PRACTICA CARGA ELÉCTRICA Y FORMAS DE ELECTRIZACIÓN

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PRÁCTICA 1
CARGA ELÉCTRICA Y FORMAS DE ELECTRIZACIÓN
MARCO TEORICO
La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas elementales. Los cuerpos de la naturaleza reaccionan a las cargas eléctricas y estas a su vez reaccionan entre sí, las cargas del mismo signo se repelen y las de signo contrario se atraen, existen dos tipos de cargas eléctricas llamadas carga positivas y cargas negativas.
Átomo y carga
La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia. La carga eléctrica está asociada con partículas que constituyen el átomo: el electrón y el protón. El simplista modelo del sistema solar del átomo se asemeja en su estructura a los planetas orbitando alrededor del sol. Los electrones son considerados como orbitando un núcleo que contiene la mayoría de la masa del átomo en la forma de protones y partículas eléctricamente neutras llamadas neutrones. La fuerza centrípeta que mantiene a los planetas en orbitas alrededor del sol es proporcionada por la gravedad. De manera similar, la fuerza que mantiene los electrones en órbita alrededor del núcleo es la fuerza eléctrica. Sin embargo hay distinciones importantes entre las fuerzas gravitatorias y eléctricas.
Una distinción básica es que solo hay un tipo de masa en la naturaleza, y se sabe que las fuerzas gravitatorias son solo atractivas. Sin embargo, la carga eléctrica existe en dos tipos distinguidas por el tipo: (+) positiva y (-) negativa. Los protones llevan una carga positiva y los electrones una negativa. Las diferentes combinaciones de los dos tipos de carga pueden producir fuerzas eléctricas atractivas y repulsivas.
Las direcciones de las fuerzas eléctricas cuando las cargas interactúan entre sí, están dadas por el siguiente principio, llamado ley de las cargas o ley carga-fuerza: Cargas iguales se repelen entre sí, y cargas desiguales se atraen entre sí.
Al tratar con cualquier fenómeno eléctrico, otro importante principio es el de la conservación de la carga: La carga neta de un sistema aislado permanece constante.
La carga se da debido al intercambio de electrones, ya sea por distintos métodos, cuando el cuerpo gana electrones, es decir, cuando este tiene un exceso de electrones este se hallara cargado negativamente, de lo contrario este tendrá una deficiencia de ellos y estará cargado positivamente.
Electrización
Para cargar un cuerpo se pueden aplicar distintos métodos ya sea por contacto, inducción o fricción estas formas de cargas son las siguientes:
La carga por fricción es cuando dos cuerpos son frotados y estos se transfieren electrones o iones de un cuerpo al otro. Cuando esto ocurre uno de estos cuerpos tendrá un exceso de electrones mientras que el otro tendrá un déficit de ellos.
El que tenga un exceso de electrones se considera que esta cargado negativamente y el que tenga un déficit de ellos estará cargado positivamente.
La carga por contacto es cuando un cuerpo ya se encuentra cargado ya sea negativamente o positivamente, si este cuerpo llegara a tocar otro cuerpo cuya carga sea neutra la carga de este se le transfiere. Hay que afirmar que esto también depende mucho de si el cuerpo es un buen conductor, si este lo es esa carga se dispersara hacia todas las partes de la superficie del cuerpo que se encuentra neutro, debido a que las cargas del mismo tipo se repelan. Si se presentara el caso de que el cuerpo cuya carga es neutra no es un buen conductor, lo más posible es que abría que tocar a ese cuerpo en distintos puntos para así poder cargarlo.
La carga por inducción es un proceso de cargar eléctricamente un objeto sin tener contacto con él. Un ejemplo de este proceso es si tenemos dos esferas cada una de ellas con cargas neutras y están entre ellas haciendo contacto. Luego si tuviésemos por ejemplo una varilla con carga positiva, y la pusiéramos cerca de las esferas, llamémosla A sucedería que os electrones libres de las esferas serian atraídos y dejarían a la otra esfera con una carga excesiva positiva y la esfera A quedaría con una carga negativa.
