Practica 1 Electroscopio Cubeta de Faraday PDF

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Cada una de las practicas se realizaron en el Laboratorio de Fisica, en donde se muestran ejemplos de los experimentos, operaciones, calculos exactos y referencias en donde fueron sacadas las informaciones, además de mostrar un ejemplo casero....

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Pr´actica #1, Carga El’ectrica

Carga El´ectrica Practica 1

14 de septiembre de 2020

Resumen En esta practica se llevaron a cabo dos experimentos con la finalidad de ayudar a comprender de mejor manera el fluyo de energ´ıa a trav´es de cuerpo est´a ticos. Keywords: Protones Electrones Coulomb Atracci´on Repulsi´ on

Objetivo y metas espec´ıficas Obtener conocimientos acerca de la carga el´ectrica y poder analizar con detenimiento cada fen´omeno f´ısico durante el proceso del experimento detectando la presencia de la carga el´ectrica en el cuerpo. Y por medio del experimento realizado poder comprender el por qu´e comienza a crearse una atracci´on o repulsi´on entre cargas el´ectricas.

Marco te´ orico Una carga el´ectrica (la cantida ctricidad) es una cantidad escalar f´ısica que deter na la capacidad de los cuerpos para ser una fuente de campos electromagn´eticos y participar en la interacci˜n electromagn´etica. La primera carga el´ectrica se introdujo en la ley de Coulomb en 1785. (CARGA EL ´ECTRCIA, s. f.) Los protones (dentro del n´ucleo del a’tomo) y los electrones (que forman la corteza) cuentan con una carga el´ectrica. En ambos casos es la misma, con la diferencia de que la carga de protones es positiva y la de los electrones es negativa. (Materia y carga el´ectrica s.f.) Esto produce una fuerza de atracci´on y de repulsi´on entre las part´ıculas subat´omicas siguiendo una ley de relaci´on muy sencilla: las cargas de diferente s´ımbolo se atraen y las del mismo signo se repelen. Esto ocurre en el campo el´ectrico, el espacio alrededor de la carga el´ectrica de la materia. (Materia y * ID;

carga el´ectrica s.f.) En cambio, los neutrones no tiene carga el´ectrica ni positiva ni negativa. Por lo tanto los neutrones no son atra´ıdos ni repelidos por los protones ni los electrones. (Materia y carga el´ectrica s.f.) La carga el´ectrica es una propiedad de la materia y se mide en una unidad llamada Coulomb(C). (Materia y carga el´ectrica s.f.) El experimento del cubo de hielo de Faraday es un simple experimento electrost´atico realizado en 1843 por Michael Faraday, quien demuestra el efecto de la inducci´on electrost´atica en un contenedor conductor. Para un contenedor, Faraday utiliz´o un cubo de metal hecho para contener hielo, lo que dio nombre a su experimento. El experimento muestra que una carga el´ectrica encerrada dentro de una c´ascara conductor induce una carga igual en la c´ascara, y que en un cuerpo conductor de electricidad, la carga resude enteramente en la superficie. (Wikipedia, s.f.-a) Faraday utiliz´o una cubetita de hielo met´alica (A colocada sobre un soporte de madera (B) para aisarla del suelo. Una bolita met´alica (C) pod´ıa hacerse descender al interior del cubo de hielo mediante un hilo. Para medir la carga el´ectrica de cada cosa Faraday utiliz´o un electroscopio (E), que no es m´as que un par de l´aminas met´alicas en un frasco unidas mediante un cable a lo que se quiere medir: cuando las laminas se quedan cargadas el´ectricamente se repelen y se separan una de la otra, de modo que cuanto m´as separas m´as grande es la carga el´ectrica del objeto al que se ha unido el el´ectroscopio. (El Tamiz, s.f.)

