sábado, 28 de julio de 2012

Practico 2

Campo Eléctrico Uniforme

Objetivos:

Ø Analizar la forma en que cambia el potencial eléctrico en función de la posición relativa en una región entre dos láminas cargadas (con cargas de igual valor y signo contrario).

· Verificar la existencia equipotencial

Fundamento Teórico:

· Campo eléctrico uniforme

Equipotencial y líneas de fuerzas

· Relación entre E y V

Campo eléctrico.

Un cuerpo o una partícula cargada eléctricamente crea a su alrededor una propiedad denominada campo eléctrico que hace que al colocar cualquier otro cuerpo dotado de carga eléctrica en sus proximidades actúe sobre él una fuerza eléctrica.

Si sobre q aparece una fuerza diremos que estamos dentro del campo eléctrico de Q.

F = 0

Si d = ∞ ® F =0. El campo eléctrico llega al ∞. (el ∞ depende de la cantidad de carga, 2 e^- a 15 metros es como si estuvieran en el infinito).

Se define intensidad del campo eléctrico Een un punto como la fuerza a la que estaría sometida la unidad de carga positiva colocada en dicho punto. E = (F/q)[N/C]

Está definida en cualquier punto del campo. El sentido del campo coincide con el sentido del movimiento que adquiriría una carga positiva colocada en dicho punto.

Campo en el interior de un conductor en equilibrio

Las cargas de un conductor tienen libertad de movimiento. Si Situamos un conductor en un campo eléctrico las cargas se ven sometidas a fuerzas eléctricas que las empujan a la superficie del conductor.

El conductor alcanza el equilibrio cuando sus cargas libres estén en reposo. En esta situación, las cargas eléctricas están totalmente distribuidas en la superficie del conductor de modo que el campo eléctrico en el interior del conductor es nulo.

Líneas de fuerza. Campo uniforme.

Los campos vectoriales se representan por líneas vectoriales. Como el campo es una fuerza son líneas de fuerza

Líneas de fuerzas del campo eléctrico son líneas imaginarias y son la trayectoria que seguiría la unidad de carga positiva dejada en libertad dentro del campo eléctrico.

Criterios para dibujarlas

1. Las líneas de fuerza salen de las cargas positivas (fuentes ) y entran en las cargas negativas (sumideros ). Si no existen cargas positivas o negativas las líneas de campo empiezan o terminan en el infinito.

2. El número de líneas que entran o salen de una carga puntual es proporcional al valor de la carga.

3. En cada punto del campo, el número de líneas por unidad de superficie perpendicular a ellas es proporcional a la intensidad de campo.

4. Dos líneas de fuerza nunca pueden cortarse. (El campo en cada punto tiene una dirección y un sentido único. En un punto no puede haber dos líneas de fuerza ya que implicaría dos direcciones para el campo eléctrico.

Una carga puntual positiva	Una carga puntual negativa
Dos cargas puntuales del mismo signo	Dos cargas puntuales de diferente signo

	Podemos definir la intensidad de campo utilizado el concepto de líneas de fuerza.
	Es el número de líneas de fuerza que atraviesan la unidad de superficie colocad perpendicularmente a dichas líneas.

Campo uniforme:

Suponemos líneas paralelas

b) E_A= E_B.

Flujo del campo eléctrico

El flujo del campo eléctrico es una medida del número de líneas de fuerza que atraviesan una superficie dada.

Como ya sabemos, toda superficie puede representarse mediante un vector S, perpendicular a ella y cuyo módulo sea el área (Interpretación geométrica del producto vectorial).

El n° de líneas que atraviesan una superficie depende de la orientación relativa de la superficie respecto al campo. Si el campo es perpendicular a la superficie (y por tanto E paralelo a S el flujo es máximo y si son paralelos (E perpendicular a S) es nulo.

Estos resultados coinciden con la definición de producto escalar Φ = E.S Nm²/C.

Esta explicación es valida si el campo E es uniforme. Si no es así, hay que dividir la superficie en elementos diferenciales dScon carácter infinitesimal de forma que E se pueda considerar constante. Por tanto dΦ = E.dS.

