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ING. MIGUEL ANTONIO CORDERO VILLARROELLABORATORIO DE FISICA III2 02 0MISAEL SARACHOUNIVERSIDAD AUTÓNOMAJUAN MISAEL SARACHOPRÁCTICA NºGENERADOR DE VAN DE GRAAFFINTEGRANTES: Darío Ciro Ignacio Sullca HORARIO: 18:00 pm – 19 :30 pmFECHA DE REALIZACION DE LA PRACTICA: 27 de mayo de 2020FECHA DE ENTREGA D...

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UNIVERSIDAD AUTONOMA JUAN MISAEL SARACHO

LABORATORIO DE FISICA III

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA JUAN MISAEL SARACHO

PRÁCTICA Nº2 GENERADOR DE VAN DE GRAAFF INTEGRANTES: 1. Darío Ciro Ignacio Sullca

HORARIO:

18:00 pm – 19:30 pm

FECHA DE REALIZACION DE LA PRA PRACTICA: CTICA: 27 de mayo de 2020 FECHA DE ENTREGA DE LA PRACTICA: 10 de junio de 2020 DOCENTE: Ing. Miguel Antonio Cordero Villarroel 2 0 2 0

ING. MIGUEL ANTONIO CORDERO VILLARROEL GRUPO 9

UNIVERSIDAD AUTONOMA JUAN MISAEL SARACHO

LABORATORIO DE FISICA III

GENERADOR DE VAN DE GRAAFF I.

INTRODUCCIÓN

Cuando se introduce un conductor cargado dentro de otro hueco y se ponen en contacto, toda la carga del primero pasa al segundo, cualquiera que sea la carga inicial del conductor hueco Teóricamente, el proceso se podría repetir muchas veces, aumentando la carga del conductor hueco indefinidamente. De hecho, existe un límite debido a las dificultades de aislamiento de la carga. Cuando se eleva el potencial, el aire que le rodea se hace conductor y se empieza a perder carga. La diferencia entre la cubeta de Faraday y el generador de Van de Graaff, es que en la primera la carga se introduce de forma discreta mientras que en el segundo, se introduce en el conductor hueco de forma continua mediante una cinta transportadora

II.

III.

OBJETIVOS:   

Comprender el funcionamiento del Generador de Van de Graaff. Observar el fenómeno de atracción y repulsión electroestático. Observar los fenómenos de conducción e inducción de cargas electroestática en distintos cuerpos.

 

Comprobar y visualizar los efectos de puntas. Comprobar y visualizar el fenómeno del viento eléctrico.

FUNDAMENTO TEORICO:

El generador de Van de Graaff. Van de Graaff inventó el generador que lleva su nombre en 1931, con el propósito de producir una diferencia de potencial muy alta (del orden de 20 millones de volts) para acelerar partículas cargadas que se hacían chocar contra blancos fijos. Los resultados de las colisiones nos informan de las características de los núcleos del material que constituye el blanco.

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LABORATORIO DE FISICA III El generador de Van de Graaff es un generador de corriente constante, mientas que la batería es un generador de voltaje constante, lo que cambia es la intensidad dependiendo que los aparatos que se conectan. El generador de Van de Graaff es muy simple, consta de un motor, dos poleas, una correa o cinta, dos peines o terminales hechos de finos hilos de cobre y una esfera hueca donde se acumula la carga transportada por la cinta. En la figura, se muestra un esquema del generador de Van de Graaff. Un conductor metálico hueco A de forma aproximadamente esférica, está sostenido por soportes aislantes de plástico, atornillados en un pie metálico C conectado a tierra. Una correa o cinta de goma (no conductora) D se mueve entre dos poleas E y F. La polea F se acciona mediante un motor eléctrico. Dos peines G y H están hechos de hilos conductores muy finos, están situados a la altura del eje de las poleas. Las puntas de los peines están muy próximas, pero no tocan a la cinta. La rama izquierda de la cinta transportadora se mueve hacia arriba, transporta un flujo continuo de carga positiva hacia el conductor hueco A. Al llegar a G y debido a la propiedad de las puntas se crea un campo lo suficientemente intenso para ionizar el aire situado entre la punta G y la cinta. El aire ionizado proporciona el medio para que la carga pase de la cinta a la punta G y a continuación, al conductor hueco A, debido a la propiedad de las cargas que se introducen en el interior de un conductor hueco (cubeta de Faraday). Funcionamiento del generador de Van de Graaff Hemos estudiado cualitativamente como se produce la electricidad estática, cuando se ponen en contacto dos materiales no conductores. Ahora explicaremos como adquiere la cinta la carga que transporta hasta el terminal esférico. En primer lugar, se electrifica la superficie de la polea inferior F debido a que la superficie de la polea y la cinta están hechos de materiales diferentes. La cinta y la superficie del rodillo adquieren cargas iguales y de signo contrario.

