Practica 1 - Electrización PDF

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Práctica 1: Electrización Henry Paul Sacta Bacuilima e-mail: [email protected] RESUMEN — En el siguiente informe detallare

conceptos y análisis respecto a la práctica “Electrización”. Abarcare temas específicos, los mismos que serán detallados a continuación. Encaminando en el tema hacemos referencia a la carga eléctrica la misma que es una propiedad de partículas subatómicas, la cual está conformada por átomos, los mismos que se atraen y repelen entre ellos formando así campos eléctricos; en cuanto concibe a electrización, existen 3 tipos: Electrización por frotamiento – Se da por la acción de “frotar” como su nombre lo indica. Electrización por contacto - se produce cuando un cuerpo cargado eléctricamente toca a otro. Electrización por inducción - se da cuando un cuerpo electrificado y otro neutro se acercan compartiendo electrones entre ellos, sin embargo, estos no tienen contacto. Así mismo se señala que el electroscopio es un instrumento usado para la detección de cargas eléctricas que se encuentran en un objeto. En lo que respecta al generador de Van de Graaff es una máquina que almacena carga eléctrica en una gran esfera gracias a la fricción interna de su sistema mecánico, también utilizado para la demostración de fenómenos físicos. Posteriormente se da a conocer los materiales y el procedimiento a seguir, por último, daré conclusiones y recomendaciones respecto a la práctica.

eléctricas. c) Explicar con fundamentos el comportamiento de estas cargas.

III. A.

SUSTENTO TEÓRICO CARGA ELÉCTRICA

Es una Propiedad de la materia intrínseca que está presente en algunas partículas subatómicas, las cuales a través de campos electromagnéticos se manifiestan y producen fuerzas. Compuesta por átomos con su respectiva estructura; los cuales son el núcleo y la corteza. En el núcleo se encuentran unidos los protones y los neutrones. Los protones tienen carga positiva y los neutrones no tienen carga. Por otro lado, alrededor del núcleo se encuentran las órbitas en las cuales se encuentran girando sobre ellas electrones los mismos que tienen carga negativa. Ambas cargas protones y electrones son iguales, aunque de signo contrario. La carga eléctrica es representada con el símbolo Q y su unidad de medida es el Culombio simbolizada con la C.

PALABRAS CLAVES — Carga Eléctrica, Electrización por frotación, contacto e inducción, electroscopio.

I.

En el siguiente informe daré a conocer los datos y resultados obtenidos en la realización de la práctica. Vale la pena mencionar que por motivos conocidos, no se tiene acceso a los diferentes laboratorios de la universidad, sin embargo, he visto una manera casera óptima para ejemplificar lo sucedido así mismo tomar los datos más próximos. Los generadores Van de Graaff y de Wimshurt, son ejemplos claros de como la electrización es más impresionante de lo que creemos. Citando conceptos y definiciones daré una síntesis de los conocimientos adquiridos en la práctica.

II. A.

Fig. 1. Carga eléctrica.

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL

B.

ELECTRIZACIÓN FROTAMIENTO

La electrización por frotamiento se produce por el traslado de cargas que se da entre las superficies de dos materiales al momento en el que entran en contacto. Normalmente este tipo de electrización es producido por un cuerpo eléctricamente neutro (aislante). Uno de los ejemplos más sencillos para explicar la electricidad por frotamiento es el de un paño y una vara de plástico, al frotar el paño sobre la superficie plástica hacemos que este queda cargado eléctricamente por la frotación, el paño queda con una carga positiva y el paño con una carga negativa.

Analizar el comportamiento de las cargas eléctricas y sus formas de electrización.

B.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS a) Electrizar diferentes materiales. b) Observar la presencia de la fuerza entre cargas

POR

Fig. 2. Electrización por frotamiento

C.

ELECTRIZACIÓN POR CONTACTO

Es la consecuencia del contacto de un cuerpo cargado eléctricamente con otro, un cuerpo entra en contacto físico directo con otro, y si hay un exceso de electrones en un cuerpo este cederá una parte al otro cuerpo, dando como resultado final que ambos cuerpos terminen con la misma carga ya sea positiva o negativa.

presencia de cargas eléctricas en un cuerpo determinado.

Fig. 6. Electroscopio.

UN ELECTROSCOPIO CONSTA DE LAS SIGUIENTES PARTES:

Fig. 3. Electrización por contacto.