Al final se vería que cada esfera tendría la misma magnitud de carga y los signos opuestos.
Conducción de carga en materiales
Conductores: es aquel cuerpo que puesto en contacto con un cuerpo cargado de electricidad transmite ésta a todos los puntos de su superficie. Generalmente elementos, aleaciones o compuestos con electrones libres que permiten el movimiento. Se llaman conductores eléctricos a los materiales que puestos en contacto con un cuerpo cargado de electricidad transmite ésta a todos los puntos de su superficie. Los mejores conductores eléctricos son los metales y sus aleaciones.
Aislantes: Material con escasa capacidad de conducción de la electricidad, utilizado para separar conductores eléctricos evitando un cortocircuito y para mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas eléctricos que de tocarse accidentalmente cuando se encuentran en tensión pueden producir una descarga. Los más frecuentemente utilizados son los materiales plásticos y las cerámicas. El comportamiento de los aislantes se debe a la barrera de potencial que se establece entre las bandas de valencia y conducción que dificulta la existencia de electrones libres capaces de conducir la electricidad a través del material. Para más detalles ver semiconductor.
Cuantificación de la carga
En términos actuales se dice, que la carga q esta cuantizada, donde q es el símbolo estándar utilizado para la carga. En el experimento de Millikan se encontró que la unidad fundamental de la carga es:
 e= 1.602 * 10-19 C (i)
Cualquier carga q debe ser un múltiplo entero de esta unidad fundamental. Esto es:
Q= Ne, para todo N ε Z
Invariancia relativista
La magnitud de la carga, medida en diferentes sistemas inerciales de referencia, resulta ser igual. Por consiguiente, la carga eléctrica es una invariante relativista. De esto se sigue que la magnitud de la carga no depende de su estado de movimiento o reposo.
OBJETIVO GENERAL.
El alumno será capaz de determinar la trasferencia de carga que puede ocurrir entre dos objetos.
OBJETIVOS ESPECIFICOS.
El alumno será capaz de:
Cargar eléctricamente cuerpos por: fricción, contacto e inducción
Descargar eléctricamente cuerpos por conducción e ionización
Explicar algunos de los fenómenos relacionados con la carga eléctrica.
Determinar la polaridad de un cuerpo cargado.
Medir la carga contenida en una esfera.
ANTECEDENTES
Previo a la realización de la práctica, el estudiante deberá investigar acerca de los siguientes temas:
Cuantización de la carga.
Carga elemental.
Conservación de la carga.
Definición de carga eléctrica.
MATERIAL NECESARIO
Electrómetro con accesorios.
Separados de carga.
Esferas conductoras con soporte aislante.
Electroscopio.
Barras: vidrio, ebonita, plástico, madera y hierro.
Multímetro con opción para medición de capacitancia.
Máquina de Wimhurst con accesorios.
Frotadores: piel, seda, plástico y franela.
Encendedor.
Esfera conductora de 38mm de diámetro.
 	 Figura1.1 Figura 1.2
 	 Figura1.3 Figura 1.4
DESARROLLO
El profesor dará las instrucciones necesarias y suficientes para el manejo y utilización correcta de los materiales y equipos.
Con ayuda del profesor, conecte las puntas de prueba de electrómetro a la jaula de Faraday como se indica en la figura 1.1. Cerciórese de que antes de su uso, el sistema se encuentre descargado, el electrómetro se encuentre en el máximo rango y ajustado en 0 V.
1. PROCESOS DE CARGA.
Frote cada una de las barras disponibles con los diferentes frotadores y acerque cada una de estas a la jaula de Faraday como se indica en la figura 1.5, anotando sus observaciones en la siguiente tabla. 
	Frotador
	Barra
	Signo
	Seda
	Vidrio
	+6
	Piel
	Ebonita
	-5
	Piel
	Plástico
	+4
	Plástico
	Madera
	0
	 (
Tabla1.1
)Franela
	Hierro
	 (
Figura 1.5
)0
2. PROCESOS DE DESCARGA. 
a) Mediante la barra de plástico frotada contra un trozo de piel, cargue el electroscopio, enseguida descargue éste mediante el método de conducción (mediante un cable a tierra o tocándolo con la mano). 
 
b) Repita la actividad anterior y descargue ahora el electroscopio mediante el método de ionización (aproximando la flama del encendedor o cerillo a la pieza metálica de la parte superior del electroscopio). 
 
