Instituto Politcnico Nacional

Instituto Politcnico NacionalESCUELA SUPERIROR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA.

Practica 1 Electrosttica (Electricidad y magnetismo).

Grupo:2CM14Integrantes:Briseo Ramrez Omar.Domnguez Hernndez Jos EduardoMolina Medina GerardoRonquillo Camacho Carlos Alberto

25/05/2015

OBJETIVO:Que el alumno Verifique que los cuerpos son susceptibles de electrizarseIdentifique los diferentes procedimientos de electrizacin de los cuerpos.Compruebe la existencia de los tipos de electrizacin que pueden adquirir los cuerpos.Diferencie los conductores de los aisladores.Describa los espectros de los campos elctricos obtenidos entre electrodos de diversas geometras.Concluya que en la regin que rodea a un cuerpo electrizado existe una fuerza de origen elctrico que recibe el nombre de campo elctrico.

IntroduccinLaelectrostticaes la rama de lafsicaque estudia los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga elctrica, es decir, el estudio de las cargas elctricas en reposo, sabiendo que las cargas puntuales son cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables frente a otras dimensiones del problema. La carga elctrica es la propiedad de la materia responsable de los fenmenos electrostticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.

Las interacciones del electromagnetismo implican partculas que tienen una propiedad llamada carga elctrica, es decir, un atributo que es tan fundamental como la masa. De la misma forma que los objetos con masa son acelerados por las fuerzas gravitatorias, los objetos cargados elctricamente tambin se ven acelerados por las fuerzas elctricas. La descarga elctrica inesperada que usted siente cuando de frota sus zapatos contra una alfombra, y luego toca una perilla metlica, se debe a partculas cargadas que saltan de su dedo a la perilla. Las corrientes elctricas como las de un relmpago o una televisin tan slo son flujos de partculas cargadas, que corren por cables en respuesta a las fuerzas elctricas. Incluso las fuerzas que mantienen unidos a los tomos y que forman la materia slida, evitando que los tomos de objetos slidos se atraviesen entre s, se deben en lo fundamental a interacciones elctricas entre las partculas cargadas en el interior de los tomos.

En una poca tan remota como 600 A.C., los griegos de la antigedad descubrieron que cuando frotaban mbar contra lana, el mbar atraa otros objetos. En la actualidad decimos que con ese frotamiento el mbar adquiere una carga elctrica neta o que se carga. La palabra elctrico se deriva del vocablo griego elektron, que significa mbar.Cuando al caminar una persona frota sus zapatos sobre una alfombra de nailon, se carga elctricamente; tambin carga un peine si lo pasa por su cabello seco.Las varillas de plstico y un trozo de piel (verdadera o falsa) son especialmente buenos para demostrar la electrosttica, es decir, la interaccin entre cargas elctricas en reposo (o casi en reposo). La figura 21.1a muestra dos varillas de plstico y un trozo de piel. Observamos que despus de cargar las dos varillas frotndolas contra un trozo de piel, las varillas se repelen.

Cuando frotamos varillas de vidrio con seda, las varillas de vidrio tambin se cargan y se repelen entre s. Sin embargo, una varilla de plstico cargadaAtrae otra varilla de vidrio tambin cargada; adems, la varilla de plstico y la piel se atraen, al igual que el vidrio y la seda Estos experimentos y muchos otros parecidos han demostrado que hay exactamente dos tipos de carga elctrica: la del plstico cuando se frota con piel y la del vidrio al frotarse con seda. Benjamn Franklin (1706-1790) sugiri llamar a esas dos clases de carga negativa y positiva, respectivamente, y tales nombres an se utilizan.La varilla de plstico y la seda tienen carga negativa; en tanto que la varilla de vidrio y la piel tienen carga positiva.Y finalmente se enuncio la siguiente ley :Dos cargas positivas se repelen entre s, al igual que dos cargas negativas. Una carga positiva y una negativa se atraen.

Ciertos materiales permiten que las cargas elctricas se muevan con facilidad de una regin del material a la otra, mientras que otros no lo hacen.

Carga elctrica, conductores y aislantes: La cantidad fundamental en electrosttica es la carga elctrica.Hay dos clases de carga: positiva y negativa. Las cargas del mismo signo se repelen mutuamente; las cargas de signo opuesto se atraen. La carga se conserva; la carga total en un sistema aislado es constante.Toda la materia ordinaria est hecha de protones, neutrones y electrones. Los protones positivos y los neutrones elctricamente neutros del ncleo de un tomo se mantienen unidos por la fuerza nuclear; los electrones negativos circundan el ncleo a distancias mucho mayores que el tamao de ste.Las interacciones elctricas son las principales responsables de la estructura de tomos, molculas y slidos. Los conductores son materiales que permiten que la carga elctrica se mueva con facilidad a travs de ellos. Los aislantes permiten el movimiento de las cargas con mucha menos facilidad. La mayora de los metales son buenos conductores; en tanto que la mayora de los no metales son aislantes.

