carga de un protón tienen la misma magnitud, aunque signo opuesto. La carga del electrón se toma como la unidad fundamental de la carga, dado que es la carga más pequeña que se ha observado en la naturaleza. La unidad estándar para la carga es el Coulomb   (C).
Cuando las cargas interactúan una con otra, las direcciones de las fuerzas eléctricas están dadas por la ley de las cargas: “Cargas semejantes se repelen, y cargas diferentes se atraen”.
Posteriormente se tratara   también de carga neta, para ello conviene definirla. Cuando hablamos de carga neta significa que tiene un exceso, ya sea de carga positiva o negativa. Al tratar con cualquier fenómeno es importante tener en cuenta el principio de la conservación de la carga: “La carga neta de un sistema aislado permanece constante”. [4]
Electrización.
Cargar electrostáticamente es un proceso mediante el cual un aislante o un conductor aislado reciben una carga neta.
*Carga por
fricción: es uno de los procesos de carga, cuando ciertos materiales se frotan con un lienzo o piel, adquieren una carga eléctrica. La transferencia de carga se debe al contacto y la naturaleza de los materiales y no únicamente a la fricción al ser frotados. [3]
*Carga por contacto: Un cuerpo cargado negativamente puede transferir electrones a otro, si los cuerpos se tocan.
*Carga por inducción: Se produce cuando un cuerpo hace tierra, dando así una trayectoria para que los electrones puedan escapar, quedando una carga positiva neta. Se debe comprender que la carga de un objeto no se remueve; la carga puede moverse dentro del cuerpo para generar diferentes regiones de carga. En este caso, la inducción forma una polarización, es decir, una separación de cargas.[1]
Campo eléctrico.
La fuerza eléctrica se denomina fuerza de acción a distancia. En efecto decimos que los limites de esta fuerza eléctricas son infinitos. Así una configuración de cargas tendrá un efecto sobre una carga adicional colocada en cualquier sitio cercano (o aun en cualquier lugar del espacio). Así mismo, resulta difícil tratar de investigar una fuerza que actúa a través del espacio, por lo cual se introdujo el concepto de campo. [3]
Conceptualmente un campo eléctrico se extiende hacia afuera de cualquier carga eléctrica, permeando todo el espacio. El campo eléctrico indica la fuerza que experimenta una carga en una posición determinada del espacio.
La magnitud del campo eléctrico (E), o la fuerza por unidad de carga, a una distancia de r metros de una carga q coulombs   está dada por: 
E= Fq0= k q0qq0r2= kqr2 
Quedando así definido el campo eléctrico como el medio que rodea una carga eléctrica donde se realizan los efectos de atracción y repulsión.
Los vectores de campo eléctrico apuntan fuera de la carga positiva y la magnitud de los vectores decrece con la distancia de la carga. La conexión de los vectores nos permite representar   gráficamente el campo eléctrico por líneas de fuerza. En general, para una solo carga o configuración de cargas, entre mas juntas las líneas de fuerza, mas fuerte será el campo eléctrico.
Para una configuración de cargas el campo eléctrico total en cualquier punto es el vector suma de los campos eléctricos debidos a las cargas individuales.[1]
Para la practica también utilizamos un Generador de Van de Graaff. Este Generador   lo desarrollo el físico estadounidense Robert Van de Graaff   alrededor de 1930. Este tipo de Generadores son comúnmente utilizados para realizar demostraciones en el salón de clases y pueden desarrollar diferencias de potencial   superiores   a 50000 volts. 
