407547701-GUIA-N-01-Electrizacion-por-frotamiento-1-docx

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Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Estudios Superiores
Plantel Aragón
INGENIERIA ELECTRICA
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
GUÍA DE LABORATORIO N° 01: ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO
OBJETIVOS:
· Analizar el comportamiento de las cargas eléctricas y las formas de electrización.
· Comprobar el magnetismo mediante la elaboración de un electroimán.
CONCEPTO A AFIANZAR
1. Carga eléctrica: La electrificación de un cuerpo por fricción, fue el primer descubrimiento en el campo de la Electricidad. Los antiguos griegos, descubrieron que el ámbar (y otras sustancias resinosas), al ser frotado con lana o piel, exhibía una atracción peculiar para cuerpos ligeros como las partículas de papel. El nombre que dio a la causa desconocida de éste fenómeno fue "electricidad", que se deriva de la palabra griega “electrón" que significa ámbar. El simple hecho de la electrificación, y la repulsión mutua entre dos cuerpos electrificados similarmente, se conoció desde la antigüedad, pero sólo en los últimos ciento cincuenta años, se ha adquirido un conocimiento científico de la electricidad. 
Sin embargo, la mayoría de los fenómenos de electricidad se pueden describir en términos de dos entidades fundamentales, el “electrón" y el "protón". Se descubrió primero que había dos clases de electrificación, que se distinguían por los términos "positiva" y “negativa” respectivamente. De acuerdo a la teoría moderna, el electrón es la carga negativa básica y el protón es la carga positiva básica. Cuando un cuerpo contiene igual número de protones y electrones, se dice que es eléctricamente neutro. 
Una idea fundamental en la teoría actual de la electricidad, es que, mientras que los protones están íntimamente asociados con los átomos de la materia y son inseparables de ella, los electrones (o al menos, algunos de ellos,) pueden moverse de un lugar a otro en los alrededores. La densidad de "electrones libres" y su movilidad, determinan la conductividad eléctrica de un cuerpo. 
La diferencia esencial entre un conductor y un no conductor eléctrico, reside en la libertad relativa del movimiento de los electrones. Debido a la gran movilidad de los electrones en comparación con los protones, muchos fenómenos eléctricos se describen en términos del movimiento de los electrones. 
Uno de los primeros descubrimientos de electricidad, fue el de la existencia de una atracción entre cargas de signo contrario y una repulsión entre cargas de igual signo. Coulomb demostró experimentalmente que la magnitud de la fuerza entre dos esferitas cargadas, es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre sus centros. Así que, por lo que se refiere a la fuerza mutua, se puede considerar que las cargas están concentradas en los centros de las esferas. La Ley de Coulomb se dedujo posteriormente a partir de consideraciones teóricas. 
Donde K es una constante cuyo valor es 9 X 10 9 Nm2/C2.
2. Fuerza de repulsión:
3. Fuerza de atracción:
4. Campo eléctrico: La determinación del campo eléctrico puede estar en función de un solo cuerpo o partícula cargada, positiva o negativa. En el caso del campo gravitacional se hace referencia al campo producido por un cuerpo, y que sirve para determinar el efecto sobre otro cuerpo. Sin embargo, para el caso del campo magnético se debe tener especial cuidado, ya el campo producido por un solo cuerpo no se ha encontrado. Para el caso relativista existen soluciones a las ecuaciones de Einstein que permiten el análisis de la posible existencia de un cuerpo con las características necesarias para generar un campo magnético, sin la existencia de su carga contraria, llamado monopolo magnético; estas ecuaciones son conocidas como las soluciones de Einstein-Maxwell .