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Sin embargo, la densidad de carga es mucho mayor en la superficie de la polea que en la cinta, ya que las cargas se extienden por una superficie mucho mayor

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LABORATORIO DE FISICA III Supongamos que hemos elegido los materiales de la cinta y de la superficie del rodillo de modo que la cinta adquiera una carga negativa y la superficie de la polea una carga positiva, tal como se ve en la figura.

Si una aguja metálica se coloca cerca de la superficie de la cinta, a la altura de su eje. Se produce un intenso campo eléctrico entre la punta de la aguja y la superficie de la polea. Las moléculas de aire en el espacio entre ambos elementos se ionizan, creando un puente conductor por el que circulan las cargas desde la punta metálica hacia la cinta. Las cargas negativas son atraídas hacia la superficie de la polea, pero en medio del camino se encuentra la cinta, y se depositan en su superficie, cancelando parcialmente la carga positiva de la polea. Pero la cinta se mueve hacia arriba, y el proceso comienza de nuevo.

La polea superior E actúa en sentido contrario a la inferior F. No puede estar cargada positivamente. Tendrá que tener una carga negativa o ser neutra (una polea cuya superficie es metálica).

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Existe la posibilidad de cambiar la polaridad de las cargas que transporta la cinta cambiando los materiales de la polea inferior y de la cinta. Si la cinta está hecha de

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LABORATORIO DE FISICA III goma, y la polea inferior está hecha de nylon cubierto con una capa de plástico, en la polea se crea una carga negativa y en la goma positiva. La cinta transporta hacia arriba la carga positiva. Esta carga como ya se ha explicado, pasa a la superficie del conductor hueco. Si se usa un material neutro en la polea superior E la cinta no transporta cargas hacia abajo. Si se usa nylon en la polea superior, la cinta transporta carga negativa hacia abajo, esta carga viene del conductor hueco. De este modo, la cinta carga positivamente el conductor hueco tanto en su movimiento ascendente como descendente. Potencial de la esfera conductora Se denomina potencial a la diferencia de potencial entre un punto P a una distancia r del centro de la esfera y el infinito. Como el campo en el interior de le esfera conductora es cero, el potencial es constante en todos sus puntos. El potencial en la superficie de la esfera es el área sombreada.

Se denomina capacidad de la esfera al cociente entre la carga y su potencial,

C=Q/V=4 0R. Potencia del motor que mueve la correa Supóngase que la diferencia de potencial entre el conductor hueco del generador de Van de Graaff y el punto sobre el cual se esparcen las cargas sobre la correa es V. Si la correa proporciona carga positiva a la esfera a razón de i amperes. Determinar la potencia necesaria para mover la polea en contra de las fuerzas eléctrica. El trabajo que hay que realizar para que una carga dq positiva pase de un lugar en el que el potencial es cero a otro en el que el potencial V es dW=Vdq La potencia: 2 0 2 0

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LABORATORIO DE FISICA III IV.

MATERIALES UTILIZADOS:

Generador de Van de Graaff

Superficies esféricas conductoras con mango aislador

Accesorio de punta cónica

Soportes, vela

Electroscopio

Tubo Fluorescente

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LABORATORIO DE FISICA III Interruptor de cuchilla; cables de conexión.

V.

PROCEDIMIENTO DE LA PRACTICA:

Se trata de una práctica netamente de observación y apreciación de los fenómenos electrostáticos teniendo en cuenta las leyes de Coulomb y gauss. en primera instancia se podrán apreciar durante la práctica de laboratorio utilizando el generador de van de graaff, los fenómenos de conducción e inducción atracción y repulsión de cargas electrostáticas Primeramente, usamos un electroscopio para detectar carga y medir potencial eléctrico y así demostrar su funcionamiento.