El Generador trabaja de la siguiente manera:
Una banda de caucho, que se mueve por medio de un motor, corre verticalmente alrededor de dos poleas. Cuando el Generador se enciende, el contacto friccional con la polea inferior transfiere electrones
de la banda a la polea. La banda cargada positivamente se mueve asía arriba asía la polea superior, en donde los electrones fluyen de la polea a la banda. Con un funcionamiento continuo, las cargas se generan en ambas poleas. Después de un corto tiempo, la carga generada es suficiente para ionizar el aire en la vecindad de los electrodos metálicos. Cuando esto ocurre en el electrodo superior, los electrones son extraídos de la esfera metálica y transferidos a la banda, misma que los toman para la polea inferior.   Cuando la carga de la polea inferior, es suficiente para ocasionar una descarga de ionización, el exceso de electrones   se transfiere al electrodo inferior que está conectado a tierra. El efecto neto es que los electrones son transferidos a la esfera metálica a la tierra, dejando a la esfera una carga positiva. Un potencial eléctrico entre 50000 volts y 100000 volts es lo suficientemente grande como para causar lo que se llama una descarga de corona por medio de la ionización de las moléculas del aire alrededor de la esfera y de algún objeto cercano. [4]
LISTA DE MATERIAL
1 Juego de accesorios de la cuba electrostática.
1 Péndulo eléctrico.
1Barra de vidrio.
1 Electrodo de prueba
1 Paño de lana.
1 Agitador.
4 Cables de conexión.
1 Generador de Van de Graaff.
1 Cuba electrostática.
1 Barra de Poliestireno.
1 Barra de Hierro.
1 Paño de nylon.
1 Soporte aislante
Aceite
de ricino.
DESARROLLO EXPERIMENTAL.
  * Primera parte.- Tipos de electrización.
Consiste en comprobar los diferentes tipos de electrización para un cuerpo; que son: por frotamiento, por contacto y por inducción.
  * Electrización por frotamiento.
Para electrizar un cuerpo por este método, necesitamos frotar la barra de vidrio con el paño de lana; lo que estamos haciendo con esto, es transferir los electrones del cuerpo donde están más débilmente unidos al otro, en este caso el paño de lana es el que transfiere los electrones a la barra de vidrio debido al material, de este modo, la barra queda cargada negativamente. Posteriormente, para visualizar más claro este efecto de electrización, se colocan pedacitos de papel y se acerca la barra de vidrio; se puede observar que los pedacitos de papel se mueven y existe una atracción, esto sucede ya que labarra adquirió una carga negativa.
Después, se procede de nuevo, a frotar la barra de vidrio con el paño de lana, para que quede cargada negativamente y al aproximarla a la esfera de sauco del péndulo podemos observar que, la barra de vidrio y la esfera de sauco se atraen. Fig. 1.1
Fig. 1.1 La barra de vidrio y la esfera de sauco se atraen.
Para finalizar el experimento de electrización por fricción,   ahora frotamos la barra de poliestireno con el paño de lana y la acercamos a la esfera de sauco, al hacer esto podemos observar que la atracción entre ellos
es muy poca, apenas perceptible.
  * Electrización por contacto.
Para este tipo de electrización se debe frotar la barra de vidrio con el paño de lana,   ahora se debe hacer contacto con el electrodo de prueba plano, y este a su vez, acercarlo a la esfera de sauco. Se puede observar que a pesar de haber cargado el electrodo negativamente, había una pequeña repulsión. Fig. 1.2
Fig. 1.2 Se repela la esfera de sauco.
  * Electrización por inducción.
Lo primero que se debe de hacer es montar la barra de metal en el soporte aislante, y colocar enfrente de él el péndulo eléctrico, de tal manera que quede alineada la barra de metal y la esfera de sauco.
Ahora cargamos de nuevo la barra de vidrio frotándola con el paño de lana, y la aproximamos a la barra de metal (al otro extremo de donde está la esfera de sauco), haciendo esto se puede observar que la esfera se mueve un poco, este movimiento es causado por que los electrones primero los transferimos del paño de lana a la barra de vidrio por frotamiento, después se transfirieron a la barra de metal al aproximarla y como el metal es un buen conductor, pasa los electrones al otro extremo de la barra, y como ésta está cerca de la esfera de sauco, genera una pequeña atracción. Fig. 1.3
Fig. 1.3 La barra de metal y la esfera de sauco se atraen.
El experimento se repite solo que ahora cuando estamos aproximando la barra de vidrio a la barra de metal, se
toca con un dedo la barra de metal. Observamos que ahora la esfera de sauco no se mueve. Esto sucede porque al momento que tocamos la barra con nuestro dedo hacemos una trayectoria para que los electrones escapen de la barra de metal, mandándolos a tierra. Fig. 1.4
Fig. 1.4 La esfera de sauco no se mueve.