Un campo eléctrico puede representarse por líneas de fuerza, líneas que son tangentes a la dirección del campo en cada uno de sus puntos. 
En el caso de la electrostática no existe la polémica de si un cuerpo cargado de un solo tipo, positivo o negativo, puede producir un campo eléctrico, es decir, sin necesitar la existencia de otro. Así por ejemplo, tenemos cuerpos cargados con cargas positivas o cargas negativas, que pueden producir un campo eléctrico sin que exista otro cuerpo con carga opuesta. A diferencia del campo gravitacional, donde las partículas “gravitones” se suponen, para el caso del campo eléctrico las partículas, los electrones y protones, no son necesarias suponerlas. 
En el caso del campo gravitacional, aun no se ha encontrado que cargas magnéticas, polos positivos o negativos, generando un campo, aunque como hemos dicho tampoco se ha demostrado que su existencia no sea posible. 
De la Ley de Coulomb se obtiene que la intensidad del campo eléctrico E, a una distancia r de una carga puntual aislada Q se encuentra con la expresión: 
Se define la fuerza eléctrica entre dos cuerpos como 
Donde la interacción presentada es dada entre dos cuerpos cargados. Ahora, estamos interesados en reconocer la fracción de fuerza necesaria para trasladar una carga a una distancia muy grande, para ello tomemos una carga muy pequeña, llamada carga de prueba, que nos permita analizar esa fracción de tal forma que no altere a la partícula de interés. Sea Q1=qp una carga de prueba, analicemos la fracción.
Vemos que este último resultado solo depende del cuerpo a analizar y a tal resultado le llamaremos campo eléctrico, es decir: 
Vemos como al igual que la fuerza eléctrica, se puede establecer una relación análoga con el campo gravitacional.
Donde M es la masa del cuerpo que produce el campo magnético y es el campo gravitacional, de forma esférica, que podría ser el campo gravitacional de la tierra. 
MARCO TEÓRICO:
ELECTRIZACIÓN
Si tenemos un cuerpo adquiere cargas eléctricas se dice que ha sido electrizado. La electrización es uno de los fenómenos que estudia la electrostática.
La materia está formada por una estructura muy pequeña llamada ÁTOMO, que se compone por un núcleo donde encontramos dos tipos de partículas llamadas Neutrones y Protones, alrededor del núcleo orbitan otras partículas llamadas Electrones, en la mayoría la materia es neutra es decir no electrizada, tiene el mismo número de cargas positivas y negativas.
Entonces hay cierto tipo de materia que tiene más facilidad para perder sus electrones que otros. Si el material tiende a perder algunos de sus electrones cuando entra en contacto con otro, se dice que es más positivo en la serie Triboelectrica. 
Ejemplo un globo lo frotas en tu cabeza y luego lo pones cerca de la cabeza de una persona, veras que su cabello se levanta. El vidrio adquiere una carga eléctrica positiva al perder un determinado número de cargas negativas (electrones); estas cargas negativas son atraídas por la seda, con lo cual se satura de cargas negativas. Al quedar cargados eléctricamente ambos cuerpos, ejercen una influencia eléctrica en una zona determinada que depende de la cantidad de carga ganada o perdida, dicha zona se llama campo eléctrico.FIGURA 1: (a) Dos objetos con carga de signo opuesto se atraen; (b) Dos cuerpos del mismo signo se repelan
Electrización de los cuerpos se pueden dar de varias formas
· Por contacto: se da cuando dos cuerpos uno neutro y otro electrizado se ponen en contacto. Ambos cuerpos quedan cargados por carga del mismo signo.
· Por inducción: se da por la aproximación de cuerpo cargado a otro neutro. Se separan las cargas por el acercamiento de un cuerpo electrizado.
· Por frotación: los electrones se transfieren de un cuerpo a otro 