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Pr´actica #1, Carga El’ectrica

Metodolog´ıa Los materiales que se utilizaron y que se muestran en los v´ıdeos fueron: V´ıdeo 1. Electroscopio. Dos piezas de papel aluminio Alambre de cobre Frasco transparente de vidrio El electroscopio fue inventado por el m´edico y f´ısico ingl´es William Gilbert, quien se desempe˜n´o como f´ısico de la monarqu´ıa inglesa durante el reinado de la reina Isabel I. Construy´o el primer electroscopio conocido en el a˜no 1600, con la finalidad de profundizar en sus experimentos sobre cargas electrost´aticas. (Escuela de ciencias, artes y tecnolog´ıa, 2019) Un electroscopio es un dispositivo utilizado para detectar la existencia de cargas el´ectricas en objetos cercanos. Tambi´en indica el signo de la carga el´ectrica; es decir, si se trata de una carga negativa o positiva. (Escuela de ciencias, artes y tecnolog´ıa, 2019)

Plato de plastico

V´ıdeo 2. Cubeta de Faraday.

Fuente de voltaje Este instrumento est´a conformado por una vara met´alica confinada dentro de una botella de viEsferas conductoras drio, idealmente al vaci´a. Esta vara posee dos l´aminas met´alicas muy delgadas (oro o aluminio) conectadas Portador de carga en su parte m´as baja. A su vez, esta estructura est´a Electr´ometro sellada con una tapa de material aislante, y en el extremo superior tiene una peque˜na es enominada Cubeta de Faraday ˆacolectorˆa. La funci´on del colector r la cargaˆa del objeto que se acerca a as en su extremo se separan entonce e una carga igual a la carga del electrosc ambio, si las laminillas se juntan es indicativo ue el objeto tiene una carga el´ectrica opuesta a la carga del electroscopio. La clave est´a en cargar el electroscopio con Observaciones del v´ıdeo 1: una carga el´ectrica de signo conocido; as´ı, por descarAl momento de frotar el plato con cabello, la acte ser´a factible deducir el signo de la carga el´ectrica ci´on que realiza es cargarlo con electricidad est´atica, del objeto que acerquemos al dispositivo. (Escuela de luego comienza a acercar el plato al alambre de cociencias, artes y tecnolog´ıa, 2019) bre sin pegarlo completamente ya que si pasa esto el electroscopio no llegar´ıa a funcionar correctamente. Al momento de acercar el plato las hojas de papel aluminio se alejan una de la otra, creando un ligero movimiento. Ya que los electrones se transfieren a trav´es del cable de cobre y de ah´ı al papel aluminio. Debido a que ambas piezas de aluminio se cargan negativamente, esta se repelen la una a la otra.

Resultados y an´ alisis Cu´antas configuraciones de carga el estudiante prueba en la cubeta? Laboratorio de F´ısica General II, UDLAP

