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practica 1 laboratorio de electricidad y magnetismo escuela superior de ingeniería química e industrias extractivas del ipn año 2020...

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL (IPN) Escuela Superior de Ingenieria Quimica E Industrias Extractivas (ESIQIE) Academia De Fisica Laboratorio De Electricidad y Magnetismo Practica: 1”Electrostatica y Ley de coulomb”

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

DEPARTAMENTO DE FORMACIÓN BASICA ACADEMÍA DE FÍSICA UNIDAD DE APRENDIZAJE: ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO LABORATORIO PRACTICA NO. 1 “ELECTROSTATICA Y LEY DE COULOMB” EQUIPO 4 ILLESCAS MESTIZA ANGELA ESTEFANIA PROFESOR: ISRAEL AVILA GARCIA

SECCIÓN: A

GRUPO:1IV21 FECHA:18/MARZO/2021 PERIODO:2021/1 FORMATO DE EVALUACIÓN

Grupo: 1 IV21

Sección:

A

Equipo: 4

Fecha: 18/03/2021

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Valor

Rubro

Retroalimentación del profesor

Puntaje

PRESENTACIÓN DE LA PRÁCTICA O BITÁCORA 1 ➢ Portada con datos completos punto ➢ Presentación del reporte (limpieza, orden) ➢ Entrega de reporte a tiempo ➢ Índice ➢ Objetivos (general, por competencias y particular) 1 ➢ Diagrama a bloques por cada punto experimento ➢ Numeración de todas las páginas del reporte.

1 punto

Investigación con referencias (~ 5 cuartillas)

Tablas completas con valores teóricos, 1 experimentales y porcentajes de error (%E) punto *Rango aceptado: %�→%±�� % CÁLCULOS EXPERIMENTALES ➢ Fórmula, sustitución, operaciones y resultados (con unidades en sistema SI. 2 puntos ➢ Porcentaje de error (%E) ➢ Gráficas (se solicitan solo en algunas prácticas)

1 punto

Cuestionario

1 punto

Observaciones (mínimo media cuartilla)

2 puntos

Conclusiones (mínimo media cuartilla)

Total

Evaluación Final de la practica L

2

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OBJETIVOS: OBJETIVO GENERAL: El alumno será capaz de analizar e identificar los elementos que influyen en la generación de cargas eléctricas; así como observar y comprender la interacción entre dos cargas electrostáticas. Adicionalmente desarrollará las habilidades necesarias para analizar un sistema de fuerzas estáticas para calcular la carga electrostática puntual aplicando la ley de Coulomb. Objetivo (Competencia): Esta competencia pretende desarrollar el pensamiento científico en los alumnos, a través de la observación, la experimentación, comparación de resultados, el análisis y la argumentación, promoviendo el uso de las habilidades necesarias para llevar acabo la aplicación de los conocimientos, adquiridos teórica y experimentalmente, en situaciones reales. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Identificar los diferentes métodos de electrización de un cuerpo sólido y las variables que afectan la generación de cargas en cada uno de estos métodos. 2. Emplear la serie triboeléctrica para predecir que combinación de materiales al ser frotados entre sí, producen mayor cantidad de cargas eléctricas y comparar estas aproximaciones con los resultados experimentales. 3. Conocer a los personajes relacionados con los conceptos de electrostática y los equipos de generación de carga electrostática. 4. Reconocer diversos equipos generadores de carga electrostática, emplear la Máquina de Wimshurt como ejemplo de uno de ellos y describir el mecanismo de producción de cargas de cada uno. 5. Analizar la relación entre la magnitud de la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales y la distancia de separación entre ellas, haciendo uso de la Ley de Coulomb. 6. Deducir los riesgos que se corren con respecto a la generación de cargas dentro de una industria y proponer medidas de prevención.