ELECTRIZACIÓN POR INDUCCIÓN (A DISTANCIA O POR INFLUENCIA) EN MATERIALES CONDUCTORES

a)

Una esfera metálica en la parte superior.

b) c)

Un contenedor de vidrio transparente. Una vara metálica dispuesta verticalmente dentro del contenedor

d)

La electrización por inducción se consigue transmitiendo electrones, sin embargo, los cuerpos no mantienen un contacto directo. Cuando un conductor que está en estado neutro, es decir el inducido, se acerca a un cuerpo que está previamente electrificado (inductor), comparte sus electrones, lo cual se resume en una distribución de carga entre sí.

e)

Dos laminas metálicas (por lo general oro o aluminio) en la parte inferior de la barra metálica. Un cable que conecta la vara metálica a tierra.

D.

Uno de los ejemplos más conocidos, es cuando se carga un globo frotándolo al cabello y cuando se acerca a papelitos estos son atraídos por el globo.

FUNCIONAMIENTO: Al acercar un material cargado eléctricamente a la esfera metálica del pate superior del electroscopio la vara metálica se energizará y por ende las láminas metálicas del extremo inferior se separarán, esto ocurre cuando el objeto energizado tiene la carga con el mismo signo que la barra y la esfera metálica, caso contrario las láminas metálicas se unirán. Cuando las láminas se separan por efecto de la presencia de cargas estas regresaran a su posición original luego de un tiempo cuando el metal pierda polarización. El ángulo de la separación entre las láminas metálicas al ser energizadas nos dará una medida de la diferencia de potencial.

Fig. 5. Electrización por inducción.

E.

FUNCIONAMIENTO ELECTROSCOPIO (CONSULTAR CONSTRUCCIÓN)

F.

DEL LA

El electroscopio es una herramienta muy simple que nos permite constatar la ausencia o

GENERADOR DE VAN DE GRAAFF

Es un generador de corriente constante, con el nombre adjudicado a su creador en el año de 1931, con el propósito de elevar la potencia en la aceleración de partículas cargadas. Hoy por hoy este artefacto es usado para la demostración de diferentes fenómenos físicos de una manera más simple y genérica. Al generador van de

V.

Graaff se lo conoce como fuente de corriente o intensidad, es decir una especie de fuente con una intensidad y corriente determinada, la misma que no

a) Conectar a tierra el electroscopio tocando la parte metálica con el dedo. b) Frotar con un paño de manera fuerte una barra de plástico y acercarle sin tocar al electroscopio. c) Anotar en la tabla correspondiente los valores de la escala alcanzados. d) Retirar el paño del electroscopio. e) Conectar a tierra el electroscopio tocando la parte metálica con el dedo. f) Repetir el procedimiento de los literales (a) a (d) ahora cambiando el paño por la lana sintética. g) Repetir el procedimiento de los literales (a) a (d) ahora cambiando la lana sintética por el cabello. h) Repetir el procedimiento de los literales (a) a (g) cambiando la barra de plástico por una barra de vidrio. i) Repetir el procedimiento de los literales (a) a (g) cambiando la barra de vidrio por una barra de hierro. j) También, se observará el funcionamiento del generador de Van de Graaff y el generador de Wimshurt. Explique brevemente el funcionamiento de éstos generadores. Paño Cabello Lana

varía. Su función es básicamente almacenar carga eléctrica en una gran esfera conductora hueca gracias a la fricción que produce una correa sobre peines mecánicos. Procedimentalmente, una cinta transportadora de material aislante motorizada, transporta carga a un terminal hueco. La carga es depositada en la esfera por inducción en la cinta, ya que la varilla metálica o peine está muy próxima a la cinta, pero no en contacto.

 Existen dos modelos de Generador: o

o

Uno que origina la ionización del aire situado en la parte inferior, con un generador externo de voltaje. Otro que se basa en el efecto de electrización por contacto

 Consta de: i.

Una esfera metálica hueca en la parte superior.

ii.

Una columna aislante de apoyo que no se ve en el diseño de la izquierda, pero que es necesaria para soportar el montaje.

iii.

Dos rodillos de diferentes materiales: el superior, que gira libre arrastrado por la correa y el inferior movido por un motor conectado a su eje.

iv.

Dos “peines” metálicos (superior e inferior) para ionizar el aire. El inferior está conectado a tierra y el superior al interior de la esfera.

Globo

Metal

Fig. 9. Generador de Van de Graaff.

IV.