Se define el flujo como Φ = ∫_S E.dS

Teorema de Gauss

Vamos a calcular el Φ del campo eléctrico de una esfera de radio r en cuyo centro exista una carga Q. Las líneas de fuerza son radiales y por tanto E y dS tendrían la misma dirección y sentido en cada punto de la esfera.

En el resultado no interviene el radio, por tanto el resultado es el mismo sea cual sea el tamaño de la esfera.

Si nos fijamos en la figura el número de líneas que atraviesan la esfera es el mismo que el que atraviesa la superficie irregular.

Por tanto podemos generalizar el resultado diciendo que :

"El flujo del campo eléctrico a través de una superficie cerrada es independiente de la forma de la superficie e igual a la carga neta contenida dividida por ε".

Nota: El flujo es 0 ya que hay una línea de flujo saliente y también entrante y Gauss habla de flujo neto.

Esto nos puede servir para hallar la carga neta de una superficie.

Trabajo y energía potencial de un campo eléctrico

¿Qué trabajo se realiza para llevar la q₂ del punto 1 al punto 2 dentro del campo creado por q₁?

dW =

u_F.dr = u_F.dr.cos 0° = dr

Nota:

Trabajo para llevar el cuerpo de 1 a 2.

Si el trabajo es positivo, lo hace el propio campo eléctrico. Si es negativo tiene que ser realizado en contra del campo por un agente externo.

Sabemos que W = -ΔEp ® Ep₁ - Ep₂ =

Según esta expresión se puede hablar de diferencia de Ep. Si se quiere hallar la Ep en un punto ha de dársele al otro punto Ep =0. Este valor 0 se toma en el ∞.

Energía potencial en un punto. Es el trabajo que se realiza para llevar q₂ desde r₁ al ∞ o viceversa.

1/r₂ ® 0; r₂ = ∞ ® Ep₁ =

Diferencia de potencial y potencial en el campo eléctrico.

V₁ - V₂ = (Ep₁ - Ep₂)/q₂	Diferencia de potencial es la variación de la energía potencial por unidad de carga positiva.
	La referencia para tomar los potenciales la tomamos en el ∞, y por tanto el potencial en un punto V₁ = q₁/4.π.σ₁ Trabajo que se realiza para llevar la unidad de carga más al ∞

W = q₂.(V₁ - V₂)

Podemos escribir

Ep = -∫ F.dr; F = - dEp/dr. Si dividimos por q₂, F/q₂ = -dEp/q₂.dr; F/q₂ = -dV/dr

E = -dV/dr. En forma vectorial E = - (dV/dr)u_F

dV = -E.dr; V₂ - V₁ = -∫ E.dr; V₁ - V₂ = ∫ E.dr

Si el campo es uniforme d = r₂ - r₁

W = q₂.(V₁ - V₂)
E = (F/q₂) ® F = E.q₂ ® W = E•q₂•d

q₂.(V₁ - V₂) = q₂•Ed
V₁ - V₂ = Ed = E.(r₂ - r₁)

Definición de electrón-voltio.

Es el trabajo necesario para transportar una carga de un e^- entre dos puntos de un campo eléctrico cuya diferencia de potencial son de 1 voltio.

1eV = (1´6•10^-19 C) •1V = 1´6•10^-19 C •V = 1´6•10^-19 Julios

Relación entre intensidad y potencial

Veamos un campo eléctrico en la dirección del eje X

V₂ - V₁= - E_x (x₂ - x₁ ) ®ΔV = -E_x Δx

Si consideramos un desplazamiento dx tendremos dV = - E_x dx

Podemos conocer el valor de un campo electromagnético uniforme derivando la expresión del potencial con respecto a la cual varía y anteponiendo el signo -.

