Preinforme N°3 Fenomenos Electroestaticos PDF

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Universidad de Pamplona Facultad de ciencias Básicas Departamento de Física y Geología Docente: Físico Miguel Barrera PREINFORME 3

Laboratorio de Electromagnetismo Grupo: H

Fecha: 26/03/2021

Integrantes: 1) TANYA EMMA GARCIA GRANADOS _____________ Código: _1006689920_____________

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2) ANDRES ALBEIRO ARDILA CONTRERAS___________ Código: _1005059951_____________ 3) DANIEL JOSE BASTIDAS MOYA__________________ Código: _1001886036_____________ 4) ANYULD JINNETH MANTILLA MEAURY____________ Código: _1091452550_____________

Equipo

FENÓMENOS ELECTROSTÁTICOS

1. OBJETIVOS 1. Estudiar la naturaleza de la fuerza eléctrica. 2. Estudiar los diferentes métodos utilizados eléctricamente (inducción, contacto y frotamiento).

para

cargar

los

cuerpos

3. Interactuar con materiales conductores y dieléctricos.

2. MARCO TEORICO

ELECTROSTÁTICA El descubrimiento de la electricidad data de los griegos, que observaron que al frotar ámbar vigorosamente este atraía pequeños trozos de materia, como paja y cascaras de granos. Posteriormente, en 1600, un siglo antes de Newton, William Gilbert (1540-1603), un científico de interés renacentista y médico de la reina Elizabeth I, descubrió que el vidrio y muchas otras sustancias, atraen pequeños trozos de materia como lo hace el ámbar. El describió las observaciones asegurando que los materiales se han electrificado, lo cual significaba “que obtenían propiedades como el ámbar”. Las aplicaciones de electrostática se basan en la posibilidad de cargar pequeñas cantidades de materia y usar la fuerza de atracción o de repulsión para un fin en particular. Muchos fenómenos físicos que se observan en la naturaleza y a nuestro alrededor, no pueden ser explicados solamente con base en la mecánica, la teoría cinética molecular o la termodinámica. En dichos fenómenos aparecen fuerzas que actúan entre los cuerpos a cierta distancia, y no dependen de las masas de los

cuerpos que interactúan, por consiguiente, no son fuerzas gravitacionales. Estos fenómenos fueron explicados a través de las fuerzas electrostáticas. La electrostática es el estudio de las cargas eléctricas en reposo, su interacción y las propiedades eléctricas de los distintos materiales. El instrumento más utilizado para estudiar los fenómenos

Docente: Físico BM Barrera

Correo: [email protected]

electrostáticos es el electrómetro, el cual indica la magnitud y tipo de carga. Pero el estudio sistemático y cuantitativo de los fenómenos físicos, en los cuales aparece la interacción electromagnética de los cuerpos empezó solamente a finales del siglo XVIII. Con los trabajos de muchos científicos en el siglo XIX se finalizó la creación de una ciencia estructurada dedicada al estudio de los fenómenos eléctricos y magnéticos. Esta ciencia, la cual es una de las principales ramas de la física, tomó el nombre de Electromagnetismo.1 El objeto de estudio de la electrostática es la electricidad estática, definida como el fenómeno producido entre dos cuerpos que han acumulado una carga eléctrica, ya sea por inducción o por fricción. •

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Carga eléctrica por fricción. Determinados objetos pueden cargarse eléctricamente tras ser frotados el uno contra el otro, ya que este contacto despoja de los electrones externos a uno y los transfiere al otro. Un objeto queda, entonces, cargado electronegativamente, mientras que el otro queda cargado electropositivamente. Carga eléctrica por inducción. Este mecanismo de carga eléctrica estática no requiere del contacto entre los materiales. Si un material está eléctricamente cargado con carga negativa y se lo acerca a un cuerpo eléctricamente neutro, los electrones de este último se sentirán repelidos por el exceso de electrones en el primer cuerpo y se moverán dentro del material hasta ubicarse lo más alejados posible del cuerpo cargado.2