LA ELECTRIZACION SE PUEDE LOGRAR POR TRES METODOS:FRICCIN, CONTACTO E INDUCCIN O INFLUENCIA. El primer mtodo consiste en frotar dos cuerpos elctricamente neutros; despus de ser frotados, uno queda con carga positiva y otro con carga negativa. En la electrizacin por contacto, un cuerpo cargado se pone en contacto con otro neutro, resultando, uno o dos cuerpos cargados con carga del mismo signo y de igual magnitud. En el tercer procedimiento debe haber tres cuerpos; uno cargado, tambin llamado inductor, y dos neutros, tambin llamados inducidos, durante el proceso, el inductor no toca la carga contraria.Campo elctrico: El campo elctrico una cantidad vectorial, es la fuerza por unidad de carga que se ejerce sobre una carga de prueba en cualquier punto, siempre que la carga de prueba sea tan pequea que no perturbe las cargas que generan el campo. El campo elctrico producido por una carga puntual est dirigido radialmente hacia fuera de la carga o hacia ella.

(1)(2).(3)Hay dos formas diferentes de representar grficamente un campo electrosttico:a) por un conjunto de lneas (lneas de fuerza) que indican en cada punto la direccin de la intensidad del campo elctrico.b) por un conjunto de superficies equipotenciales que indican en cada punto el potencial de la intensidad del campo elctrico.A la representacin grfica de las lneas de fuerza de un campo elctrico se le designa el nombre de ESPECTRO DE CAMPO ELECTRICO.Algunas de las caractersticas que podemos citar de las lneas de fuerza son las siguientes: Las lneas de fuerza de un campo elctrico no se cruzan. Las lneas de fuerza, convencionalmente, nacen en cargas positivas y terminan en cargas negativas; pero no nacen ni terminan en las cercanas de la cargas. Se tienemayornmero de lneas de fuerza por unidad de rea(densidadde lneas de fuerza) en las regiones cercanas a las cargaso en las regiones donde haya mayor nmero de cargas acumuladas del mismo signo. Para cada punto de una lnea de fuerza hay un vector intensidad de campo elctrico,E,tangente a la trayectoria de la lnea en el punto.

[lneas de campo elctrico]

MATERIAL 1 Pndulo Elctrico 1 Pao de Lana 1 Pao de nylon 1 Barra de vidrio 1 Barra de Poliestireno 1 Barra de Hierro 1 Electrodo de Prueba 1 Soporte aislante 1 Cuba electrosttica Aceite de Ricino 1 Juego de Accesorios de la cuba electrosttica 1 Generador de Van de Graaff 4 Cables de Conexin 1 Agitador1.1 ELECTRIZACIN POR FROTAMIENTO.Procedimiento:Realizamos las actividades siguientes y observamos lo que suceda en cada caso:a) frotamos la barra de vidrio con el pao de lana. la acercamos a algunos trocitos de papel.

La barra de vidrio queda cargada y esta atrae a los pedacitos de papel.

b) nuevamente frotamos la barra de vidrio con el pao de lana y aproximamos, sin tocar, a la esfera de sauco del pndulo elctrico.

de igual manera que con el papel. la barra atrae al sauco

c) ahora frotamos la barra de poliestireno y la aproximamos al pndulo elctrico, sin tocar la esfera de sauco.

El sauco se acerc a la barra de poliestireno pero con menor intensidad que con el vidrio

d) repetimos el procedimiento anterior con el electrodo de prueba plano en su parte metlica

no ocurre nada

1.2 ELECTRIZACIN POR CONTACTOProcedimiento:Tomamos la barra de vidrio, cargada previamente por frotamiento con el pao de lana, y la pusimos en contacto con el electrodo de prueba plano como lo muestra la figura, y lo acercamos a la esfera del pndulo elctrico, repetimos el paso con la barra de poli estireno.