E_x = -dv/dx ® E = -(dV/dx).i

www.fisicanet.com.ar/fisica/electroestatica/ap06_campo_electrico.php

Después de ver el campo, E, y el potencial, V, son dos formas distintas de caracterizar el campo eléctrico, interesa fijarse en la relación entre ambos conceptos. La relación matemática entre ambos conceptos se expresa diciendo que el campo es igual al gradiente (negativo) del potencial, y esto, limitando el análisis a una sola componente espacial, x, se reduce a:

Expresión que supone que la magnitud de la componente del campo eléctrico en la dirección adoptada, x, equivale al ritmo de variación del potencial eléctrico con la distancia. El signo menos indica que la orientación del campo es la que coincide con el sentido hacia el que el potencial decrece.

En la figura de la izquierda se visualiza esta relación en el caso del campo creado por una carga puntual de signo positivo. En este caso, las líneas de fuerza del campo eléctrico forman un haz que emerge de la carga en todas las direcciones y se dirige hacia el exterior. Junto con ellas, se han dibujado también tres superficies esféricas (1, 2 y 3) con centro en la carga. Son superficies equipotenciales, ya que, como el valor del potencial eléctrico depende únicamente de la carga y de la distancia, en todos los puntos que pertenecen a cada una de estas superficies, el potencial tiene un valor constante. El dibujo completo muestra que, tal como predice la relación escrita un poco más arriba, las líneas del campo eléctrico atraviesan a dichas superficies equipotenciales perpendicularmente y se dirigen desde donde el potencial el mayor (superficie 1) hacia donde es menor (superficie 3).

Este tipo de representación, que dibuja las líneas de fuerza del campo y superficies equipotenciales, es muy instructivo, porque, después de calcular el potencial el cada punto circundante a cualquier distribución de carga, ayuda a prever la dirección y el sentido de las líneas de fuerza del campo, y viceversa. Como ejemplo, se muestran a la derecha las líneas del campo eléctrico (en color rojo) y las superficies equipotenciales (en azul) de un dipolo eléctrico, formado por dos cargas puntuales de signos opuestos (la positiva representada de color rojo y la negativa de color verde).

Un caso de especial interés es el condensador plano. Entre sus placas el campo eléctrico es prácticamente uniforme y por eso sus líneas de fuerza son casi paralelas. Dichas líneas se dirigen desde la zona donde el potencial el mayor (la placa con carga positiva) hacia donde es menor (la placa con carga negativa). A su camino atraviesan las superficies equipotenciales, en este caso planos paralelos a las placas, siendo mayor el potencial cuanto más cerca se esté de la placa positiva (superficie 1) y menor cuanto más cerca ese esté de la negativa (superficie 3).

En este caso especial, la intensidad del campo eléctrico uniforme existente entre las placas y la tensión, V, o diferencia de potencial entre ellas, se relacionan mediante la sencilla expresión:

En el documento vinculado se deducen, mediante desarrollos sencillos, las dos expresiones que aparecen en esta página. Quienes estén interesados, pueden consultar en este otro documento el desarrollo de la relación entre el campo y el potencial eléctrico creados por una carga puntual, considerando las tres dimensiones del espacio.

http://intercentres.edu.gva.es/iesleonardodavinci/Fisica/Campo-electrico/Electrico7.htm

Desarrollo de la actividad

1- Armar el circuito según el esquema adjunto:

Circuito y material

Fuente (ξ:3-12v) C.C

Dos laminas conductoras

Voltímetros o tester

Cubeta con agua

Conexión

2- Tomar una de la barras, denominadas electrodos; como referencia de potencia (Vo= 0V) y conectar ene ella el terminal negativo del voltímetro.

3- Con la punta del voltímetro positivo tomar lectura del de d.d.p, a distancia conocida conocidas Δx(2cm) del electrodo de referencia.

Tabal de datos:

	Δx	ddp(V)
1	0	0,6
2	0,02	1,6
3	0,04	2,6
4	0,06	3,6
5	0,08	4,8
6	0,1	5,8
7	0,12	6,8
8	0,14	7,8
9	0,16	9
10	0,18	10,4
11	0,2	11,4
12	0,22	13

Grafica 𝒗=f(Δx) y determinar el valor de E:

La pendiente de la grafica v=f(t) representa al campo eléctrico ya que

El trabajo realizado por la punta del voltímetro positivo a través del Δx es:

W= (Vf-Vo)*q

Observación:

La existe una diferencia entre el campo eléctrico estudiado con el campo eléctrico creado por una carga puntual. El campo estudiado vale lo mismo para cada uno de los puntos, mientras que el campo producido por cada carga puntual es radial, depende del radio, a medida que se aleja el voltímetro el campo eléctrico disminuye y cuando se acerca aumenta el campo eléctrico.