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LABORATORIO DE FISICA III Vimos que, si la esfera metálica de la parte superior se pone en contacto con conductor cargado, dos delgadas hojas de metal adquirirán en el mismo potencial que él. La carga en las hojas será proporcional a la diferencia de potencial entre ellas y la caja. Las fuerzas de repulsión que existirá entre las hojas, debido a sus cargas idénticas pueden medirse observando el valor de la desviación de una escala. Asimismo, realizamos un experimento con dos mayas circulares separadas y pegadas con papel en sus centros, haciéndoles conectado con cargas opuestas donde se ven que los papeles se atraen y colocándoles cargas positivas iguales donde se ve que las tiras de papel se repelen.

También es posible cargar un electroscopio por inducción en la misma forma que la esfera que ve en la foto un electroscopio cargado puede emplearse para detectar la presencia de cargas, así como determinar su signo.

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LABORATORIO DE FISICA III También se puede apreciar que la descarga de alto voltaje del generador de van de graff puede excitar el fósforo en un tubo fluorescente normal. los electrodos de un extremo se mantienen sobre o cerca del generador de van de graff y La chispa salta en el interior del tubo fluorescente.

Las descargas de los dos electrodos sobre la mano pueden ser dolorosos por la que debe colocar una placa de metal que una esos dos electrodos.

Efecto de puntas. – Si tomamos el conductor metálico hueco de generador esta acción hace que nos convirtamos en un medio conductor, aunque no se persigue nada la energía se va a repartir en la superficie del cuerpo buscando un medio de escape por aquellos lugares con terminación más puntiaguda, cómo pueden ser los dedos o los pelos de la cabeza. 2 0 2 0

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LABORATORIO DE FISICA III El generador de van de graff está diseñado para no proporcionar más de un par de miliamperios de corriente. Por tanto, no es peligroso.

Viento eléctrico. Cuando los conductores metálicos terminan en punto se acumula mucha carga en ellas la densidad de carga es muy alto debido a que las líneas de carga son siempre perpendiculares a la superficie y en las proximidades se crea un intenso campo que ioniza el aire Este fenómeno de ionización hace que el aire sea capaz de conducir mejor la electricidad es decir disminuye la resistencia eléctrica del aire, de este modo se puede decir que si en la punta del campo eléctrico es más fuerte el fenómeno de ionización será mayor en dicha punta así que sí colocamos cerca de nuestro conductor con punta cargado por ejemplo negativamente exceso de electrones otro conductor esfera cargado positivamente defecto de electrones entre ellos aparecerá una diferencia de potencial y como todo cuerpo tiene un estado eléctricamente neutro el conductor que posee más electrones venderá cederlos al que menos tiene de este modo cuando se acerquen esos conductores cargados comenzará a producirse una circulación de electrones entre ellos corriente eléctrica y claro está por donde atender a circular por el lugar que ofrezca una menor

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LABORATORIO DE FISICA III resistencia eléctrica y ese lugar será en la punta ya que es donde se produce una mayor ionización del aire este fenómeno se puede apreciar en el laboratorio colocando un accesorio que termina en punta al generador y al otro extremo se coloca una vela encendida la misma que se pueda pagar debido al viento eléctrico producido por efecto de las puntas.

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LABORATORIO DE FISICA III VI.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

a.

Conclusiones.





b.

Recomendaciones. 

VII.

La práctica fue realzada totalmente y se dieron a conocer los instrumentos y sus especificaciones para aprender a usar dichos materiales. Fue explicado detalladamente los materiales.

Cuando se tenga que usar los materiales o equipos del laboratorio se deberá de tener cuidado ya que son equipos que conducen cargas eléctricas.

CUESTIONARIO:

1. Expliqué que establece la primera ley de la electrostática. La primera ley de la electrostática las cargas iguales se repelen, las cargas contrarias se atraen. Ha habido dos teorías sobresalientes de la electrización: la teoría de un fluido de Benjamín Franklin, al que le debemos los términos más y menos, y electricidad positiva y negativa, y la de los dos fluidos de la de Charles du fay que establece que, todos los objetos tienen el objeto de cantidades iguales de dos fluidos.