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DIAGRAMAS DE BLOQUES EXPERIENCIA 1: ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO E INDUCCIÓN

Corte 50 pedacitos de papel bond blanco de tamaño aproximado de 5 mm de lado. (Cuide que el tamaño sea el mismo para todos los papelitos). Registre en la Tabla 2 el valor del área de un papelito (Ai )

Investigue el valor de la densidad del papel bond blanco empleado (�s) y apunte en la Tabla 2. Al emplear el papel bond blanco se puede conocer con mayor facilidad su densidad (el dato se especifica en cada empaque en unidades de densidad superficial, ejemplo ��2

Empleando el concepto de densidad de la ecuación 2, calcule la masa de un pedazo de papel bond blanco (�i) y anote en la Tabla 2

Acerque la barra electrizada a los pedacitos de papel sin llegar a tocarlos. Cuente cuantos papelitos se adhirieron a la barra como (consecuencia de la electrización (�pap) y registre este dato en la Tabla 3

Tome con una mano la barra de vidrio y con la otra la tela de algodón, posteriormente frote entre sí ambos objetos por un lapso de 10 segundos (Ver Fig. 1); este tiempo no se requiere para los cálculos, pero es necesario unificar los experimentos con las diferentes combinaciones de materiales a ser frotados, para que los resultados obtenidos puedan compararse objetivamente

Busque en la serie triboeléctrica los pares de materiales mencionados en la Tabla 3, cuente las separaciones (existentes entre ellos (�sep) y apunte en la Tabla 3

Repita la operación de frotamiento con el resto de las combinaciones de materiales, tratando de efectuar el frotamiento con la misma intensidad y dirección que como se realizó en el paso (5), observe lo que sucede y registre en la Tabla

Sabiendo el número de papeles que levantó cada combinación de papelitos determine la masa total de (los papeles levantados, ( T) siguiendo la ecuación (3). Registre en la Tabla 3.

De acuerdo al diagrama de cuerpo libre mostrado en la Fig. 1b, calcule la fuerza electrostática experimental (Fe) que permite levantar los papelitos en cada caso y registre en la Tabla 3.

Reordene de mayor a menor los valores teóricos y experimentales de la fuerza electrostática de la tabla 3 y registre en la Tabla 4. Realice sus conclusiones al respecto.

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL (IPN) Escuela Superior de Ingenieria Quimica E Industrias Extractivas (ESIQIE) Academia De Fisica Laboratorio De Electricidad y Magnetismo Practica: 1”Electrostatica y Ley de coulomb” EXPERIENCIA 2. ELECTRIZACIÓN POR CONTACTO Y APLICACIÓN DE LEY DE COULOMB

Empleando una báscula determine la masa de la esfera de unicel de grande (�EG) y anote en la Tabla 5 .

Mida el diámetro de las esferas grandes (�EG) y chicas (ECh) usando un vernier y reporte en la Tabla 5

Usando la relación de masas y diámetros de la ecuación (4) determine la masa de una esfera ( chica (� ECh) y apúntelo en la Tabla 5

Amarre el extremo opuesto del hilo que sostiene a las esferas de unicel al aro de cobre que se encuentra en el soporte universal, como se indica en la Fig. 3, de modo que las esferas cuelguen a la misma distancia respecto al aro de cobre. Reporte la longitud de la mitad de la esfera al aro, �en la tabla 5

Atraviese cada una de las esferitas de unicel chicas con un hilo, dejando al hilo una longitud de 10 a 15 cm. Haga un nudo al final de un extremo del hilo para que no se salgan las esferas. 5

Construya un aro de alambre de cobre del diámetro de un dedo, como se muestra en la Fig. 2 y colóquelo en el ojal de la varilla acoplada al soporte universal en la Tabla 5

Conecte la terminal de un cable caimán-caimán a uno de las terminales de los vasos de Lentz y la otra terminal al aro de cobre que sostiene las esferas de unicel.

Colóquese frente a la manivela de la máquina de Wimshurst, asegúrese de que el dispositivo se encuentra como se indica en la Fig. 3.

Gire la manivela a favor de las manecillas del reloj, hasta que observe una separación entre las esferas de unicel.