Al frotar el plástico con piel o el vidrio con seda, estas sustancias se “electrizan” o “cargan”. Repitiendo este mismo experimento con diversos tipos de materiales encontramos que todos los objetos cargados pueden clasificarse en dos grupos: aquellos que se cargan como la barra de plásticofrotada con piel y los que se cargan como la varilla de vidrio cuando se frota con seda. Benjamín Franklin (1706 - 1790) sugirió que todo cuerpo posee una cantidad “normal” de electricidad y cuando dos objetos se frotan entre sí parte de la electricidad se transfiere de un cuerpo hacia otro; así pues, uno tiene un exceso y el otro un déficit de carga de valor igual. Al tipo de carga adquirida por una barra de vidrio frotada con un paño de seda le llamó carga positiva, lo cual significaba que el paño de seda adquiría una carga negativa de igual magnitud. Por otro lado al tipo de carga que aparecía en el plástico al ser frotado con piel se le llamó carga negativa y la piel adquiría una carga positiva. Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros, ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa. Si se frota una barra de vidrio con un paño de lana, hay un traspaso de electrones del paño al lápiz.
Tener en cuenta que uno va a ganar electrones y se carga negativamente, y si tenemos otro cuerpo que cede electrones se cargara positivamente.
MATERIALES Y EQUIPOS:
1. Una varilla de vidrio
2. Una varilla de acrílico.
3. Un tubo de plástico.
4. Pañuelo de seda.
5. Pañuelo de lana.
6. Trozos de papel 
7. Porción de viruta de madera.
8. Papel de aluminio.
9. Alambre de cobre.
10. Un clavo
11. Pedazos de metal.
12. Un soporte universal.
13. Un hilo canuto.
PROCEDIMIENTO:
1. El tubo de plástico con carga neta o sin carga se acercó lentamente a algunas virutas de madera que se encuentra en la mesa. Registre el efecto en la tabla.
2. El tubo de plástico con carga neta o sin carga se acercó lentamente a los trozos de papel que se encuentra en la mesa. Registre el efecto en la tabla.
3. El tubo de plástico con carga neta o sin carga se acercó lentamente a la tira de papel aluminio. Registre el efecto en la tabla.
4. El mismo procedimiento del 1 al 3 repetir para la varilla de vidrio y varilla de acrílico, registre los efectos que se observan en la tabla.
Ilustración 1: Sistema experimental por frotamiento
5. Frotar el tubo de plástico con la tela seda o lana por unos momentos, luego de esto se acercó el tubo plástico a las virutas. Registre el efecto en la tabla.Ilustración 2: Sistema experimental con el tubo de plástico y la viruta
6. Se repite el procedimiento 5, pero acerque el tubo de plástico a los pedazos de papel y tiras de papel aluminio respectivamente y anote el efecto en la tabla.
7. Luego repetir los procedimientos 5 y 6 para las varillas de vidrio y acrílico. Anote los efectos en la tabla.
8. Frotar la varilla de vidrio con el paño de seda y acercarla a la otra varilla de acrílico colocada en un soporte universal. Registre el efecto en la tabla.
9. Frotar el tubo de plástico con el paño de seda y acercarla a la varilla vidrio que se encuentra suspendida en el soporte universal. Registre el efecto en la tabla.
Ilustración 3: Acercamiento de tubo de vidrio y plástico
10. Frotar la varilla de acrílico con el paño de lana y acercarla al tubo de plástico que se encuentra suspendida en el soporte universal. Registre el efecto en la tabla.
11. Primero enrolle el alambre de cobre sobre un clavo libre de óxido dejando libre los extremos.
12. Los extremos se conecta a una batería, se colocan pedacitos de metal cerca del electroimán. Registre el efecto en la tabla1.
PROCEDIMIENTO DE LOS DATOS Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
Los efectos obtenidos y regístrelos en la Tabla.
Tabla: Registro de datos experimentales
	ELEMENTOS EN ACCIÓN
	EFECTOS PRODUCIDOS
	Tubo de plástico (neutro) con viruta de madera
	