  * Segunda parte.-   Clases de Carga Eléctrica y Fuerzas de Origen Eléctrico.
Cargamos la barra de vidrio con el paño de lana y tocamos la esfera de médula de sauco del péndulo con la barra, al hacer esto observamos que existe una fuerza de repulsión entre ellas, al paso de unos cuantos segundos, podemos observar que esta fuerza va disminuyendo, porque también la carga disminuía.
Posteriormente se descarga la esfera tocándola con los dedos y procedemos a cargar la barra de poliestireno, frotándola con el paño de lana, realizado esto, tocamos la esfera de sauco con la barra, haciendo esto también se observa una fuerza de repulsión solo que esta es menor que la producida cuando utilizamos la barra de vidrio.
Tocamos la esfera de sauco con la barra de vidrio cargada, observando que se volvieron a repeler. Después al cargar la barra de poliestireno y acercarla a la esfera de sauco (que quedo cargada) se observa que hay una fuerza de atracción entre estas. 
  * Tercera parte.-   Conductores y Aisladores.
Sobre el soporte aislante se coloca la barra de poliestireno y en un extremo de ésta se coloca el
péndulo de tal manera que la esfera de sauco quede en línea recta con la barra. Cargamos la barra de vidrio con el paño de lana y la colocamos al otro extremo de la barra de poliestireno, si observamos la esfera del péndulo, vemos que se aleja por que como el poliestireno tiene una carga negativa, al momento que se toca con la barra de vidrio cargada negativamente, el poliestireno es el que cede los electrones y queda cargado positivamente; por lo tanto se crea una fuerza de repulsión con respecto a la esfera. 
Después descargamos la barra de vidrio y repetimos el mismo procedimiento, solo que cambiamos las barras de lugar; ahora la barra de poliestireno es la que cargamos con el paño de lana   y la barra de vidrio es la que se coloca en el soporte aislante, al tocar ésta con la barra de poliestireno, se observa que la esfera de sauco es atraída a la barra de vidrio; esto sucede porque la barra de poliestireno cargada, transfiere los electrones a la barra de vidrio y esta a su vez atrae a la esfera que tiene una carga positiva.
  * Cuarta parte.- Espectros de campo eléctrico
Para esta parte de la práctica se nos fue brindada una cuba electrostática con aceite de ricino, y aserrín. Al principio hubo un poco de problemas para observar los espectros ya que el aceite era muy poco y no se alcanzaban a sumergir los dispositivos, una vez que vertimos mas aceite, fueron más claros los espectros.
  * Arillo grande
y Lenteja.
En el primer experimento al conectar la lenteja, del porta electrodo a tierra, y el arillo grande, del porta electrodos al generador, observamos que el aserrín se mueve del arillo a la lenteja, quedando la mayoría de éste en el centro de la cuba. Fig. 5.1 Esto sucede porque las líneas de fuerza eléctrica van de positivo a negativo, en este caso el arillo está conectado a positivo y la lenteja a negativo.
Fig. 5.1 Arillo grande y lenteja.
  * Arillo grande y arillo chico.
Al conectar el arillo grande, del porta electrodo a tierra, y el arillo chico, del porta electrodo a la esfera del generador, y poniendo a funcionar el generador, observamos que el aserrín se mueve hacia afuera del arillo chico quedando la mayoría de éste entre el arillo chico y el grande. Fig. 5.2 El arillo chico está conectado a positivo y el arillo grande a negativo, por eso observamos que las líneas de fuerza van del arillo chico al grande.
Fig. 5.2 Arillo grande y arillo chico.
  * Dos lentejas.
Al conectar una lenteja, del porta electrodo a tierra, y la otra, del porta electrodo al generador, y poniendo a funcionar el generador, observamos que el aserrín se mueve, quedando entre las dos lentejas, cerrando un circuito circular. Se observa que el aserrín comienza a moverse de la lenteja conectada a positivo, hasta llegar a la lenteja conectada a negativo. Fig. 5.3
Fig. 5.3 Dos lentejas.