Conclusión

En este práctico podemos comprobar que el campo eléctrico por dos barras paralelas es uniforme, vale lo mismo para cada uno de los puntos de este.

Al mover el terminal positivo del voltímetro en otra trayectoria que no sea una línea equipotencial (perpendicular) a la línea del campo este realiza un trabajo distinto de cero.

El campo eléctrico creado entre dos placa paralelas con “σ” opuestos es uniforme, perpendicular a las placas, con sentido de placa positiva a negativa.

Cristian Netto Cardozo Física2 Cerp del Norte

Práctico Cero

Fundamento Teórico

Cargas eléctricas.

La esencia de la electricidad es la carga eléctrica. Existen dos clases distintas, que se denominan cargas positivas y negativas. Estas tienes dos cualidades fundamentales:

· Cargas iguales se repelen.

· Cargas distintas se atraen.

Las cargas eléctricas no son engendradas ni creadas, sino que el proceso de adquirir cargas eléctricas consiste en ceder algo de un cuerpo a otro, de modo que una de ellas posee un exceso y la otra un déficit de ese algo (electrones). Coulomb ideó un método ingenioso para hallar como depende de su carga la fuerza ejercida por o sobre un cuerpo cargado. Para eso se basó en la hipótesis de que si un conductor esférico cargado se pone en contacto con un segundo conductor idéntico, inicialmente descargado, por razones de simetría la carga del primero se reparte por igual entre ambos. De este modo dispuso de un método para obtener cargas iguales a la mitad, la cuarta parte, etc., de cualquier carga dada. Los resultados de sus experimentos están de acuerdo con la conclusión de que la fuerza entre dos cargas puntuales, q y q', es proporcional al producto de éstas. La expresión completa de la fuerza entre dos cargas puntuales es.

Ley de Coulomb

Este teorema aplicado al campo eléctrico creado por una carga puntual es equivalente a la ley de Coulomb de la interacción electrostática.

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.
2.- Expresión matemática. La ley de Coulomb
Mediante una balanza de torsión, Coulomb encontró que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales (cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables comparadas con la distancia r que las separa) es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
El valor de la constante de proporcionalidad depende de las unidades en las que se exprese F, q, q’ y r. En el Sistema Internacional de Unidades de Medida vale 9·10-9 Nm2/C2.

Campo eléctrico

Las cargas eléctricas no precisan de ningún medio material para ejercer su influencia sobre otras, de ahí que las fuerzas eléctricas sean consideradas fuerzas de acción a distancia. Cuando en la naturaleza se da una situación de este estilo, se recurre a la idea de campo para facilitar la descripción en términos físicos de la influencia que uno o más cuerpos ejercen sobre el espacio que les rodea. La comprobación experimental de la existencia de un campo eléctrico en un punto cualquiera consiste simplemente en colocar un cuerpo cargado en dicho punto, este cuerpo de denomina carga de prueba, existe un campo eléctrico en el punto. Se dice que existe un campo eléctrico en un punto si sobre un cuerpo cargado en dicho punto se ejerce una fuerza de origen eléctrico. Dado que la fuerza es una magnitud vectorial, el campo eléctrico es un campo de vectores cuyas propiedades quedan determinadas si se especifican el valor (módulo), la dirección y el sentido de una fuerza eléctrica.

Intensidad de campo eléctrico

La carga eléctrica de los cuerpos altera el espacio que los rodea. La magnitud que mide esta alteración en un punto determinado es la intensidad del campo eléctrico en dicho punto. Se define como la fuerza ejercida sobre la unidad de carga positiva situada en ese punto. En la escena siguiente dispones de un punto azul móvil; imaginarás que lleva una carga de 1 Culombio cuando hayas creado un campo eléctrico a su alrededor.