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Es posible conocer los signos de las cargas en la Positiva (por parte de la esfera A que esta en contacto directo y constante a la luz), negativa varilla? si es as´ı, cu´ales son los signos de la carga en (por parte de la esfera B que al aproximarse a A1 y A2? la esfera cargada positivamente se polariza) En A1 la varilla presenta una carga positiva, en Qu´e significa si el voltaje medido es positivo o neA2 de igual manera pero en diferente magnigativo? tud, ya que la esfera esta generando un campo magn´etico constante. Esto sucede gracias a que Como se menciona en el marco te´orico Benjala distribuci´on de carga dentro del conductor min Franklin lleg´o a la conclusi´on de que las cargenera un campo el´ectrico interno, en donde el gas se clasifican como positivas o negativas, ya campo el´ectrico total es nulo, por lo tanto, la que la materia est´a formada por ´atomos el´ectricarga se acumula en su superficie camente neutros, la carga positiva corresponde a la de los protones, mientras que la carga negativa corresponde a la de los electrones. Cuando el voltaje medido indica que la carga es negativa, se refiere a que en esta misma hay un exceso de electrones, mientras que cuando la carga indicada es positiva, existe una deficiencia de electrones o bien un exceso de protones. Prueba de carga por inducci´on (esfera polarizada) Prueba de carga por conducci´on (esfera cargada Qu´e sucede con el electr´ometro y la carga en la positivamente) Qu´e sucede con el electr´ometro y la carga en la cu- cubet cuando la varilla se carga por conducci´on en beta cuando la varilla se coloca sin tocar la cubeta? la regi´on superficial m´as cercana a la esfera cargada y luego, qu´e pasa con la carga en la cubeta cuando se positivamente? retira la varilla? Al introducir la varilla a la cubeta despu´es de Cuando se introduce la varilla a la cubeta deshaber estado cerca de la parte superficial de la pu´es de haber estado en contacto con la esfeesfera cargada positivamente podemos observar ra cargada positivamente, el elec metro indica que ah´ı es cuando inicia el proceso de polarizaque la carga de la varilla ah positiva, y ci´on, por lo que la carga de la varilla es negativa, dentro de la cubeta existe a posigracias a que esta ocurriendo una transferencia tiva que vuelve a ser neu arse de protones. la varilla de la cubeta, a me acerca la varilla a la cubeta comienz arizarse la Qu´e sucede con el electr´ometro y la carga en la cucubeta, lo cual indica que la car de la misma beta cuando la varilla se carga por conducci´on en la regi´on de la superficie m´as alejada de la esfera cargaesta siendo modificada. da positivamente? Qu´e sucede con el electr´ometro y la carga en la cubeta cuando la varilla se coloca y toca la cubeta? y Al introducir la varilla a la cubeta despu´es de luego, qu´e pasa con la carga de la cubeta cuando se haber estado relativamente lejos de la esfera retira la varilla? cargada positivamente, podemos observar como es que la varilla ahora presenta una carga posiNuevamente, se pone en contacto la varilla con tiva. la esfera cargada positivamente y al introducirse a la cubeta indica que la carga de la misma es Es posible conocer los signos de las cargas en la positiva, probablemente no en la misma magni- varilla? Si es as´ı, Cu´ales son los signos de carga en B1 tud pero sigue siendo positiva, se pone en con- y B2? tacto la varilla con la cubeta y cuando se retira, En B1 podemos observar que la carga de la vala cubeta permanece con una carga positiva, esrilla es negativa, mientras que en B2 la carga de to sucede gracias a que a medida que se acercan la varilla ahora es positiva. Esto sucede gracias se polariza, como se ve cuando la varilla aun no a la polarizaci´on que es el momento en el que se toca la cubeta, cuando la varilla toca la cubeta adquieren cargas diferentes, o bien, se modifica comienza la transferencia de carga, en este caso su carga. de (protones) Laboratorio de F´ısica General II, UDLAP

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la cantidad total de energ´ıa en cualquier sistema f´ısico asilado permanece invariable con el tiempo, lo que nos dice que no hay una creaci´ on ni destrucci´on de electrones ni protones, este mismo tampoco se altera, solo se distribuye mediante una separaci´on de cargas.

Referencias Conclusiones Los objetivos de la practica se cumplieron ya que con el experimento del electroscopio casero que la maestra presento en clase se aclaro como es que la transferencia de energ´ıa ocurre. Posteriormente profundizamos este mismo tema con el experimento de la cubeta de faraday. En este experimento se mostraron de manera completamente gr´ afica como es que existe la transferencia de energ´ıa a trav´es de la conducci´on e inducci´on. La materia esta formada por ´atomos el´ectricamente neutros, como comentamos anteriormente, a los protones les corresponde una carga positiva (+), y a los electrones una carga negativa (-). Con esta l´ogica, podemos inferir que un objeto cargado positivamente tiene un exceso de electrones, mientras que uno cargado negativamente tiene un exceso de electrones (-). La carga por inducci´on como pudimos apreciarlo en el v´ıdeo, es un m´etodo simple de carga mediante un conductor la transferencia de carga, ocurre sin la necesidad de que la esferas se toquen para que su energ´ıa interact´ ue nsferencia de energ´ıa comienza desde que do mienzan a acercarse, que es cuando co ci´on, en la que se adquieren cargas di enza la transferencia de electrones y proto a vez que estas dos se ponen en contacto la t sferencia de electrones y neutrones es aun mas intensa. Cuando la esfera B se acerca a la esfera A que esta cargada positivamente se someti´o a redistribuir su carga ya que comenoz´o a donarle electrones a la esfera A, mientras que la esfera A le daba protones a la esfera B. En esta practica podemos tambien tomar en cuenta la ley de Conservaci´on de Energ´ıa, la cual dice que

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