ELECTROSTATICA

LABORATORIO 1

OBJETIVOS

.Analizar y comprender los diferentes aspectos en que se ve involucrada la electricidad y como se producen fenómenos eléctricos en nuestra vida cotidiana, los cuales no pueden ser observados a simple vista, pero si pueden ser analizados.

.Conocer y entender los conceptos básicos de la electricidad tales como corriente, carga y campo eléctrico.

.Analizar las características de los diferentes métodos por los cuales los cuerpos pueden ser cargados

.Conocer de manera amplia la ley que rige la fuerza eléctrica, mas conocida como “La ley de Coulomb”.

.Identificar la clasificación de la materia según sus propiedades eléctricas.

.Estudiar las diferentes teorías que han sido creadas para explicar el comportamiento del electrón.

INTRODUCCIÓN

En la cultura actual nos encontramos rodeado de aparatos eléctricos de todas clases, desde lámparas, relojes de baterías, motores y aparatos de sonido estereofónico hasta computadoras y mucho mas.

Para comprender los aparatos que se han convertido en parte de nuestra vida cotidiana, en primer lugar debe entenderse que es la electricidad.

Por ello la importancia de realizar este trabajo, pues es importante ver este tema desde el campo fisico-cientifico y no simplemente practico.

TABLA DE CONTENIDO

1.ELECTROSTATICA

Concepto

Campo eléctrico

Fuerza eléctrica

Carga eléctrica

Como se cargan los cuerpos

Carga por fricción

Carga por contacto

Carga por inducción

Carga por el efecto fotoeléctrico

Carga por electrolisis

Carga por el efecto termoeléctrico

Corriente eléctrica

Ley de Coulomb

1.6.1.Líneas de fuerzas eléctricas

Clasificación de la materia según sus propiedades eléctricas

Conductores

Superconductores

Semiconductores

Aislantes

PROCEDIMIENTO

Materiales

Montaje

CUESTIONARIO

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA

BIBLIOGRAFÍA

• Enciclopedia Microsoft® Encarta® 2000. © 1993-1999 Microsoft Corporation.

• Física moderna de Serway, Mc Graw Hill Tomo II

• Diccionario Enciclopédico Salvat, © 1985 Salvat Editores Colombia S.A.

• Diccionario de la lengua española,1992,Ed. Espasa calpe S.A

ELECTROSTÁTICA

CONCEPTO

Una manifestación habitual de la electricidad es la fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos estacionarios que, de acuerdo con el principio de acción y reacción, ejercen la misma fuerza eléctrica uno sobre otro. La carga eléctrica de cada cuerpo puede medirse en culombios. La fuerza entre dos partículas con cargas q1 y q2 puede calcularse a partir de la ley de Coulomb

según la cual la fuerza es proporcional al producto de las cargas dividido entre el cuadrado de la distancia que las separa. La constante de proporcionalidad K depende del medio que rodea a las cargas. La ley se llama así en honor al físico francés Charles de Coulomb.

CAMPO ELECTRICO

Es la región de espacio en la que se ejercen fuerzas atractivas y repulsivas.

Su causa son las cargas eléctricas que se sitúan en el.

La intensidad de un campo eléctrico es una magnitud vectorial que corresponde a la relación entre la fuerza ejercida sobre la unidad de carga positiva situada en un determinado punto del campo y la propia carga

FUERZA ELECTRICA

Es aquella que es estudiada por la llamada ley de Coulomb

CARGA ELECTRICA

Es el exceso de carga de un cuerpo, ya sea positiva o negativa. Es la ausencia, perdida o ganancia de electrones.

1.4.1 COMO SE CARGAN LOS CUERPOS

1.4.1.1. CARGA POR FRICCION:

En la carga por fricción se transfieren electrones por la fricción del contacto de un material con el otro.

Aun cuando los electrones mas internos de un átomo están fuertemente unidos al núcleo, de carga opuesta, los mas externos de muchos átomos están unidos muy débilmente y pueden desalojarse con facilidad. La fuerza que retiene a los electrones exteriores en el átomo varia de una sustancia a otra. Por ejemplo los electrones son retenidos con mayor fuerza en el hule que en la piel de gato y si se frota una barra de aquel material contra la piel de un gato, se transfieren los electrones de este al hule. Por consiguiente la barra queda con un exceso de electrones y se carga negativamente. A su vez, la piel queda con una deficiencia de electrones y adquiere una carga positiva. Los átomos con deficiencia de electrones son iones, iones positivos porque su carga neta es positiva. Si se frota una barra de vidrio o plástico contra un trozo de seda tienen mayor afinidad por los electrones que la barra de vidrio o de plástico; se han desplazado electrones de la barra hacia la seda.