Donde Q es la carga puntual que genera el campo eléctrico r, la distancia entre la carga que genera el campo y el punto (P) donde se quiere terminar la intensidad del campo. Si se supone que la prueba (qo) colocada en (P), se experimentara una fuerza dada por:

Se sabe que el valor del campo en P viene dado por:

Si la fuerza en la primera expresión se reemplaza por la segunda se obtiene:

La anterior formula sirve para calcular el campo eléctrico generado por la carga Q a una distancia r. Se observa que el campo depende de la carga que lo genera y de la distancia de la carga al punto donde se calcula.

Flujo y ley de Gauss

El flujo del campo eléctrico a través de una superficie cerrada arbitraria permite formular la ley de Gauss, lo que es equivalente a la dependencia de la interacción electrostática de la inversa del cuadrado de la distancia.

Para aplicar la ley de Gauss a una distribución de cargas, es necesario seguir una cierta estrategia:

1. Determinar la dirección del campo eléctrico, de acuerdo a la simetría de la distribución de cargas (esférica, cilíndrica, plana).

3. Elegir una superficie cerrada apropiada que contenga carga, y calcular el flujo.

4. Calcular la carga en el interior de la superficie cerrada.

5. Aplicar la ley de Gauss y despejar el módulo del campo eléctrico.

Enunciado del teorema de Gauss: Si en una región del espacio existen N cargas qi, cada una creando un campo eléctrico de la forma:

Entonces:

En física y en análisis matemático, la ley de Gauss relaciona el flujo eléctrico a través de una superficie cerrada y la carga eléctrica encerrada en esta superficie. De esta misma forma, también relaciona la divergencia del campo eléctrico con la densidad de carga.

Potencial y Diferencia

También llamada tensión eléctrica, es el trabajo necesario para desplazar una carga positiva unidad de un punto a otro en el interior de un campo eléctrico; en realidad se habla de diferencia de potencial entre ambos puntos (VA - VB). La unidad de diferencia de potencial es el (V).

Un generador de corriente eléctrica permite mantener una diferencia de potencial constante y, en consecuencia, una corriente eléctrica permanente entre los extremos de un conductor. Sin embargo, para una determinada diferencia de potencial, los distintos conductores difieren entre sí en el valor de la intensidad de corriente obtenida, aunque el campo eléctrico sea el mismo. Existe una relación de proporcionalidad, dada por la ley de Ohm, entre la diferencia de potencial entre los extremos de un conductor y la intensidad que lo recorre. La constante de proporcionalidad se denomina resistencia del conductor y su valor depende de su naturaleza, de sus dimensiones geométricas y de las condiciones físicas, especialmente de la temperatura.

La diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito se mide con un voltímetro, instrumento que se coloca siempre en derivación entre los puntos del circuito cuya diferencia de potencial se quiere medir.

En lugar de manejar directamente la energía potencial Ep de una partícula cargada, es útil introducir el concepto más general de energía potencial por unidad de carga. Esta magnitud se denomina potencial; el potencial en cualquier punto de un campo electrostático se define como la energía potencial por unidad de carga en dicho punto.

El potencial se representa por la letra v. Tanto la energía potencial como la carga son escalares, de modo que el potencial es una magnitud escalar.

La diferencia Va-Vb se denomina diferencia de potencial a y b, y se designa abreviadamente por Vab. El término "diferencia de potencial" se sustituye a veces por el de "voltaje" entre a y b. La diferencia entre b y a, Vb-Va es opuesta a la que existe entre a y b:

Vab=Va-Vb = -(Vb-Va)=-Vba

Considérese una carga de prueba positiva (qo) en presencia de un campo eléctrico y que se traslada desde el punto A al punto B conservándose siempre en equilibrio. Si se mide el trabajo que debe hacer el agente que mueve la carga, la diferencia de potencial eléctrico se define como:

El trabajo (WAB) puede ser positivo, negativo o nulo. En estos casos el potencial eléctrico en B será respectivamente mayor, menor o igual que el potencial eléctrico en A. La unidad en el SI para la diferencia de potencial que se deduce de la ecuación anterior es Joule/Coulomb y se representa mediante una nueva unidad, el voltio, esto es: 1 voltio = 1 Joule/Coulomb.

