525724055-Practica-3-Electrostatica

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Laboratorio de Física 	Electricidad y magnetismo	UCSM
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
Practica Nro. 3
ELECTROSTÁTICA
A. Competencia
Comprende y describe la interacción eléctrica entre cuerpos electrizados, respetando las normas establecidas con responsabilidad y seguridad.
B. Teoría
Electrización por Frotamiento
Hay una variedad de experimentos simples para demostrar la existencia de fuerzas eléctricas. Por ejemplo, después de frotar un globo contra el cabello en un día seco, observará que el globo atrae pequeños pedazos de papel. Con frecuencia la fuerza de atracción es lo suficientemente intensa que los pedazos de papel quedan suspendidos.
Cuando los materiales se comportan de esta manera, se dice que están electrificados, o que se han cargado eléctricamente. Usted puede electrificar su cuerpo con facilidad si frota con fuerza sus zapatos sobre una alfombra de lana; detectará la carga eléctrica de su cuerpo al tocar ligeramente (y sobresaltar) a un amigo. Bajo condiciones adecuadas, verá una chispa al momento de tocarlo y sentirán una ligera descarga. (Este tipo de experimentos funcionan mejor durante días secos, porque el exceso de humedad en el aire hace que cualquier carga que usted acumule en su cuerpo se “fugue” hacia la tierra.)
A partir de una serie de experimentos sencillos puede probarse que existen dos tipos de cargas eléctricas, positiva y negativa. Los electrones tienen carga negativa y los protones, positiva. Para comprobar la existencia de ambos tipos de carga, imagine una varilla rígida de hule que ha sido frotada contra un trozo de piel y que está suspendida de un hilo. Cuando acerca una varilla de vidrio que ha sido frotada con seda a una varilla de hule, ambas se atraen. Por otra parte, si acerca dos varillas de hule con carga (o dos varillas de vidrio con carga), ambas se repelen. Esta observación demuestra que el hule y el vidrio tienen dos tipos diferentes de carga. Con base en estas observaciones, se puede concluir que cargas de un mismo signo se repelen y cargas de signos opuestos se atraen.
A la carga eléctrica en la varilla de vidrio se le denomina positiva y a la varilla de hule, negativa. Por lo tanto, cualquier objeto con carga que sea atraído por una varilla de hule con carga (o repelido por una varilla de vidrio con carga), deberá tener una carga positiva, y cualquier objeto con carga repelido por una varilla de hule con carga (o atraído por una varilla de vidrio con carga), deberá tener una carga negativa.
Otro aspecto importante de la electricidad que es evidente a partir de la observación experimental es que en un sistema aislado la carga eléctrica siempre se conserva. Es decir, cuando se frota un objeto contra otro, no se crea carga en este proceso. El estado de electrificación se debe a una transferencia de carga de uno de los objetos hacia el otro. Uno adquiere parte de la carga negativa en tanto que el otro adquiere la misma cantidad de carga, pero positiva. Por ejemplo, cuando una barra de vidrio es frotada con seda, la seda adquiere una carga negativa igual en magnitud a la carga positiva de la barra de vidrio. Hoy día se sabe, gracias a la comprensión de la estructura del átomo, que en el proceso de frotación se transfieren electrones del vidrio a la seda. De manera similar, cuando el hule es frotado contra la piel, los electrones se transfieren al hule dándole una carga negativa neta y a la piel una carga positiva neta. Este proceso es consistente con el hecho de que la materia, neutra y sin carga, contiene tantas cargas positivas (protones en los núcleos de los átomos) como negativas (electrones).
Conductores y Aislantes
Los conductores eléctricos son aquellos materiales en los cuales algunos de los electrones son libres, no están unidos a átomos y pueden moverse con libertad a través del material. Los aislantes eléctricos son aquellos materiales en los cuales todos los electrones están unidos a átomos y no pueden moverse libremente a través del material.
Materiales como el vidrio, el hule y la madera se incluyen en la categoría de aislantes eléctricos. Cuando estos materiales son frotados sólo la zona frotada se carga, y las partículas con carga no pueden moverse hacia otras zonas del material. En contraste, materiales como el cobre, el aluminio y la plata son buenos conductores eléctricos. Cuando están con carga en alguna pequeña zona, la carga se distribuye de inmediato en toda la superficie del material.