Calcule y reporte los valores de Fuerza electromagnética (�E ) y (carga eléctrica (�) en la Tabla

Resuelva el sistema de fuerzas en equilibrio. Debido a que las condiciones experimentales son iguales y parecen estar en espejo para cada una de las esferas, es posible resolver el sistema analizando el diagrama de cuerpo libre de una sola esfera empleando la 1ª Ley de Newton y la ecuación (1) para obtener la carga eléctrica de cada esfera de unicel.

Mida la distancia de separación entre las esferas de unicel (�12), tomando como referencia sus centros de masa y registre en la Tabla 5 5

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INTRODUCCIÓN (ACTIVIDAD INDIVIDUAL)

ILLESCAS MESTIZA ANGELA ESTEFANIA REFERENCIAS: https://forohistorico.coit.es/index.php/personajes/personajes-internacionales/item/coulomb-charles-augustin https://lucid.app/lucidchart/40ba641d-53d1-4fd1-8f43http://www.fisica.uns.edu.ar/albert/archivos/17/123/478624229_apuntes.pdf

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OBSERVACIÓNES Tabla 1 serie triboeléctrica La tabla 1 muestra la interacción eléctrica entre materiales con los datos de la serie triboeléctrica, como cuáles de ellos son más neutros que otros, esto es un dato que el manual ya nos da de manera directa, no se realizaron cálculos para esta tabla. Tabla 2 Propiedades de un pedazo de papel En la tabla 2 se obtuvieron datos del área, masa y densidad del material que se utilizó para experimentaciones posteriores todo con ayuda de ecuaciones para calcular la densidad y masa, gracias a este cálculo podremos obtener otros datos para la experimentación. Tabla 3 Electrización por frotamiento e inducción de diversos elementos frotados La tabla 3 nos muestra la interacción de fuerza electrostática entre distintos materiales haciendo uso de los datos de la serie triboelectrica y los datos sacados anteriormente en la tabla 2, aquí es donde se comprueba que tan elecrtostaticos son unos materiales con otros haciendo el conteo de cuadros de papel levantados por cada fase de la frotación entre materiales y haciendo el cálculo de la masa total. Tabla 4 Electrización por frotamiento e inducción Lo que nos muestra la tabla es la comparación teórica y experimental en cuanto a que tan electrostáticos son algunos materiales por medio de frotamiento con otros y podemos comprobar que los datos dados en un principio por el manual no son correctos ya que no coincide con ningún dato real haciendo uso de la serie triboelectrica. Tabla 5 Resultados de experimento 2 La tabla 5 nos muestra teóricamente como se llevo a cabo la interacción de las esferas de unicel, calculando su fuerza electromagnética y la carga eléctrica entre las dos se tiene que hacer uso de datos como el diámetro y masa de cada una de las esferas para realizar cálculos correctos.

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CONCLUCIONES Durante la práctica se hizo un análisis sobre la interacción de distintos materiales por medio de la electrización por fricción, mostrando como es el uso correcto de la serie triboelectrica, así como la aplicación de datos como ley de coulomb que de utilizo para la realización del cálculo de fuerza eléctrica como lo fue en el caso de la tabla 5 y así conocer la interacción que hubo con las esferas de unicel. Por medio de la práctica se explicó el uso de la ley de coulomb de forma experimental y cuáles pueden ser sus aplicaciones, así mismo se puede concluir que para la realización de cálculos los datos cambian dependiendo del material que se esté utilizando ya que para este tema de que este hecho el material es dato importante para conocer mejor su interacción con los demás materiales.