Un electrón volt (eV) es la energía adquirida para un electrón al moverse a través de una diferencia de potencial de 1V, 1 eV = 1,6x10^-19 J. Algunas veces se necesitan unidades mayores de energía, y se usan los kiloelectrón volts (keV), megaelectrón volts (MeV) y los gigaelectrón volts (GeV). (1 keV=10^3 eV, 1 MeV = 10^6 eV, y 1 GeV = 10^9 eV).

Aplicando esta definición a la teoría de circuitos y desde un punto de vista más intuitivo, se puede decir que el potencial eléctrico en un punto de un circuito representa la energía que posee cada unidad de carga al paso por dicho punto. Así, si dicha unidad de carga recorre un circuito constituyéndose en corriente eléctrica, ésta irá perdiendo su energía (potencial o voltaje) a medida que atraviesa los diferentes componentes del mismo. Obviamente, la energía perdida por cada unidad de carga se manifestará como trabajo realizado en dicho circuito (calentamiento en una resistencia, luz en una lámpara, movimiento en un motor, etc.). Por el contrario, esta energía perdida se recupera al paso por fuentes generadoras de tensión. Es conveniente distinguir entre potencial eléctrico en un punto (energía por unidad de carga situada en ese punto) y corriente eléctrica (número de cargas que atraviesan dicho punto por segundo).

Desarrollo de las Actividades

Actividad 1

OBJETIVO

Ø Motivar el trabajo en clase

Introducción

Este experimento permite que los estudiantes se interesen en discutir sobre la ciencia.

Este experimento es una opción de cómo trabajar en clase, para empezar el tema o para hacer un popurrí de prácticos permita mostrar fenómenos físicos relacionados con la electricidad y el magnetismo, temas que se encuentran en primer año de bachillerato

Este tipo de actividad puede ser motivadora, porque su proximidad a nuestra experiencia cotidiana.

Tema: Electrostática

Son los motivadores de ellos porque son más próximos de nuestra experiencia cotidiana.

Materiales

ü Varilla de plástico

ü Péndulo electroestático esfera de metal

ü Hilo

ü Soporte aislado aislante

ü Paño

Desarrollo de la actividad

En primera instancia vamos a frotar la varilla de plástico con el paño

Aproximamos la varilla de plástico frotada al péndulo electroestático

Al frotar se están cargando, tanto la varilla como el paño. En este proceso se busca que una parte del sistema quede cargada positivamente y otra negativamente.

http://www.google.com/imgres?hl=es&sa=X&biw=1138&bih=469&tbm=isch&prmd=imvns&tbnid=TJHR-gtIB2eQRM:&imgrefurl=http://ciclobasico.com/que-es-una-carga-electrica/&docid=nKebkCUX9YDWoM&imgurl=http://ciclobasico.com/wp-content/uploads/2012/04/carga-electrica-del-atomo_28336_4_1.jpg&w=268&h=240&ei=KKTpT8H5KpSm8gTcqqnuDQ&zoom=1&iact=hc&vpx=588&vpy=149&dur=1119&hovh=192&hovw=214&tx=100&ty=170&sig=106657963175541982699&page=2&tbnh=131&tbnw=146&start=10&ndsp=18&ved=1t:429,r:15,s:10,i:152

Luego cuando aproximamos esta varilla cargada al péndulo electroestático tenemos un efecto de atracción, pero cuando taca a la varilla se repele, a la parte de atracción se llama inducción y el contacto es otro proceso.

Actividad 2

OBJETIVO

Ø Motivar el trabajo en clase

Materiales

ü Globo

ü Varilla de plástico

ü Paño hilo

Desarrollo de la actividad

En primera instancia vamos a frotar la varilla de plástico sobre el paño

Aproxime la varilla de plástico frotada, sobre el atado en el hilo

Frotar el globo sobre su pelo, y aproximar este sobre la puerta.