	Tubo de plástico (neutro) con trozos de papel
	
	Tubo de plástico (neutro) con tiras largas de papel aluminio
	
	Varilla de vidrio (neutro) con viruta de madera
	
	Varilla de vidrio (neutro) con trozos de papel
	
	Varilla de vidrio (neutro) con tiras largas de papel de aluminio
	
	Varilla acrílica (neutro) con viruta de madera
	
	Varilla acrílica (neutro) con trozos de papel
	
	Varilla acrílica (neutro) con tiras largas de papel de aluminio
	
	Los elementos al ser frotados con el paño
	
	Tubo de plástico con viruta de madera
	
	Tubo de plástico con trozos de papel
	
	Tubo de plástico con tiras largas de papel aluminio
	
	Varilla de vidrio con viruta de madera
	
	Varilla de vidrio con trozos de papel
	
	Varilla de vidrio con tiras largas de papel de aluminio
	
	Varilla acrílica con viruta de madera
	
	Varilla acrílica con trozos de papel
	
	Varilla acrílica con tiras largas de papel de aluminio
	
	Varilla de vidrio con Varilla acrílico
	
	Tubo de plástico con Varilla vidrio
	
	Varilla acrílico con Tubo de plástico
	
	Electroimán con pedazos de metal
	
CUESTIONARIO:
1. ¿Por qué cuando se acerca un material a otra se atraen o se repelan?
2. ¿Cómo se reconoce cuando un cuerpo está electrizado?
3. ¿Qué ocurre cuando se acercó la varilla de vidrio a la varilla acrilico? ¿Por qué?
4. ¿Qué ocurre cuando se acercó el tubo de plástico a la varilla vidrio? ¿Por qué?
5. ¿Qué ocurre cuando se acercó la varilla acrilica al tubo de plástico? ¿Por qué?
6. ¿Qué ocurrio cuando se acercaron los tozos de hierro al clavo? ¿Por qué?
7. Características de los conductores, aisladores y semiconductores.
· Un conductor es un material a través del cual se transfiere fácilmente la carga. 
· Un aislante es un material que se resiste al flujo de carga. 
· Un semiconductor es un material intermedio en su capacidad para transportar carga.
8. Elabore una lista de conductores, aisladores y semiconductores
· Conductores: Oro, plata, aluminio, cobre,  hierro,  etc.
· Aisladores: Vidrio, porcelana y materiales cerámicos.
· Semiconductores: Silicio, germanio, azufre, etc.
9. ¿Cuál es la masa y la carga eléctrica del protón, del electrón y del electrón?
Protón
Electrón
Neutron 
10. ¿Qué nombre recibió la electricidad que se obtenía del ámbar? ¿Y del vidrio al ser frotados con piel y con seda respectivamente?
La electricidad que se obtenía para materiales resinosos (ámbar, cera, caucho, etc.) al ser frotados con piel o lanas  se le denominó electricidad resinosa, y  suele ser electricidad negativa.
La electricidad que se obtenía para materiales vítreos se le denominó electricidad vítrea y  suele ser electricidad positiva.
11. ¿Cuáles son las características de las cargas eléctricas?
La carga eléctrica es una magnitud fundamental de la física, responsable de la interacción electromagnética. Sus características son:
 La dualidad de la carga: Todas las partículas cargadas pueden dividirse en positivas y negativas de forma que las de un mismo signo se repelen mientras que las de signo contrario se atraen.
Conservación de la carga: En cualquier proceso físico, la carga total de un sistema aislado se conserva, es decir, la suma algebraica de cargas positivas y negativas presente en cierto instante no varía.
Cuantificación de la carga: La carga eléctrica siempre se presenta como un múltiplo entero de una carga fundamental, que es la del electrón.
OBSERVACIONES, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:
Observaciones:
De acuerdo con los procedimientos dados no se pudieron cumplir al pie de la letra, también con los materiales solo nos falto una varilla de vidrio para visualizar sus reacciones al momento de frotarlo.
 
Conclusiones:
Nos dimos cuenta que existen dos tipos de cargar, cargas negativa llamadas electrones y cargas positivas llamadas protones, dichas cargas si son de igual signo se repelen y si son de signo distinto se atraen.
Mientras más tiempo frotemos el tubo de PVC o el tubo acrílico o la varilla de metal, estos cuerpos recibirán una carga mucho mayor de acuerdo al tiempo de frotamiento y esto atraerá diferentes objetos.
BIBLIOGRAFIA:
· Serway, A. R. y Faughn, J. S., Física, (Pearson Educación, México, 2001).
· Hewitt, P. G, Física conceptual, (Pearson Educación, México, 1999).
· Fishbane, Paúl; Gasiorowicz, Stephen. Física para ciencias e ingeniería. Madrid: Prentice Hall Hispanoamericana, 2008.
	
	
	Laboratorio n°1: ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO	15