Electrización por Inducción
Para comprender cómo se carga un conductor mediante inducción, imagine una esfera conductora neutra (sin carga) aislada de la tierra, como se muestra en la figura a de la siguiente página. En la esfera existe una cantidad igual de electrones y de protones, ya que la carga de la esfera es igual a cero. Cuando a la esfera se le acerca una varilla de hule con carga negativa, los electrones en la región más cercana a la varilla experimentan una fuerza de repulsión y emigran al lado opuesto de la esfera. Esto provoca que la región de la esfera cercana a la varilla se quede con carga positiva a causa del menor número de electrones, como se observa en la figura b. (El lado izquierdo de la esfera de la figura b queda con carga positiva, como si se hubieran trasladado a dicha región cargas positivas, pero recuerde que sólo los electrones tienen la libertad para moverse.) Esto se presenta aun cuando la varilla no toque la esfera. Si el mismo experimento se realiza con un alambre conductor conectado de la esfera a la tierra (figura c) algunos de los electrones en el conductor son repelidos con tal fuerza, por la presencia de la carga negativa de la varilla, que salen de la esfera a través del alambre hacia la tierra. El símbolo al extremo en la figura c indica que el alambre está conectado a tierra, como un depósito, al igual que la tierra, que puede aceptar o proveer de electrones con libertad sin que se produzca un efecto significativo sobre sus características eléctricas. Si el alambre a tierra se retira (figura d), la esfera conductora se queda con un exceso de carga positiva inducida, ya que tiene menos electrones de los que necesita para cancelar la carga positiva de los protones. Cuando la varilla de hule se aleja de la esfera (figura e), esta carga positiva inducida se queda en la esfera desconectada de la tierra. Observe que durante este proceso, la varilla de hule no pierde su carga negativa.
Para cargar un objeto por inducción no es necesario que tenga contacto con el objeto que induce la carga, a diferencia de cuando un objeto se carga por frotamiento (por conducción), en donde sí se requiere el contacto entre ambos objetos.
Un proceso similar a la inducción en los conductores se presenta en los materiales aislantes. En la mayoría de las moléculas neutras, el centro de la carga positiva coincide con el centro de la carga negativa. Sin embargo, en presencia de un objeto con carga, estos centros en el interior de cada molécula, en un material aislante, se desplazan ligeramente, lo que resulta en que un lado de la molécula tenga una carga más positiva que el otro.
Este realineamiento de la carga en el interior de las moléculas produce una capa de carga sobre la superficie del material aislante, como observa en la figura de la izquierda. Su conocimiento de inducción en los materiales aislantes, le ayuda a explicar por qué un peine que ha sido frotado contra el cabello, atrae fragmentos de papel eléctricamente neutros.
Electrización por Contacto
Supongamos un objeto cargado positivamente y un segundo cuerpo neutro. Acercamos el cuerpo cargado al cuerpo de carga neutra. Cuando ponemos ambos cuerpos en contacto las cargas negativas del cuerpo neutro se dirigen hacia el objeto positivo. Cuando nuevamente separamos los cuerposnos encontramos con que el cuerpo inicialmente positivo tiene carga positiva, pero algo menor dado que existe una cierta compensación con la carga negativa transferida en el contacto y el cuerpo inicialmente neutro al perder carga negativa adquiere carga positiva.
Debe notarse que por inducción se provoca carga opuesta al cuerpo que la induce y por contacto se obtiene la misma carga en ambos cuerpos.
Instrumentos de carga eléctrica
Un electroscopio es un instrumento utilizado para detectar la presencia de un objeto cargado colocado cerca de él. Consiste de un envase cerrado de vidrio con un objeto metálico en el interior que sobresale por la parte superior del envase. La parte sobresaliente termina en una esfera y en la parte inferior del objeto metálico existen dos láminas metálicas. Si un objeto cargado eléctricamente se coloca cerca de la esfera, las láminas metálicas se abren tratándose de separar.
El generador de Van der Graff es un aparato utilizado para crear grandes voltajes. 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.
Las partes que lo componen son (1) esfera hueca metálica, (2) electrodo superior, (3) rodillo superior compuesto por un material aislante, (4) lado de la correa con cargas positivas, (5) lado opuesto de la correa con cargas negativas, (6) rodillo inferior metálico, (7) electrodo inferior (tierra), (8) esfera negativa, (9) chispa producida por la diferencia de potencial.
Una polea acciona una cinta aislante a la que se le proporciona cargas positivas producidas por una fuente de alimentación, mediante un peine de puntas metálico. Los electrones son desprendidos de la correa, dejándola cargada positivamente. Un peine similar en lo alto se encarga de difundir sobre la cúpula las cargas netas positivas.
C. Procedimiento y análisis de datos
1. Ingrese al simulador https://phet.colorado.edu/sims/html/balloons-and-static-electricity/latest/balloons-and-static-electricity_es_PE.html 
2. Analice la carga neta de cada objeto mostrado. Explique.
La carga eléctrica neta de un cuerpo es la suma algebraica de sus cargas positivas y negativas;es decir un cuerpo que tiene cantidades iguales de electricidad positiva y negativa se dice que es eléctricamente neutro, como es el caso de los tres objetos presentados
3. Acerque el globo a la polera y frote uno contra el otro. Explique lo que sucede.
Si se acerca un globo, obtiene electrones extras y este pasa a ser carga negativa. Si lo sujetamos cerca a otro objeto neutro , sucederá que hará que las cargas en ese objeto se muevan.