MATERIALES

a) Electroscopio b) Material plástico(Globo) c) Material metálico (Manilla acero) d) Material de madera(pintura) e) Paño f) Cabello g) Lana (Conejo)

PROCEDIMIENTO

Madera

Tiempo Frotación: 40s Separación: Aprox 50mm Comportamiento: Electrización considerable, con un tiempo un tanto prolongado, cabe mencionar que se toma poco tiempo debido a que solo se electrifica la parte frotada

Tiempo Frotación: 10s Separación: Aprox 3cm Comportamiento: La frotación del globo en el cabello es muy significativa comparten cargas en poco tiempo y la carga eléctrica del globo es muy elevada. cabe mencionar que se toma poco tiempo debido a que solo se electrifica la parte frotada

Tiempo Frotación: 60s Separación: Aprox 4mm Comportamiento: Se aplicó más fuerza en la frotación sin embargo la electrización no fue la esperada, el metal se ioniza, pero en largos periodos de tiempo. Toma tiempo ya que se electrifica todo el material así no se frote dicha área. Tiempo Frotación: 120s Separación: Aprox 1mm Comportamiento: La madera es uno de los materiales con menos carga positiva, lo que hace que su electrización sea muy pequeña

Tiempo Frotación: 50sg Separación: Aprox 5mm Comportamiento: Como se había mencionado el metal por frotación tarda un tiempo considerable en ionizarse, por lo que su carga eléctrica es baja. Toma tiempo ya que se electrifica todo el material así no se frote dicha área.

Tiempo Frotación: 120s Separación: Aprox 2mm Comportamiento: Si bien el cabello puede electrizar a otro material de manera considerable, no es el caso de la madera, sus propiedades hacen que la electrificación de la madera sea baja.

Tiempo Frotación: 10s Separación: Aprox 4cm Comportamiento: La lana es un buen electrificador y el globo adquiere electrones de manera rápida por lo que el tiempo que requiere para cargarse es bajo y adquiere una carga muy significativa. cabe mencionar que se toma poco tiempo debido a que solo se electrifica la parte frotada Tiempo Frotación: 40sg Separación: Aprox 6mm Comportamiento: La lana es un material que electrifica de manera provechosa, sin embargo, el metal necesita tiempo para electrificarse ya que este se electrifica completamente no como el plástico que solo se electrifica la parte frotada.

Tiempo Frotación: 100s Separación: Aprox 3mm Comportamiento: Mencionado antes l alana de conejo ioniza de manera provechosa sin embargo las propiedades de la madera no permiten su clara electrificación por lo que es muy baja.

Fig. 15. Electroscopio Casero Fig. 10. Electrificación Globo Fig. 11. Electrificación Globo

Fig. 12. Electrificación Metal Fig. 13. Separación Mínima

VI.

Como resultados se pude decir que el plástico es uno de los materiales que más rápido se carga eléctricamente, sea cual sea la superficie sobre la que se frote los resultados son satisfactorios. Por otra parte el metal, si bien es uno de los materiales mayormente conductores, su capacidad de ionización es tardía, ya que necesita de un tiempo prolongado pata ionizarse , esto se dé a que por su comportamiento propio el metal se energiza completamente, es decir toda su superficie se energiza paralelamente, no como el caso del platico, el cual se electriza solo y únicamente la parte en la que es frotado, mientras que sus otras partes superficiales mantienen su estado eléctrico hasta que las misma sean frotadas o energizadas. El caso de la madera en particular requiere de mucho tiempo para ser energizado, por sus propiedades internas la madera es uno de los materiales en el cual me tarde mucho tratando de electrizar, fue un tiempo prolongado y su energización no es muy considerable, por lo que respecta a la práctica puedo decir que el plástico frotado por diferentes materiales se carga eléctricamente mucho más en comparación de otros elementos.

VII.

Fig. 14. Separación considerable

Fig. 13. Paño y Lana

ANALISIS DE RESULTADOS

CONCLUSIONES

En general, fue una práctica bastante entretenida y agradable, puesto que pude presenciar un fenómeno eléctrico que en principio creí equivoco. Esta práctica me ha ayudado a entender muchos comportamientos de materiales al momento de su electrificación, darme una idea del porque se cargan y por qué no, darme el tiempo suficiente para entender cada uno de estos comportamientos fue una clave para adquirir nuevos conocimientos. Concretamente cada material tiene un comportamiento diferente por ello los hace únicos, al igual que el material de frotación también tiene su comportamiento, unos electrifican más que otros y es bueno conocer de ello para ejemplificar en la vida cotidiana.

VIII.

REFERENCIAS

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IX.

BIBLIOGRAFÍA: Henry Paul Sacta estudiante de la carrera de Ingeniería en Telecomunicaciones en la Universidad de Cuenca. Nacido en el año 2000 en el cantón Cuenca. Realizó sus estudios de primaria en la Escuela “Padre Carlos Crespi” para posteriormente realizar sus estudios de bachillerato en el Colegio “U.E Técnico Salesiano...