1.4.1.2.CARGA POR CONTACTO:

Es posible transferir electrones de un material a otro por simple contacto. Por ejemplo, si se pone en contacto una varilla cargada con un cuerpo neutro, se transferirá la carga a este. Si el cuerpo es un buen conductor, la carga se dispersara hacia todas las partes de su superficie, debido a que las cargas del mismo tipo se repelen entre si. Si es un mal conductor, es posible que sea necesario hacer que la varilla toque varios puntos del cuerpo para obtener una distribución mas o menos uniforme de la carga.

1.4.1.3.CARGA POR INDUCCIÓN:

Podemos cargar un cuerpo por un procedimiento sencillo que comienza con el acercamiento a él de una varilla cargada. Considerese la esfera conductora no cargada, suspendida de un hilo aislador, que se muestra en la figura (1). Al acercarle la varilla cargada negativamente, los electrones de conducción que se encuentran el la superficie de la esfera emigran hacia el lado lejano de esta; como resultado, el lado lejano de las esfera se carga negativamente y el cercano queda con carga positiva. La esfera oscila acercándose a la varilla, porque la fuerza de atracción entre el lado cercano de aquella y la propia varilla es mayor que la de repulsión entre el lado lejano y la varilla. Vemos que tiene una fuerza eléctrica neta, aun cuando la carga neta en las esfera como un todo sea cero. La carga por inducción no se restringe a los conductores, si no que se puede presentar en todos los materiales.

1.4.1.4.CARGA POR EL EFECTO FOTOELÉCTRICO:

Es un efecto de formación y liberación de partículas eléctricamente cargadas que se produce en la materia cuando es irradiada con luz u otra radiación electromagnética. En el efecto fotoeléctrico externo se liberan electrones en la superficie de un conductor metálico al absorber energía de la luz que incide sobre dicha superficie. Este efecto se emplea en la célula fotoeléctrica, donde los electrones liberados por un polo de la célula, el fotocátodo, se mueven hacia el otro polo, el ánodo, bajo la influencia de un campo eléctrico.

1.4.1.5.CARGA POR ELECTROLISIS:

La mayoría de los compuestos inorgánicos y algunos de los orgánicos se ionizan al fundirse o cuando se disuelven en agua u otros líquidos; es decir, sus moléculas se disocian en especies químicas cargadas positiva y negativamente

Si se coloca un par de electrodos en una disolución de un electrólito (compuesto ionizable) y se conecta una fuente de corriente continua entre ellos, los iones positivos de la disolución se mueven hacia el electrodo negativo y los iones negativos hacia el positivo. Al llegar a los electrodos, los iones pueden ganar o perder electrones y transformarse en átomos neutros o moléculas; la naturaleza de las reacciones del electrodo depende de la diferencia de potencial o voltaje aplicado.

1.4.1.5. CARGA POR EL EFECTO TERMOELECTRICO:

Es la electricidad generada por la aplicación de calor a la unión de dos materiales diferentes. Si se unen por ambos extremos dos alambres de distinto material (este circuito se denomina termopar), y una de las uniones se mantiene a una temperatura superior a la otra, surge una diferencia de tensión que hace fluir una corriente eléctrica entre las uniones caliente y fría. Este fenómeno fue observado por primera vez en 1821 por el físico alemán Thomas Seebeck, y se conoce como efecto Seebeck.

CORRIENTE ELECTRICA

Es el movimiento de cargas eléctricas a través de un conductor(cable), el electrón es una corriente eléctrica.

1.6.LEY DE COULOMB:

La fuerza es proporcional al producto de las cargas dividido entre el cuadrado de la distancia que las separa. La constante de proporcionalidad K depende del medio que rodea a las cargas.

1.6.1.LINEAS DE FUERZAS ELÉCTRICAS:

Campo eléctrico creado por dos cargas positivas

Campo eléctrico creado por dos cargas de signo opuesto

1.7.CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA SEGÚN SUS PROPIEDADES ELÉCTRICAS:

1.7.1. CONDUCTORES:

Cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de electricidad. Un buen conductor de electricidad, como la plata o el cobre, puede tener una conductividad mil millones de veces superior a la de un buen aislante, como el vidrio o la mica. El fenómeno conocido como superconductividad se produce cuando al enfriar ciertas sustancias a un temperatura cercana al cero absoluto su conductividad se vuelve prácticamente infinita. En los conductores sólidos la corriente eléctrica es transportada por el movimiento de los electrones; y en disoluciones y gases, lo hace por los iones.