El electromagnetismo: es la rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría. El electromagnetismo describe la interacción de partículas cargadas con campos eléctricos y magnéticos. La interacción electromagnética es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo conocido. Las partículas cargadas interactúan electromagnéticamente mediante el intercambio de fotones.3 El electrómetro es un instrumento de medición que se utiliza para determinar la carga eléctrica de un cuerpo. El primer electrómetro se inventó en 1909 por Theodor Wulf, que medía la producción de iones en un espacio cerrado. No obstante, su antecesor directo fue el electroscopio, inventado en el siglo XVIII por el investigador inglés Abraham Benet. El electrómetro funciona por el principio de la fuerza electrostática, esta es una de las cuatro fuerzas fundamentales que actúa atrayendo o repeliendo (dependiendo sus signos), cuerpos con cargas eléctricas. Estas interacciones son denominadas fenómenos magnéticos.4

3. CUESTIONARIO 1. ¿En qué consiste el concepto de Coulomb? La ley de Coulomb postula que: “La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa”.5 2. Defina la ley de conservación de la carga. La ley de conservación de carga establece que la carga se tiene que mantener constante conservándose la carga total, no puede haber destrucción ni creación de ninguna carga eléctrica dentro de un sistema de partículas.6 3. Explique brevemente el proceso de electrización y tipos de electrización. El proceso de electrización consiste en lograr el reacomodo de los electrones que se encuentran en la superficie de un cuerpo haciéndolos pasar a otros. Los tipos de electrización son:

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Por Fricción: Cuando ponemos un cuerpo cargado en contacto con un conductor se puede dar una transferencia de carga de un cuerpo al otro y

Docente: Físico BM Barrera

Correo: [email protected]

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así el conductor queda cargado, positivamente si cedió electrones o negativamente si los ganó. Por Contacto: Cuando un cuerpo previamente electrizado entra en contacto con un cuerpo neutro. Esto sucede porque, al entrar los cuerpos en contacto, los electrones se transfieren del material que contiene un exceso de electrones al otro. Por inducción: Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro. Como resultado de esta relación, la redistribución inicial se ve alterada: las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo electrizado se acercan a éste.7

4. ¿En qué consiste el principio de conservación y cuantización de la carga? • Principio de conservación de la carga: Al frotar un bolígrafo de plástico con un paño de lana el bolígrafo adquiere una cierta carga negativa y el paño, la misma carga, pero positiva. En todo proceso la carga eléctrica total permanece constante.8 • Cuantización de la carga: Además de electrones y protones, existen otras partículas con carga que ejercen fuerzas eléctricas entre sí. “Todas las partículas conocidas tienen cargas que son múltiplos de la carga fundamental” 0, ±e, ±2e, ±3e, etc. A lo que se denomina paquetes discretos, por lo que se dice que la carga está cuantizada: e: quantum de carga. Su extrema pequeñez nos permite considerar macroscópicamente distribuciones continuas de carga. q es el símbolo estándar que se usa para expresar una variable de carga, si la carga eléctrica existe en la forma de “paquetes discretos” se puede escribir: ➢ q = Ne ➢ N es un entero ➢ e es la unidad fundamental de la carga ➢ |e| = 1.60 x 10-19 C ➢ Electrón: q = -e ➢ Protón: q = +e.9 5. Consulte la tabla triboeléctrica, ¿para qué sirve? La secuencia triboeléctrica es una lista de materiales dispuestos en un orden determinado. Frotando dos materiales de la secuencia, el que esté en la posición más alta se cargará positivamente, mientras que el que se sitúe más abajo se carga negativamente.10 6. Explique brevemente la diferencia entre un material dieléctrico y un material conductor.

Un material dieléctrico es aquel que tienen sus cargas relativamente inmóviles, al poseer muchos electrones de valencia, y tienden a ser muy estables por lo tanto no conducen la electricidad, por lo que se pueden utilizar como aislantes eléctricos y un material conductor es aquel que posee pocos electrones de valencia y tiende a ceder electrones con facilidad.11 7. Explique el funcionamiento de un generador de Van de Graaff. El generador de Van de Graaff es un generador de corriente constante, consta de un motor, dos poleas, una correa o cinta, dos peines o terminales hechos de finos hilos de...