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CUESTIONARIO 1.-Si se comparan la fuerza gravitatoria, con la fuerza electrostática o Coulombica, ¿Cuáles son sus semejanzas y/o diferencias? A. Son totalmente diferentes en tipo de fuerza, modo de cálculo y origen de la fuerza. B. Se calcula de modo similar, pero varían los sentidos y el origen de la fuerza. C. Tanto su ecuación de cálculo, como sus sentidos y orígenes son similares D. Se diferencian en que una fuerza emplea masas como su origen y la otra fuerza cargas eléctricas 2.-Si todo átomo tiene cargas positivas y negativas, y las cargas positivas atraen a las negativas, ¿Por qué los electrones no colapsan sobre el núcleo? A. Por la fuerza centrífuga. B. Porque estas fuerzas solo aplican a cargas eléctricas estáticas. C. Por la presencia de fuerzas fuertes y débiles de tipo cuántico. D. Porque la distancia entre las cargas positivas y negativas es muy grande comparada con el tamaño de las partículas. 3.-Dado que gran parte de la maquinaria empleada en las industrias está construida en acero, ¿de qué materiales sugiere que deben estar construidos los equipos de seguridad de los trabajadores para disminuir la formación de cargas electrostáticas? A. Algodón, madera y caucho. B. Madera, vidrio y lana. C. Hule, PVC y algodón. D. Hule, lana y caucho. 4.-En electromagnetismo ¿Qué significa cuando se dice hacer tierra? A. Buscar que un circuito eléctrico tenga un cable conectado al piso. B. Que un circuito eléctrico, con el tiempo se empolva y genera chispas. C. Que los circuitos por los que circula corriente deben ser cerrados. D. Conectar un elemento por el que circula corriente eléctrica a un medio no conductor, a modo de no acumular cargas eléctricas en el sistema. 5.- Menciona 3 personas que hayan hecho una aportación importante al campo de la electrostática: A. Michael Faraday, Charles Coulomb, Isaac Newton. B. Charles de Coulomb, Charles Francoise de Cisternay du Fay, Tales de Mileto. C. Nicolás Tesla, Charles de Coulomb, George S. Ohm. D. Benjamín Franklin, André Marie Ampere, Aristóteles.

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL (IPN) Escuela Superior de Ingenieria Quimica E Industrias Extractivas (ESIQIE) Academia De Fisica Laboratorio De Electricidad y Magnetismo Practica: 1”Electrostatica y Ley de coulomb” 6.- ¿Cuál es la función principal de la máquina de Wimshurst? A. Generar cargas B. Generar corriente eléctrica C. Ejemplificar una máquina motriz D. Ejemplificar un pararrayos 7.-¿Qué dimensiones debe tener una partícula cargada real en un experimento para ser considerada carga puntual? A. En el rango de los angstroms o menor, que es el tamaño de un átomo o menor. B. El tamaño de una molécula C. No importa su tamaño, sino la relación (tamaño de partícula cargada / distancia entre cargas). D. Ninguna partícula cargada real puede ser considerada carga puntual. 8.- Si durante una tormenta eléctrica te encuentras dentro de un automóvil, ¿qué es más seguro: permanecer dentro del automóvil hasta que acabe la tormenta o salir lo más pronto posible a buscar un refugio?, ¿Por qué? A. Es más seguro permanecer dentro del automóvil, pues distribuye la carga por su superficie y deja a su interior libre de carga eléctrica. B. Es más seguro salir del carro, pues el carro al ser metálico conduciría la corriente eléctrica y esta estaría en contacto con los pasajeros. C. Es más seguro permanecer dentro del carro pues las llantas al ser de caucho aterrizan toda la corriente que pudiera llegar a caerle al carro. D. Es más seguro salir del carro y acostarse a nivel de piso para evitar actuar como pararrayos. 9.- ¿Qué materiales son susceptibles de electrizarse o cargarse, con mayor facilidad? A. Los metales B. Los plásticos C. Todos los sólidos D. Cualquier tipo de material 10.- Si en tu experimento se tuvieran 5 pelotitas de unicel en vez de 2 y todas ellas se sometieran al mismo experimento que realizaste en la experiencia 2, bajo las mismas condiciones experimentales, ¿cómo sería la carga de cada esferita comparada con el experimento realizado de sólo 2 esferas? A) �2> 1 B) �2< 1 C) �2= 1 D)q2= 2/5 q1

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