Pregunta 7 
Haciendo referencia a la experiencia anterior, explique ¿Cómo ocurren los procesos de descarga por conducción y por ionización? 
Por conducción se debe a que habrá transferencia de electrones libres desde el cuerpo que los posea en mayor cantidad hacia el que los contenga en menor proporción y manteniéndose este flujo hasta que la magnitud de la carga sea la misma en ambos cuerpos. Y por ionización implica que se descargue debido a partículas ionizadas
3. MEDICIÓN DE LA CARGA. 
 
a) Con ayuda del profesor, mida la capacitancia combinada del electrómetro y de la jaula de Faraday, tomando nota de la capacitancia medida. 
 
Cargue la esfera conductora con hilo de nylon (de 38 mm de diámetro), y soportándola de éste, transfiera la carga de la esfera a la jaula de Faraday, tal y como se indica en la figura 1.10 note la lectura del electrómetro. 
 (
Figura 1.
10
)
Pregunta 8 
¿Cómo determinaría la carga en la esfera? 
Positiva.
 
Pregunta 9 
¿Cuál es la carga que contenía la esfera? 
+5
Pregunta 10 
¿Qué exceso o defecto de electrones contenía la esfera? 
Defecto.
4. EXPERIMENTOS ELECTROSTÁTICOS. 
 
a) Accione la máquina de Winshurst y determine la polaridad de cada uno de los electrodos esféricos de la máquina. 
 
Pregunta 11 
¿Qué polaridad tiene cada uno de los electrodos? ¿Cómo la determinó? 
Derecho + 
Izquierdo -
Con ayuda del profesor, conecte cada uno de los accesorios disponibles para la máquina de Winshurst como se muestra en la figura 1.11.
 (
Figura 1.
1
)
Pregunta 12 
¿Qué es lo que ocurrió en cada uno de los accesorios utilizados? Explique. 
Las tiras metálicas se cargaron eléctricamente y se elevaron de estar en una posición en reposo vertical a una posición horizontal y vertical en sentido contrario.
APLICACIONES. 
Algunas de las aplicaciones de la electrostática las encontramos en los precipitadores electrostáticos para el control de la contaminación ambiental, así como en los procesos de pintura mediante efectos electrostáticos. 
CONCLUSIONES
La práctica numero 1 nos permitió revisar y comprobar un poco de lo que son las cargas eléctricas y como pueden ser medidas de diferentes maneras. Así como también nos dejó observar y analizar las trasferencias de carga, o sea de electrones.
Lo primero que se realizo fue la actividad de cargar diferentes objetos  frotándolos con diferentes tipos de materiales, y observando que tipo de carga adquirían y una vez cargados, observar cual había sido el fenómeno que se había presentado en el objeto a estudiar 
También en este trabajo se pudo observar y comprender, varios sucesos físicos, como fue específicamente la transferencia de cargas y el intercambio de electrones, donde llegamos a la conclusión que partículas diminutas, conocidas como electrones, contenidas en los átomos, son las causantes de generar cargas eléctricas. 
Un principio de la electrostática es la conservación de la carga eléctrica. Según este principio, los electrones no se crean ni se destruyen, se redistribuyen de un material a otro. De esta manera, se tiene que los electrones que pierde un cuerpo, son ganados por otro. Y gracias a las prácticas que estuvimos realizando pudimos comprobar que un cuerpo cargado eléctricamente influye sobre otro cuerpo o carga. Cuando esto sucede, se dice que ejerce una fuerza eléctrica. La primera investigación acerca de las fuerzas eléctricas fue por Coulomb. Y en este trabajo pudimos corroborar un poco de sus estudios.