1.7.2.SUPERCONDUCTORES

Son aquellos que no ofrecen resistencia al flujo de corriente eléctrica. Los superconductores también presentan un acusado diamagnetismo, es decir, son repelidos por los campos magnéticos. La superconductividad sólo se manifiesta por debajo de una determinada temperatura crítica Tc y un campo magnético crítico Hc, que dependen del material utilizado. Antes de 1986, el valor más elevado de Tc que se conocía era de 23,2 K (-249,95 °C), en determinados compuestos de niobio-germanio. Para alcanzar temperaturas tan bajas se empleaba helio líquido, un refrigerante caro y poco eficaz. La necesidad de temperaturas tan reducidas limita mucho la eficiencia global de una máquina con elementos superconductores, por lo que no se consideraba práctico el funcionamiento a gran escala de estas máquinas.

1.7.3.SEMICONDUCTORES

Son los materiales sólidos o líquidos capaces de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un metal. La conductividad eléctrica, que es la capacidad de conducir la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, es una de las propiedades físicas más importantes. Ciertos metales, como el cobre, la plata y el aluminio son excelentes conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el diamante o el vidrio son muy malos conductores. A temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan como aislantes. Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas o en presencia de luz, la conductividad de los semiconductores puede aumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los metales. Las propiedades de los semiconductores se estudian en la física del estado sólido.

1.7.4. AISLANTES:

Son materiales en los que las cargas se mueven con mucha dificultad y ofrecen una elevada resistencia al paso de la electricidad.

Materiales: lana de madera, fibra de vidrio, yeso, caucho, lucita, ebonita, porcelana y algunos polímeros.

2.PROCEDIMIENTO

Tuvimos una introducción a los elementos básicos de la electrostática tales como sus principios, fundamentos y formas ideales para cargar algunos cuerpos. Esto lo hicimos mediante el frotamiento de una barra de aluminio y otra de ebonita con un pedazo de lana y otros elementos. Las barras eran acercadas al electroscopio, en este observamos como sus hojas se repelen.

Estas barras tambien fueron acercadas a un recipiente plastico que contenia esferas de icopor (neutras),

2.1.MATERIALES:

Electroscopio: dispositivo que sirve para detectar y medir la carga eléctrica de un objeto.

Icopor:Material de carga neutra.

cuero: piel de animal preparada químicamente para producir un material robusto, flexible y resistente a la putrefacción.

Seda: fibra de la que se compone el capullo que cubre al gusano de seda.

Lana:f ibras suaves y rizadas que se obtienen principalmente de la piel de las ovejas domésticas y se utilizan en la fabricación de textiles.

Ebonita: Preparación de goma elastica, azufre y aceite de linaza, negra, muy dura, y que sirve para hacer cajas, peines, aisladores de aparatos eléctricos, etc.

Vidrio: cuerpo sólido, transparente y frágil que proviene de la fusión a 1.200 ºC de una arena silícea mezclada con potasa o sosa.

Aluminio: Es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre. Su número atómico es 13

Fuente de voltaje (0 a 25 Kv) : Permite la carga de los electrodos.

2.2.MONTAJE:

3.CUESTIONARIO

1.)¿Por qué quedan las esferas de icopor en la superficie?

Porque el icopor es un elemento neutro que al encontrar atracción electrica por otro elemento completamente cargado toma la carga contraria y mientras que la carga se finaliza estos se encuentran atraídos el uno por el otro, esto debido a la ley de Coulomb, que nos dice que dos cuerpos con distinta carga se atraen.

2.)¿De que signo se cargan las hojas del electroscopio?

Esto depende del elemento del cual sea necesario saber si tiene carga mediante el electroscopio, si este se encuentra cargado positivamente, las hojas adoptan una carga positiva, pero si por el contrario el elemento se encuentra cargado negativamente, entonces las hojas también serán cargadas negativamente.

3.)¿Es posible generar diferencia de potencial en la barra de aluminio?

No es posible puesto que el aluminio es un metal y por consiguiente un buen conductor y una de las características de los conductores es que su carga es dispersada por unidad de volumen.

4.)¿Por qué se repelen las hojas del electroscopio y no se atraen?

Porque ambas hojas siempre adquieren cargas iguales, y por la ley de Coulomb sabemos que dos cargas del mismo signo se repelen.

5.)¿Es posible que alguna quede levitando?

Si es posible puesto que mientras las esferas de icopor vuelven a quedar neutras (en su estado natural) estas quedan en levitación, pues aun hay cargas en el campo eléctrica.

CONCLUSIONES

Los electrones se conservan, por lo tanto no se crean ni se destruyen si no que se traslada.

El electroscopio es el instrumento utilizado para determinar si un cuerpo se encuentra cargado.

Cuando se esta cargando un objeto por conducción (cediendo o quitando electrones, el vidrio se carga positivo, el acrílico se carga negativo), entre mayor sea el rozamiento de los cuerpos será cargado de manera mas fácil.

La maquina de influencia es la que transforma la energia mecánica en eléctrica.

Un conductor eléctrico es cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de la electricidad.

No es necesario tener contacto fisico con un elemento para que este quede cargado, ya que existe la posibilidad que un cuerpo se cargue por inducción.