Por qu es necesario asilar el electrodo de prueba?R= porque si estuviera en contacto con la piel este se descargara al instante.Conclusiones:Llegamos a la conclusin de que existen dos tipos de cargas una que queda cargada positivamente y otra que queda cargada negativamente. Tambin llegamos a la conclusin que cargas iguales se repelen y que cargas cargas diferentes se atraen 1.3 ELECTRIZACION POR INDUCCINArmamos el siguiente dispositivo

Lo que ocurri fue que el sauco se acercaba a la barra de metal y conforme bamos alejando la barra de vidrio el sauco regresaba a su posicin original al cambiar la barra de metal por la barra de poliestireno no ocurre nada esto nos hace pensar que sobre el poliestireno no circula la carga como si fuera un asilantefrotamos la barra de vodrio con el pao de lana y acrquela a la barra de metal, sin tocar observamos la esfera del pendulo electrico. sin dejar de observar alejamos la barra de vidrio cargada.

repetimos el experimento anterior, pero ahora, antes de retirar la barra de vidrio cargada electricamente, tocamos con el dedo la barra de metal como se muestra en la figura

al poner el dedo en la barra de metal el sauco del pndulo se aleja de la barra de metal regresando a su posicin original

CLASES DE CARGA ELECTRICA Y FUERZAS DE ORIGEN ELCTRICO.Procedimiento Tocamos con la barra de vidrio, frotada con el pao de lana, la esfera de medula de sauco del pndulo durante un corto intervalo de tiempo.

la barra de vidrio despus de tocar el sauco al volverse a acercar la barra de vidrio el sauco se aleja de la barra de vidrio

Descargamos la esfera tocndola con los dedos y repetimos el procedimiento con la barra de poliestireno

Al tocar la esfera de sauco con los dedos le quitamos la carga que haba adquirido por la induccin de la barra de vidrio .y al realizar el toque con la esfera y el poliestireno al acercar la barra el sauco se acerca al poliestireno

Conclusiones En el primer procedimiento se puede observar que la esfera se mueve un poco, este movimiento es causado por que los electrones que primero le transferimos del pao de lana a la barra de vidrio por frotamiento, despus se transfirieron a la barra de metal al aproximarla, de a que el metal es un buen conductor, pasa los electrones al otro extremo de la barra, y como sta est cerca de la esfera de sauco, genera una pequea atraccin.Al repetir el experimento tocando la barra de metal se observa que no pasa nada, esto debido a que cuando se toca la barra de metal la trayectoria del flujo de electrones se dirige hacia nuestro dedo el cual hace tierra fsica.en el segundo procedimiento deducimos que al realizar el toque con el sauco los electrones que tengan la barra pasan al sauco por lo cual este queda cargado. lo curioso fue que los efectos se invirtieron ya que sin tocar el sauco la barra de vidrio atrae el sauco y al tocarlo estos se repelen

ESPECTROS DE CAMPO ELECTRICOPara armar el dispositivo seguimos las siguientes instrucciones:Vierte el aceite de ricino en la cuba electrosttica, hasta tener una capa de 4 milmetros de profundidad. Espolvorea un poco de aserrn instale una lenteja y un anillo grande en los porta electrodos de la cuba y estos a su vez conctelos a la tierra y al generador de Van Der Graaff, respectivamente.

Procedimiento Ponga a funcionar el generador y observe lo que sucede con el aserrn realice un dibujo del espectro observado.Realizado lo anterior desconecte el generador, pero antes descrguelo, tocando la esfera con un alambre conectado previamente a tierra y remueva por medio del agitador de aceite de ricino con el aserrn. cambie los electrodos (lenteja y arillo ) por otro par de modo que se observe el campo formado por :a) dos cargas puntuales de diferente signo

b) dos cargas puntuales del mismo signo

c) dos placas paralelas cargadas de diferente signo que simulen un condensador de placas paralelas

Las lneas de fuerza y los ejes longitudinales de los conductores forman prcticamente un ngulo de 90 respecto a la superficie de las placas

Conclusiones Es imposible conocer el espectro que forman las cargas el cual para el ojo humano es imperceptible, pero con un sencillo experimento se pueden apreciar las diferentes formas que estos tendrn dependiendo del tipo de forma que tenga el objeto y el tipo de signo que tenga su carga. El campo elctrico formara una espectro respecto a otro punto, por eso fue posible apreciar diferentes formas del mismo.CUESTIONARIO1.- Qu es la carga elctrica? Es aquella propiedad de la materia, la cual est asociada con partculas atmicas, el electrn y el protn; asociando una carga negativa con el electrn y una carga positiva con el protn.Las cargas negativas estn dadas por el exceso de los mismos y las cargas positivas por la deficiencia de estos

.2.- Cuntas clases de carga identifico en este experimento? Fueron 3 electrizaciones: por contacto, por induccin y por friccin.

3.- Cmo se comportan las cargas elctricas entre s? En el experimento se comprueba que cargas con el mismo signo se repelen y de signo diferente se atraen. Su fuerza de atraccin o repulsin depende de la ley de coulomb.