Hay cargas mas positivas cerca del globo negativo y como positivo con negativo se atraen, el globo se pega
4. Coloque el globo frotado entre la pared y la polera y suéltelo. Explique lo que sucede.
Cuando frotas el globo algunos de los electrones se desprenden y quedan adheridos al globo. Los electrones tienen una carga eléctrica negativa , de modo que el globo tendrá una carga negativa. Y se pegara al globo ya que polos opuestos se atraen y no se pega a la pared porque hay cargas más positivas cerca del globo negativo
5. Acerque el globo frotado a la pared. Explique lo que sucede.
Si acercamos ese globo a la pared, la pared al estar también formada por átomos va a reordenar sus cargas, dejando las cargas positivas lo más cercanas al globo. Así las cargas negativas del globo y las cargas positivas de la pared se atraen y por eso el globo se queda pegado a la pared.
6. Análisis del funcionamiento de un electroscopio. Ingrese al simulador https://www.vascak.cz/data/android/physicsatschool/template.php?s=elplyn_ionizace&l=es 
7. Presione la flecha celeste de la esquina inferior derecha, aparecerá la imagen mostrada.
8. Frote el paño de tela contra la varilla aislante presionando el botón azul oscuro. Una vez cargada la varilla acérquela a las puntas metálicas situadas encima del electroscopio. Explique lo que sucede con las láminas metálicas del electroscopio.
IMAGEN 1
IMAGEN 2
Al frotar una varilla de PVC sobre el paño, ésta se cargará eléctricamente debido al efecto triboeléctrico este es un tipo de electrificación causado por el contacto con otro material (por ejemplo el frotamiento directo), con una cantidad de carga cuyo signo dependerá del material de la varilla y del paño. Si se acerca la varilla a la parte superior del electroscopio es decir a la horquilla, se podrá observar cómo se separa la hoja de su posición de equilibrio, esto quiere decir que la varilla está cargada negativamente, esto permite detectar que el cuerpo está cargado.
9. Estudiaremos el funcionamiento de un Generador de Van der Graff. Ingrese al simuladorhttps://www.vascak.cz/data/android/physicsatschool/template.php?s=elpole_vandegraaff&l=e
10. Inicie la simulación presionando el botón verde. Observe y explique lo que sucede.
Hay una esfera hueca conductora con un rodillo y dos poleas, una arriba y otra abajo con una faja que une esta poleas, la polea que se encuentra abajo hará que la faja empiece a frotar los rodillos y por frotación esta generará carga y esta se acumula en la esfera conductora y en la esfera pequeña conductora también, se acumula la carga y se produce una descargar eléctrica, inicialmente la esfera conductora es eléctricamente neutra, su carga negativa se la traslada a la esfera pequeña y cuando hay exceso de carga produce la descarga por una diferencia potencial. El generador de Van der Graff puede generar voltajes altos
11. Seleccione el ícono plomo para iniciar una nueva situación. Presione el botón verde, observe y explique lo que sucede.
IMAGEN 1
IMAGEN 2
12. Repita el paso anterior seleccionando cada ícono de la izquierda.
Primero se colocaron alambres conductores a los plumeros electrostáticos y éstos se conectaron a los electrodos opuestos de la máquina de Wimshurst; esto originó que se erizaran los hilos de los plumeros y se atraían los hilos de signo diferente. Luego se colocaron los alambres conductores a un mismo electrodo de la máquina de Wimshurst, entonces se observó cómo se erizaban y se repelían ambos plumeros pues tenían la misma carga
D. Conclusiones
· En los experimentos se demostró que un cuerpo electrizado provoca el desplazamiento de los electrones libres del cuerpo neutro.
· Se demostró en los experimentos que la carga obtenida por este método es signo opuesto a la carga del inductor.
· Los objetos cargados del mismo signo se repelen.
E. Cuestionario final
1. Simulador del electroscopio. Después de cargar el electroscopio aparece una vela que puede acercarse a las puntas metálicas como se ve en la figura adjunta consiguiendo que el electroscopio se descargue. Explique porqué sucede esto.
Disminuye debido a que la vela no posee carga alguna y no está cargado por ende no genera ninguna carga
2. ¿Las cargas positivas se pueden transferir de un cuerpo a otro? Justifique su respuesta.
Si y lo hemos comprobado anteriormente, a esto se le llama ELECTRIZACIÓN. Cuando a un cuerpo se le dota de propiedades eléctricas, es decir, adquiere cargas eléctricas, se dice que ha sido electrizado
3. Frote un peine o una regla para electrizarlo. Acerque el objeto frotado a un chorro de agua y observe lo que sucede. (a) Explique. (b) Tome una fotografía de lo que sucede (Importante: la foto debe incluir una hoja de papel con los nombres de los integrantes escritos a mano)
Al frotar el peine con la polera hacemos que los electrones de la polera pasen al peine y el peine se cargue con energía negativa. A este fenómeno se llama electricidad estática. Y al pasar el peine por el agua, ocurre que atraen a las moléculas del agua, casi como si fuera un imán, de esta manera conseguimos “doblar el agua”
F. Bibliografía
· https://rephip.unr.edu.ar/bitstream/handle/2133/7084/7403-17%20FISICA%20Electrosta%CC%81tica.pdf?sequence=2&isAllowed=y
· http://fisica.ciencias.uchile.cl/files/apuntes/apuntes_electro_p2007.pdf
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