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LABORATORIO DE FISICA III 2. Clasifique y describa los tipos de materiales según sus características Eléctricas. Los materiales se clasifican en términos de su capacidad para conducir carga eléctrica: Materiales aislantes Son los materiales que no conducen la electricidad por lo que pueden ser utilizados como aislantes. Algunos ejemplos de este tipo de materiales son vidrio, cerámicos plásticos, goma mí casera y papel. Aunque no existen materiales absolutamente aislantes o conductores, sino mejores o peores conductores, son materiales utilizados para evitar cortocircuitos y para confeccionar aisladores. Materiales semiconductores Un semiconductor es una sustancia que se comporta como conductor o como aislante dependiendo de diversos factores como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentra. El elemento semiconductor más usado es el silicio, que se utiliza en la fabricación de componentes eléctricos con los transistores y diodos. Material es conductor Son los materiales que, expuestos en contacto con un cuerpo cargado de electricidad, transmite está a todos los puntos de su superficie los mejores conductores eléctricos son los metales y sus aleaciones. Existen otros materiales metálicos, no metálicos, que también poseen la propiedad de conducir electricidad, como son el grafito, las soluciones salinas y cualquier material en estado de plasma. Para el transporte de la energía eléctrica, así como para cualquier instalación de uso doméstico o industrial, el metal más empleado en el cobre en forma de cables de uno o varios hilos.

3. Si frotamos una barra de madera con un paño de seda cuál es la polaridad de carga de cada uno de los cuerpos.

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LABORATORIO DE FISICA III 4. Si frotamos una barra de vidrio con una barra de ebonita cuál es la polaridad de cargas de cada uno de los cuerpos.

5. A qué denomina el proceso de inducción y conducción en los materiales de ejemplos gráficos de cada uno de ellos. Carga por inducción cuando un cuerpo con carga eléctrica se aproxima otro neutro causando una red de distribución en la carga de este último debido a la repulsión generada por las cargas del material cargado, y también se origina cuando la carga de un cuerpo neutro se reordena al estar en las cercanías de un cuerpo cargado. Para completar el proceso de cargas por inducción se debe conectar brevemente el objeto a “tierra” y luego retirar el cuerpo cargado.

La conducción eléctrica es cuando da una corriente y el movimiento de partículas eléctricamente cargadas a través de un medio de transmisión. El movimiento de las cargas constituye una corriente eléctrica. El transporte de la carga puede ser a consecuencia de la existencia de un campo eléctrico, o debido a un gradiente de concentración en la densidad de carga, o sea, por difusión. Los parámetros físicos que gobiernan este transporte dependen del material hoy en el que se produzca.

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6. De por lo menos 3 ejemplos de cómo generar cargas electrostáticas. -

Frotar un globo en el cabello y luego acercarlo a trocitos de papel. Frotar un pañuelo de ámbar en un frasco de vidrio. Frotar un peine en el cabello y luego acercarlo a los papelitos.

7. ¿Cómo puedo obtener cargas electroestáticas positivas y negativas? En un potencial eléctrico la carga positiva es el que está Johnny Sada con protones los cuáles son las partes fundamentales para crear electricidad. La negativa es una carga que, ionizada con electrones, estos juntos forman una corriente o voltaje (v) y al juntarse se descargan y son ionizado por iguales proporciones; además cabe recordar que a la energía ionizada por ejemplo negativa no sólo contiene electrones sólo es la que tiene más electrones que protones; que esto sucede igual que en la positiva.

8. De qué factores depende el número de cargas que pueden pasar de una varilla de vidrio a una tela de seda. Qué tipo de cargas pasan y en qué cantidad aproximadamente. el vidrio frotado con tela seda quedara negativa, y la barra de vidrio positiva, provoca una separación de las cargas, porque ambos materiales ocupan posiciones distintas en la serie triboelectrica. Cuando dos materiales no conductores entran en contacto uno de los materiales puede capturar electrones del otro material. La cantidad de carga depende de la

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LABORATORIO DE FISICA III naturaleza de los materiales (de su separación en la serie triboelectrica) y del área de la superficie de que entra en contacto. Otro de los factores que interviene es el estado de la superficie si son lisas o rugosas.

9. A que se denomina viento eléctrico en el generador de van de gra ff. Tales de Mileto

10. Mencionar todos los cuidados y recomendaciones de seguridad que se debe tener en cuenta en el manipuleo de laboratorio. Se debe tener en cuenta que los materiales que usamos están con cargas eléctricas o conectados a generadores, lo cual se debe usar los materiales con mucho cuidado, sería mejor si operamos los materiales con ropa o guantes aisladores de electricidad para así prevenir accidentes. 11. Porque los buenos aisladores no conducen la corriente eléctrica. Las sustancias malas conductora sus aisladoras, lo son debido a que el núcleo de los átomos de qué se compone tan muy cerca de los electrones que los rodean, por lo cual al estar más cerca se atraen con mayor fuerza, y por eso es muy d...