Luego cuando aproximamos esta varilla cargada al globo atado en el hilo, tenemos un efecto de atracción, en este no hay repulsión porque el proceso ya no es mas de inducción y si de polarización.

El proceso por el cual cargo el globo es el de fricción http://www.google.com/search?aq=0&oq=experimentos++de+carga&sugexp=chrome,mod=6&sourceid=chrome&ie=UTF-8&q=experimentos+de+cargas+electricas#hl=es&sa=X&ei=W-XoT4zxIa2N6AHHxeD4DA&ved=0CFMQBSgA&q=imagenes+experimentos+de+cargas+electricas&spell=1&bav=on.2,or.r_gc.r_pw.r_qf.,cf.osb&fp=f1dcd791614d2b84&biw=1138&bih=535

Actividad 3

OBJETIVO

Ø Motivar el trabajo en clase

Materiales

ü Vela fosfora

ü Varilla de plástico

ü Paño

ü Soporte

ü Globo

Desarrollo de la actividad

En primera instancia vamos a frotar la varilla de plástico sobre el paño

Aproxime la varilla de plástico frotada, sobre el atado en el hilo

Frotar el globo sobre su pelo, luego aproximar la canilla con agua corriente

Frotar el globo sobre su pelo, luego aproximar el globo a la llama de la vela

La llama de la vela son partículas cargadas, en teoría si es un proceso de electrización, puedo inducir las cargas que están alrededor de la vela y deformar la llama de la vela.

Al cercar el globo sobre el chorro de agua laminada se produce en fenómeno de atracción. El agua está cargada, porque se mueve por la cañería, se carga electroestáticamente

Luego de haber flotado el globo sobre el paño y aproximarla a la llama de la vela, en teoría si es un proceso de electrización, puedo inducir las cargas que están alrededor de la vela y deformar la llama de la vela..

Actividad 4

OBJETIVO

Ø Motivar el trabajo en clase

Materiales

ü Electroscopio casero

ü Electroscopio profesional

ü Para analiza los fenómeno electroestáticos generalmente se utiliza un electroscopio

Electroscopio

Esquema del funcionamiento del electroscopio http://www.google.com/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b5/Electroscope.png/220px-Electroscope.png&imgrefurl=http://es.wikipedia.org/wiki/Electroscopio&h=292&w=220&sz=19&tbnid=xY3PU3rAZyMWPM:&tbnh=90&tbnw=68&prev=/search%3Fq%3Delectroscopio%26tbm%3Disch%26tbo%3Du&zoom=1&q=electroscopio&usg=__R6hk9wd6t1CjuLF5s-eapey5aVI=&docid=jkI4n5f8Ir4CnM&sa=X&ei=3uXoT5ZWgfXoAfiu2aQN&ved=0CFMQ9QEwAQ&dur=1218

El electroscopio es un aparato que permite detectar la presencia de campos eléctricos en un cuerpo e identificar el signo de los mismos.

El electroscopio sencillo consiste en una varilla metálica vertical que tiene una esfera en la parte superior (gaz) y en el extremo opuesto dos láminas deoro o de aluminio muy delgadas. La varilla está sostenida en la parte superior de una caja de vidrio transparente con un armazón de cobre en contacto con tierra. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electriza y las laminillas cargadas con igual signo de electricidad se repelen, separándose, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido. La fuerza de repulsión electrostática se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera, las láminas, al perder la polarización, vuelven a su posición normal.

Cuando un electroscopio se carga con un signo conocido, puede determinarse el tipo de carga eléctrica de un objeto aproximándolo a la esfera. Si las laminillas se separan significa que el objeto está cargado con el mismo tipo de carga que el electroscopio. De lo contrario, si se juntan, el objeto y el electroscopio tienen signos opuestos.

