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CARGAS ELECTRICAS Y CUERPOS ELECTRIZADOS
EXPERIENCIA N° 1
I. OBJETIVOS.
- Comprobar experimentalmente la existencia de una de las propiedades Fundamentales de la materia llamada carga eléctrica.
- Experimentar con la electrificación de los cuerpos mediante los diversos procesos.
- Verificar la interacción electrostática entre cargas de igual signo y de signos Opuestos.
II. EQUIPOS Y MATERIALES
- Máquina de wimshurst.
- Penachos electrostáticos.
- Molinete electrostático.
- Placa luminosa.
- Péndulo electrostático.
- Lluvia eléctrica.
- El poder de las puntas.
III. FUNDAMENTO TEORICO
CARGA ELÉCTRICA.
Si un átomo posee la cantidad normal de electrones que le corresponden, entonces este átomo o grupo de átomos, compuesto por la misma clase de átomos, no presenta ninguna propiedad eléctrica; por tanto, es eléctricamente neutro. Por medio de la recepción o entrega de electrones, el átomo o el grupo de átomos se carga
eléctricamente. Los átomos o grupos de átomos con carga eléctrica positiva o negativa se denominan iones (del griego "ion", esto es, que se desplaza). Mucho antes de que se tuviera conocimiento de la existencia de los electrones, la teoría desarrollada a partir de las observaciones sobre la electricidad generada por frotamiento indicaba que existían dos tipos de carga eléctrica. Si, por ejemplo, con una barra de goma dura se frota un trozo de lana, la primera absorbe electrones de la lana y obtiene, de esta manera, una carga negativa, mientras que la lana, debido a la pérdida de electrones, se carga positivamente. La carga más pequeña posible (carga elemental e) es, por tanto, la carga de un electrón que (arbitrariamente) se designa como negativa. Es válido lo siguiente:
En esta ecuación, la unidad "C" designa la carga expresada en coulomb, en honor a Coulomb, físico francés. En general, la carga se describe por medio del símbolo "Q". De esta manera, la carga de un coulomb contiene 1/e = 6,25·1018 electrones. Entre las cargas se generan fuerzas que se mueven en un sentido que depende de la naturaleza misma de las cargas. Es válido lo siguiente:
La intensidad de la fuerza F depende, por una parte, de la magnitud de las cargas que Intervienen pero, por otra parte, también de la distancia que separa a los cuerpos entre sí. Para dos cargas puntuales Q1 y Q2, separadas entre sí por una distancia r, es válida la ley de Coulomb.
La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa ambas cargas. La magnitud ε 0 = 8,85·10-12^ As/Vm es la denominada constante eléctrica de campo, la magnitud εr es el índice dieléctrico, el cual depende del material que circunda las cargas puntuales. Si, en este caso, una de las cargas tiene el valor de 0, entones no aparece ninguna fuerza. El sentido de la fuerza (atrayente o repelente) depende de la polaridad de ambas cargas.
El electrón es el portador de la carga elemental negativa. Ésta es igual a. e = ±1.602·10-^19 C.
Los cuerpos con igual carga se repelen, mientras que los que tienen distintas cargas se atraen.
𝑟^2
flexibles de hilo metálico, sostenidos en los extremos de un arco metálico. Este arco y su igual de la cara opuesta son movibles y pueden formar un ángulo de 90º.En los extremos del diámetro horizontal, rodean a los platillos dos peines metálicos curvos, unidos a conductores independientes, aislados por columnas aislantes. Con los conductores se articulan dos excitadores provistos de mangos de ebonita, que son los polos de la máquina. En comunicación con los dos conductores hay dos condensadores de forma de probetas. No es posible saber la polaridad que la máquina tomará una vez la arranquemos. Hay cuatro funciones iguales que se realizan, dos en cada disco. Se puede decir que tenemos cuatro electróforos, dos positivos y dos negativos. Al aproximarse la parte positiva y neutra de los discos produce el efecto de electróforo. La corriente estática se almacena en botellas de Leyden. (1) (2)
- Si conectamos un polo de la máquina de wimshurst en los penachos electrostáticos observaremos como actúa el campo eléctrico.
- Conectamos un polo en cada lado del péndulo eléctrico y veremos cómo se genera el efecto ping pong.
- Conectamos los polos en la placa luminosa y veremos cómo se generan las chispas luminosas.
- Conectando un de los polos en el molinete electrostático y veremos que a causa de las cargas empieza a girar.
V. CUESTIONARIO.
1.) Indique las formas de electrización que se observan en las experiencias de este laboratorio explicando en qué consiste cada una de ellas. 2.) Del experimento realizado, ¿se puede deducir que tipo de carga se traslada de un cuerpo a otro? 3.) Considere que toda carga eléctrica genera un campo electrostático en el espacio que le rodea, y en una esfera de tecnoport se distribuye uniformemente una carga eléctrica Q. (a) ¿Cuál será la magnitud de la intensidad del campo a una distancia r del centro de esta esfera? (b) ¿Será este campo uniforme o no uniforme? 4.) Considerando que el tecnoport es un material aislante, ¿cómo se distribuirá la carga eléctrica, en la esferita de este material? (en todo su volumen o solamente en la superficie).