  * Lenteja y placa
paralela.
Al conectar la lenteja, del porta electrodo a tierra, y la placa paralela, del porta electrodo al generador, y poniendo a funcionar el generador, se observa que el aserrín se mueve de la placa paralela a la lenteja cerrando un circuito, el cual va de una amplitud más amplia (por el tamaño de la placa paralela) a una más reducida (porque la lenteja es más pequeña). Fig. 5.4   Las líneas de fuerza en este caso, se mueven de la placa paralela (conectada a positivo) a la lenteja (conectada a negativo).
Fig. 5.4 Placa y lenteja.
  * Placas paralelas.
Al conectar una placa, del porta electrodo a tierra, y la otra placa del electrodo al generador, y poniendo a funcionar el generador, observamos que el aserrín se mueve quedando entre las placas. Fig. 5.5   Se observa que el aserrín comienza a moverse de la placa conectada a positivo, hasta llegar a la placa conectada a negativo.
Fig. 5.5 Placas paraleas.
Cuestionario
1. - ¿Qué es la carga eléctrica?
Es una propiedad fundamental de la materia, la cual está asociada con partículas atómicas, el electrón y el protón; asociando una carga negativa con el electrón y una carga positiva con el protón. 
2.- ¿Cuántas clases de carga identifico en este experimento?
Electrización por contacto
Fricción 
Inducción
3.- ¿Cómo se comportan las cargas eléctricas entre sí?
A través de lo aprendido mediante la ley de cargas:
Cuando las cargas son de igual signo
se repelen es decir que son fuerzas electrostáticas de repulsión.
Cuando las cargas son de signo opuesto se atraen es decir que son fuerzas electrostáticas de atracción.
La  fuerza de atracción y repulsión de las cargas depende de la separación entre ellas, de acuerdo con la ley de Coulomb.
4.- ¿Qué interpretación se da al principio de la conservación dela carga eléctrica cuando se carga la barra de vidrio por frotamiento con el paño de lana?
Al frotar la barra de vidrio con el paño de lana, este adquiere una carga positiva de igual valor que la de la barra de vidrio, es decir, si la carga total antes de frotarse la barra de vidrio   y el paño era cero, después de frotarse la suma que cargas de ambos cuerpos también será cero.
5.- ¿Cómo se podría usar una barra, cargada negativamente para cargar por inducción dos barras metálicas, de manera que una quede con carga positiva y otra con carga negativa?
Colocamos dos cuerpos metálicos sobre soportes de plástico acercamos una varilla cargada positivamente a uno de los cuerpos, los electrones del metal son atraídos por la varilla y una parte de éstos se desplaza hacia el cuerpo dejando en el cuerpo un déficit de electrones, es decir, una carga positiva. La carga eléctrica de los cuerpos se ha redistribuido por inducción. Si los cuerpos se separan en presencia de la varilla; los dos cuerpos quedan con cargas iguales y opuestas.
6.- ¿Cuál es la diferencia entre
un conductor y una aislador?
Un conductor es aquel material que tiene   la propiedad de permitir el movimiento de cargas eléctricas mientras que un aislador impide el movimiento de estas cargas.
7. -¿Cómo afecta el medio ambiente a estos experimentos?
La temperatura puede evitar que los cuerpos se carguen con facilidad como en casos de ambiente húmedo es difícil realizar, ya que se forma una delgada película de humedad que evita que se genere una carga.
8.- ¿Cómo se descubrió que la carga eléctrica estaba cuantizada?
Porque sólo puede tomar un valor que sea un múltiplo entero de la carga del electrón.
9.- Explique ley de coulomb
La ley de Coulomb nos relaciona dos cargas y la distancia que hay entre ellas para poder calcular la fuerza de atracción o repulsión que ejercen. Se describe como sigue: “La fuerza es proporcional al producto de las cargas dividido entre el cuadrado de la distancia que las separa, en el medio que las rodea”.