Un electroscopio cargado pierde gradualmente su carga debido a la conductividad eléctrica del aire producida por su contenido en iones. Por ello la velocidad con la que se carga un electroscopio en presencia de un campo eléctrico o se descarga puede ser utilizada para medir la densidad de iones en el aire ambiente. Por este motivo, el electroscopio se puede utilizar para medir la radiación de fondo en presencia de materiales radiactivos. El electroscopio de hojuelas de oro fue inventado por William Guilbert en 1600.¹

Explicación de su funcionamiento

Un electroscopio es un dispositivo que permite detectar la presencia de un objeto cargado aprovechando el fenómeno de separación de cargas porinducción.

Si acercamos un cuerpo desnudo cargado con carga positiva, por ejemplo un bolígrafo que ha sido frotado con un paño, las cargas negativas del conductor experimentan una fuerza atractiva hacia el bolígrafo. Por esta razón se acumulan en la parte más cercana a éste. Por el contrario las cargas positivas del conductor experimentan una fuerza de repulsión y por esto se acumulan en la parte más lejana al bolígrafo.

Lo que ha ocurrido es que las cargas se han desplazado, pero la suma de cargas positivas es igual a la suma de cargas negativas. Por lo tanto la carga neta del conductor sigue siendo nula.

Consideremos ahora que pasa en el electroscopio. Recordemos que un electroscopio está formado esencialmente por un par de hojas metálicas unidas en un extremo. Por ejemplo una tira larga de papel de aluminio doblada al medio.

Si acercamos el bolígrafo cargado al electroscopio, como se indica en la figura, la carga negativa será atraída hacia el extremo más cercano el bolígrafo, mientras que la carga positiva se acumulará en el otro extremo, es decir que se distribuirá entre las dos hojas del electroscopio.

La situación se muestra en la figura: los dos extremos libres del electroscopio quedaron cargados positivamente y como las cargas de un mismo signo se rechazan las hojas del electroscopio se separan.

Si ahora alejamos el bolígrafo, las cargas positivas y negativas del electroscopio vuelven a redistribuirse, la fuerza de repulsión entre las hojas desaparece y se juntan nuevamente.

¿Qué pasa si tocamos con un dedo el extremo del electroscopio mientras esta cerca del bolígrafo cargado? La carga negativa acumulada en ese extremo "pasará" a la mano y por lo tanto el electroscopio queda cargado positivamente. Debido a esto las hojas no se juntan cuando alejamos el bolígrafo

Determinación de la carga a partir del ángulo de separación de las láminas

Electroscopio simplificado

Un modelo simplificado de electroscopio consiste, en dos pequeñas esferas de masa m cargadas con cargas iguales q y del mismo signo que cuelgan de dos hilos de longitud l, tal como se indica si la figura. A partir de la medida del ángulo Φ que forma una esfera con la vertical, se puede calcular su carga q.

En el equilibrio: T sinΦ=F (1) y T cosΦ=mg (2).

Dividiendo (1) entre (2) miembro a miembro, se obtiene:

Midiendo el ángulo θ se obtiene, a partir de la fórmula anterior, la fuerza de repulsión F entre las dos esferas cargadas.

Según la Ley de Coulomb: y como

Entonces, como "l" se conoce y "F" ha sido calculado, despejando "q" se obtiene

Queda demostrada entonces la utilidad del electroscopio para determinar la presencia de cargas eléctricas y su signo (+ -).

http://photos1.blogger.com/blogger/5016/3001/1600/electr1.gif

Actividad 5

Materiales

Martillo piezo eléctrico

Desarrollo de la actividad

Los fenómenos electroestáticos se pueden conseguir por un procedimiento menos conocido por el gran público, pero muy usando por casi todos (ejemplo los encendedores a presión electroestáticos, generalmente poseen una piedrita de cuarzo que es un material Piezo eléctrico; producen electricidad a partir de la presión, si cambiamos la presión en un pedazo de cuarzo esta produce una chispa eléctrica), la chispa eléctrica se produce debido a la diferencia potencial, conseguida al apretar la pieza de cuarzo con un material.

Cristian Netto Cardozo, Física2 Cerp del Norte