4.- Qu interpretacin se da al principio de la conservacin de la carga elctrica cuando se carga la barra de vidrio por frotamiento con el pao de lana? Frotando la barra de vidrio con el pao de lana, este adquiere una carga positiva por que mantiene su numero de protones 5.- Cmo se podra usar una barra, cargada negativamente para cargar por induccin dos barras metlicas, de manera que una quede con carga positiva y otra con carga negativa? Se pueden colocar dos cuerpos metlicos sobre soportes de plstico acercamos una varilla cargada positivamente a uno de los cuerpos, los electrones del metal son atrados por la varilla y una parte de stos se desplaza hacia el cuerpo dejando en el cuerpo un dficit de electrones, es decir, una carga positiva.

6.- Cul es la diferencia entre un conductor y un aislador? Un conductor es aquel material que permite el libre flujo de electrones a travs de su cuerpo, en cambio en un aislante no existe tal caracterstica las cargas solo quedan en la superficie.

7. -Cmo afecta el medio ambiente a estos experimentos? La humedad puede afectar que cuerpos puedan ser cargados fcilmente, contrario a lo que sucede en un ambiente con poca humedad

8.- Cmo se descubri que la carga elctrica estaba cuantizada? Por que nicamente puede tomar valores enteros de la carga que tiene el electrn.

9.-Explique la ley coulomb. La ley de Coulomb relaciona dos cargas y la distancia que hay entre estas para poder calcular la fuerza de atraccin o repulsin que ejercen. Y se enuncia as: 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.

10.-Defina los siguientes trminos

a)Campo: A la regin del espacio que rodea a un cuerpo o partcula cargada de electricidad donde se perciben las fuerzas de atraccin o repulsin que se producen sobre otros cuerpos cargados de electricidad

b) Polarizacin: Modificacin de la distribucin de carga que ocurre en un material aislador por efecto de un campo elctrico.

c) Dipolo: Dos cargas de signos opuestos e igual magnitud muy cercanas entre s.

d) ionizacin: Es separar los electrones de una molcula neutra travs de alguna energa como los rayos X o Luz Ultravioleta.

e) Carga puntual: Es un pequeo espacio de un cuerpo donde se concentra la carga, (Ej. puntas).

f) Gradiente potencial: Es el cociente resultante de dividir la variacin elctrica de un punto A menos un punto B entre la variacin de la distancia de los puntos hacia la carga.

11.- Por qu las lneas de fuerza no se cruzan? Resulta que el campo elctrico es tangente a la lnea de fuerza es por eso que nunca se cruzaran las lneas de fuerza.

13.- Qu es una superficie equipotencial? Es aquella en el que el potencial toma un valor constante. Por ejemplo, las superficies equipotenciales creadas por cargas puntuales son esferas concntricas centradas en la carga, como se deduce de la definicin de potencial.

14.- Dos cargas, de magnitud y signos desconocidos, estn separados una distancia d. la intensidad del campo elctrico es cero en un punto situado entre ellas, en la lnea que las une. Qu se puede decir respecto a las cargas? Que forman un dipolo elctrico.

15.- Explique la ley de Gauss. La ley de Gauss relaciona el flujo elctrico a travs de una superficie cerrada y la carga elctrica encerrada por esta superficie. De esta misma forma, tambin relaciona la divergencia del campo elctrico con la densidad de carga.

Observaciones por equipo En esta prctica logramos observar cmo se comporta la electroesttica en la naturaleza, ya que con el simple hecho de frotar los diferentes materiales que se nos proporcionaron, se ve cmo actan las cargas al tocar o acercar con otro material el objeto anteriormente cargado.Al colocar el generador de Van Der Graaff se observa muy claro cmo se generan los campos elctricos, ya que el aserrn que se tena dentro de la cuba con el aceite defina bastante bien las lneas del campo elctrico.

Conclusin por equipoAl concluir esta prctica los miembros del equipo obtuvimos el conocimiento sobre los campos elctricos, que pueden darse en forma de induccin o contacto, y por ende se verifico si exista o no un campo elctrico.Tambin se apreci de manera prctica que es un aislante y un conductor, que a pesar de que parece un conocimiento emperico a algunas personas se les dificulta entender y con esta prctica se entendi a la perfeccin.Por ltimo localizamos fsicamente si la carga estaba dentro o fuera de la superficie, entendiendo as lo visto tericamente en clase.Puede decirse que cumplimos con los objetivos planteados antes de la elaboracin de la prctica.

Bibliografa: FISICA UNIVERSITARIA CON FISICA MODERNA VOL.2 (12 ED.)HUGH D. YOUNG; ROGER A. FREEDMAN FISICA PARA LA CIENCIA Y LA TECNOLOGIA (VOL. 2A): ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO (6 ED.)PAUL A. TIPLER