F=k q1q2r2
10.- Defina los siguientes términos.
a) campo: un campo de fuerza es creado por la atracción y repulsión de cargas eléctricas esto es generado por el flujo eléctrico
b) polarización: modificación de la distribución de carga que ocurre en un material aislador por efecto de un campo eléctrico.
c) dipolo: dos cargas de signos opuestos e igual magnitud cercanas entre sí.
d) ionización: es separar los electrones de la molécula neutra través   de alguna energía como los rayo
x o luz ultravioleta.
e) carga puntual: es un pequeño espacio del cuerpo cargado.
f) gradiente potencial: es el cociente resultante de dividir la variación eléctrica de un punto A menos un punto B entre la variación de la distancia de los puntos hacia la carga.
11.- ¿Por qué las líneas de fuerza no se cruzan?
Porque el campo es tangente a la línea de fuerza así que nunca se puedan cortar.
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 potencial (r = cte).
14.- Dos cargas, de magnitud y signos desconocidos, están separados una distancia d. la intensidad del campo eléctrico es cero en un punto situado entre 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 Gauss.
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. 
CONCLUSION
En esta práctica se pudo comprobar todo lo que vimos en clase, que las cargas de signo igual se repelen, las de signo igual se atraen, que estas fuerzas se comportan de
manera diferente, aprendimos lo práctica que es la electrostática. Que con ciertos materiales se puede lograr una buena conducción de electricidad, como son plata, cobre, aluminio, carbono etc. En general los metales son buenos conductores, mientras la mayor parte de los no metales no lo permiten, es decir son aisladores, como son caucho, polietileno, vidrio, pvc, etc.
Lo que más nos pareció interesante fue el experimento de los pedacitos de papel con la barra de vidrio pues nos surgieron muchas preguntas y nos dimos cuenta que se obtienen si vemos qué es lo que pasa en el interior de los pedacitos de papel (aislador).
La respuesta es esta en que   a diferencia de las cargas en los cuerpos metálicos, las cargas en los pedacitos de papel o en cualquier otro aislador no pueden emigrar a través del material. En lugar de esto, los electrones se encuentran ligados a los átomos o moléculas del material, dentro del átomo tienen cierta libertad de movimiento, de manera que su distribución dentro del átomo puede cambiar.la carga negativa de los átomos es repelida por la carga negativa de la barra de vidrio y la positiva de los átomos es atraída la fuerza es mayor que la repulsión.
Además no pareció muy interesante la práctica ya que en nuestra vida diaria se nos puede llegar   a presentar un problema de este tipo y nos han dado las herramientas necesarias para resolverlo. Además de ayudarnos a perfeccionar los conocimientos
sobre el tema.
Podemos decir que los objetivos fueron cumplidos, aprendimos no solo teóricamente, sino prácticamente, que podemos cargar eléctricamente los cuerpos, y los diferentes tipos de electrización que hay. Además, logramos ver los espectros de los campos eléctricos que las diferentes figuras realizaban, y se pudo observar cómo se mueven las líneas de fuerza en el campo eléctrico. 
Reforzamos nuestro aprendizaje, con nuestras investigaciones y con los experimentos que realizamos, ahora no tenemos solamente los conceptos teóricos, sino también prácticos.
Bibliografia
[1] Teoria electromagnética, campos y ondas.
    Carl T. A. Johnk
    Limusa Noriega Editores.
[2] Campos electromagnéticos
    Ediciones UPC, S.L. . 
    Alfa Omega 
[3] Electromagnetismo y óptica
    Carlos Gutiérrez Aranzeta
    Limusa Noriega Editores.
[4] Fisica   
    Segunda Edición
    Jerry D. Wilson   
    Prentice Hall Hispanoamericana, S.A.
Índice:
Portada: ………………………………………………………………………………Página   1       
Objetivos: ……………………………………………..…………………………….. Página   2
Introducción teórica:…………………………………………………………………Página   3       
Lista de material y equipo ultilizado:……………………………………………….Página   6
Desarrollo experimental:……………….……………………………………………Página   7
Cuestionario:………………………………………………………………………….Página   17
Conclusiones:…………………………………………………………………………Página   20
Bibliografía:……………………………………………………………………………Página   21