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Laboratorio de f´ısica. Informe No 1. Electroscopio. Nataly Vargas L´opez *. C.C. No 1020825407 neros Sar´a ** Sebasti´an Pi˜ . C.C. No 1020793553 Kevin Gutierrez Gaitan ***. C.C. No 1032487796 Agosto 6 de 2015 Resumen En este laboratorio se demuestra la funcionalidad del electrosco- pio y como este...

Description

Laboratorio de f´ısica. Informe No 1. Electroscopio. Nataly Vargas L´opez *. C.C. No 1020825407 Sebasti´an Pi˜ neros Sar´a ** . C.C. No 1020793553 Kevin Gutierrez Gaitan *** . C.C. No 1032487796 Agosto 6 de 2015

Resumen En este laboratorio se demuestra la funcionalidad del electroscopio y como este nos ayuda a comprender acerca de las cargas y su comportamiento. Para elaborar nuestro electroscopio usamos alambre de cobre, dos l´ aminas de papel aluminio, tapa de pl´ astico y un envase de vidrio. Luego de ensamblar el electroscopio durante la pr´ actica de laboratorio identificamos los materiales conductores y aislantes de los que est´ a compuesto el electroscopio por medio de un mult´ımetro. Tambi´en se comprob´ o su funcionamiento acercando una bomba y un peine cargados est´ aticamente al alambre de cobre.observamos que al acercar el objeto al colector las 2 l´ aminas de aluminio del electroscopio se separaron por efecto de la cargas de igual signo presente en ellas. Aplicando as´ı el proceso de carga por inducci´ on, que consiste en cambiar la carga global neutra del electroscopio por una positiva.

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Electroscopio

1.

Introducci´ on

El objetivo de esta pr´actica es entender y comprender c´omo interact´ uan las cargas en 2 objetos sin que haya contacto directo entre ellos y comprobar en la pr´actica el enunciado de la ley Coulomb y la ley de atraccion y repulsion. Para esto usamos un electroscopio y elementos capaces de retener carga est´atica. El electroscopio es un instrumento que permite determinar la presencia de cargas el´ectricas y su signo. Este dispositivo se encuentra con carga neutra por lo que al acercarse un objeto cargado, esta carga buscar´a por donde huir llegando hasta el final del alambre por lo que las l´aminas quedan con el mismo signo y se genera una repulsi´on, como lo observamos cuando las l´aminas se separaban al acercar el objeto con carga. Tambi´en se comprob´o que es posible cambiar la carga global neutra del electroscopio, por una carga positiva, esto se logra creando un polo a tierra mientras se ejerce fuerza sobre el electroscopio, permitiendo as´ı el escape de los electrones y dejando un exceso de carga positiva en el electroscopio.

2.

Marco Te´ orico

El electroscopio es un instrumento que permite determinar la presencia de cargas el´ectricas y su signo. Consiste en una varilla met´alica vertical que tiene una esfera en la parte superior y en el extremo opuesto dos l´aminas de aluminio muy delgadas. La varilla est´a sostenida en la parte superior de una caja de vidrio transparente con un armaz´on de cobre en contacto con tierra. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electrifica y las laminillas cargadas con igual signo que el objeto se repelen, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido. La fuerza de repulsi´on electrost´atica se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera y las l´aminas, al perder la polarizaci´on, vuelven a su posici´on normal. Un electroscopio cargado pierde gradualmente su carga debido a la conductividad el´ectrica del aire producida por su contenido en iones. Por ello la velocidad con la que se carga un electroscopio en presencia de un campo el´ectrico o se descarga puede ser utilizada para medir la densidad de iones en el aire ambiente. Por este motivo, el electroscopio se puede utilizar para medir la radiaci´on de fondo en presencia de materiales radiactivos. El primer electroscopio fue creado por el m´edico ingl´es William Gilbert para realizar 2

´ 2 MARCO TEORICO

Electroscopio

sus experimentos con cargas electrost´aticas. Actualmente este instrumento no es m´as que una curiosidad de museo, dando paso a mejores instrumentos electr´onicos. Figura 1: Partes del electroscopio.

Explicaci´ on de su funcionamiento. Un electroscopio es un dispositivo que permite detectar la presencia de un objeto cargado aprovechando el fen´omeno de separaci´on de cargas por inducci´on. Explicaremos su funcionamiento empezando por ver que sucede con las cargas en los materiales conductores. Si acercamos un cuerpo cargado con carga positiva, por ejemplo una lapicera que ha sido frotada con un pa˜ no, las cargas negativas del conductor experimentan una fuerza atractiva hacia la lapicera . Por esta raz´on se acumulan en la parte m´as cercana a ´esta. Por el contrario las cargas positivas del conductor experimentan una fuerza de repulsi´on y por esto se acumulan en la parte m´as lejana a la lapicera. Lo que ha ocurrido es que las cargas se han desplazado, pero la suma de cargas positivas es igual a la suma de cargas negativas. Por lo tanto la carga neta del conductor sigue siendo nula. Consideremos ahora que pasa en el electroscopio. Recordemos que un electroscopio est´a formado esencialmente por 3

Electroscopio

un par de hojas met´alicas unidas en un extremo. Por ejemplo una tira larga de papel de aluminio doblada al medio. Si acercamos la lapicera cargada al electroscopio, como se indica en la figura, la carga negativa ser´a atra´ıda hacia el extremo m´as cercano a la lapicera mientras que la carga positiva se acumular´a en el otro extremo, es decir que se distribuir´a entre las dos hojas del electroscopio. La situaci´on se muestra en la figura: los dos extremos libres del electroscopio quedaron cargados positivamente y como las cargas de un mismo signo se rechazan las hojas del electroscopio se separan. ¿Qu´e pasa si tocamos con un dedo el extremo del electroscopio mientras esta cerca de la lapicera cargada? La carga negativa acumulada en ese extremo “pasar´a” a la mano y por lo tanto el electroscopio queda cargado positivamente. Debido a esto las hojas no se juntan cuando alejamos la lapicera. (ver referencias [?])

3.

Procedimiento y Montaje ARMAR EL ELECTROSCOPIO:

1. Se hace un peque˜ no orificio en la tapa, para que pueda pasar el alambre. 2. Luego de introducir el alambre por el orificio, se hace un gancho en la parte inferior, y en la superior, una espiral. 3. Se debe cortar dos trozos similares de papel aluminio, con un tama˜ no no muy grande, para que su peso sea despreciable. 4. Realizar un peque˜ no orificio en la parte superior de cada trozo. Eso te permitir´a colgarlos en el gancho. 5. Colocar la tapa en el frasco, y listo. (Ver figura 2) (ver referencias [?]) FUNCIONAMIENTO DEL ELECTROSCOPIO: Al acercar cuerpos cargados, las laminitas de aluminio se separar´an. (Ver figura 3 y 4). Si al acercar un objeto con una carga al electroscopio y luego tocando el electroscopio con tierra, el electroscopio obtiene una carga, dej´andolo cargado sin necesidad de acercar un objeto con carga, por lo cual las l´aminas quedan separadas (ver figura 5) pero si se vuelve a tocar el electroscopio, este se descarga, volviendo a poner las l´aminas es su posici´on normal. 4

3 PROCEDIMIENTO Y MONTAJE

Electroscopio

Figura 2: Electroscopio

Figura 3: L´aminas separ´andose a causa de interacci´on con el globo cargado est´aticamente

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Electroscopio

Figura 4: L´aminas separ´andose a causa de la interacci´on con el peine cargado est´aticamente

Figura 5: Electroscopio Cargado por Inducci´on

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´ 4 ANALISIS Y CONCLUSIONES

4.

Electroscopio

An´ alisis y conclusiones Las cargas generan una fuerza llamada fuerza electrost´atica, por eso las cargas del mismo signo no pueden estar juntas, porque dichas fuerzas se repelen entre s´ı. Las cargas positivas generan fuerza que sale de ellas y se dirigen a la naturaleza, las cargas negativas atraen a esas fuerzas, al estar cerca la carga una de otra la fuerza es mas grande y la repulsi´on o atracci´on se aprecia m´as. Al frotar un peine u otro objeto de pl´astico en el cabello o la ropa, les quitamos carga y generamos una sobrecarga en dicho objeto. Y cuando lo acercamos, se puede apreciar con el electroscopio al separarse las l´aminas de aluminio, debido a que las cargas pueden circular por el alambre de cobre y seguir a la l´amina carg´andose y generando una repulsion. El electroscopio puede detectar carga a´ un sin tocar el objeto cargado, esto se debe a que el peine (con carga excesiva) repele las carga igual y atrae la opuesta; con esto el alambre se polariza, con su parte superior quedando positiva y la inferior negativa, haciendo que las l´aminas se carguen negativamente. (ver referencias [?]) En el proceso de carga por inducci´on, un objeto cargado se pone cerca de pero sin tocar el electroscopio. La presencia del objeto cargado encima del colector del electroscopio, induce a los electrones dentro de la electroscopio a moverse, por ende separando las l´aminas de aluminio. Con el objeto cargado a´ un ten´ıa encima del colector, el electroscopio se toca. En este punto los electrones fluyen entre el electroscopio y el suelo (polo a tierra), dando al electroscopio una carga global. Cuando el objeto cargado es apartado, las placas del electroscopio se separan nuevamente, lo que indica una carga global en el electroscopio. (ver referencias [?])

4.1.

Conclusiones Entre m´as cerca est´e el objeto cargado al colector del electroscopio, mayor es la fuerza ejercida entre los electrones del objeto y el alambre 7

Electroscopio

de cobre, por lo tanto se hace visible una mayor fuerza de repulsi´on entre las l´aminas de aluminio. Las l´aminas nunca se podr´an a traer a menos que sean l´aminas independientes con sus respectivos alambres con cargas opuestas.

5.

Bibliograf´ıa

Referencias [1] (S.A.), 1 de octubre de 2010, Electroscopio, Extraido el 1 de Agosto de 2015 desde https://mufulafa.wordpress.com/2010/10/01/electroscopio/ [2] (S.A.), (S.F), Electroscopio, Extraido el 1 de Agosto de 2015 desde https://estaticascug.wordpress.com/electroscopio/ [3] Francisco Venancio Ch´airez Rodr´ıguez, (S.F), troscopio, Extraido el 1 de Agosto de 2015 dehttp://grupoquark.com/recursos/talleres/electroscopio.html

Elecdes-

[4] (S.A.), (S.F), Charging an Electroscope by Induction Using a Negatively Charged Balloon, Extraido el 1 de Agosto de 2015 desde http://www.physicsclassroom.com/mmedia/estatics/esn.cfm

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