By Universidad eafit fisica Practica de laboratorio Cargas electricas y medidas del campo electrico por: dillan alexis muñeton pablo quijano jaramill victor palacio MEDELLIN aNTlOQUlA 8 DE febrero DE 2016 Práctica 1 OFII p cargas Eléctricas y medida del campo eléctrico Objetivos Al finalizar la práctica el estudiante estará en capacidad de: dentificar la presencia de cargas eléctricas en distintos tipos de objetos materiales. de los cuerpos será donante de electrones y el otro será receptor de estos.
Todos sabemos que los electrones tienen asociada una carga con signo negativo; por consiguiente los cuerpos que los reciben uedaran cargados negativamente. La carga que adquiere el vidrio después de frotarlo se le ha identificado como carga positiva y en el ámbar como carga negativa. Cuando se acercan dos cuerpos cargados eléctricamente entre sí, ocurre una interacción, la cual se puede manifestar como una atracción, si tienen cargas de signos diferentes o una repulsión si tienen carga de signos iguales.
Algunos cuerpos que han sido cargados mantienen esa carga por un tiempo largo siempre y cuando se encuentren aislados; o sea que los electrones se adhieren y no se desplazan; por consiguiente se les dificulta su movilidad a través de dichos uerpos; éstos son conocidos como aislantes. Pero hay otros cuerpos a los cuales se adhiere carga y está puede desplazarse con facilidad a través del cuerpo; estos son conocidos como buenos conductores y por consiguiente es difícil cargarlos por fricción, a menos que se tengan ciertas precauciones especiales.
Para que un conductor se cargue por fricción es necesario aislarlo, o sea rodearlo de un dieléctrico. Los buenos conductores se caracterizan por tener la disponibilidad de ceder con facilidad electrones, que puedan quedar libres en su estructura. Si a un buen conductor se le acerca otro cuerpo cargado, los electrones ibres de este se desplazan a lo largo de él; conductor se le acerca otro cuerpo cargado, los electrones libres de este se desplazan a lo largo de él; si la carga que se le acerca es negativa estos se alejan, si es positiva se acercan.
La Interacción electrostática entre dos cuerpos cargados eléctricamente está expresada en la Ley de Coulomb, que dice: «La interacción electrostática entre dos partículas cargadas es proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de las distancias entre ellas y su dirección está en la recta que la une». Matemáticamente se expresa como:
Donde es la distancia entre las cargas y; es la fuerza proporcional que actúa sobre cada carga y es la constante de proporcionalidad; en el sistema MKS, la constante donde Si se coloca una carga en una región del espacio y ésta experimenta una fuerza, se dice que está en un medio llamado Campo Eléctrico. Esta fuerza se debe a la presencia de otra carga en aquella región. Si existen varias cargas, la fuerza será la resultante de la suma vectorial de las fuerzas producidas por cada una de las cargas que están en su alrededor.
Según la Ley de Coulomb, La fuerza sobre una partícula cargada es proporcional la carga de la partícula. Se define como la intensidad de campo eléctrico en un punto, a la fuerza por unidad de carga colocada en ese punto. o Las unidades de intensidad de campo eléctrico se expresan en . Si la carga es (+), la fuerza que actúa sobre la carga tiene la misma dirección del campo eléctric es la fuerza que actúa sobre la carga tiene la misma dirección del campo eléctrico, pero si es (-), la fuerza tiene dirección opuesta.
De la Ley de Coulomb y la definición de campo eléctrico producido por cargas puntuales, se tiene: Entonces, el campo eléctrico producido por una caga puntual estará dado por La dirección de depende del signo de la carga. Equipo Kit de electrostática con esferitas conductoras 1 Varilla de 50cm. 1 Varilla de 10 cm. 3 Aislantes de porcelana. 1 Estribo con hilo 3 Bolas conductoras livianas 1 Nuez doble 1 Cable conductor de cobre de 60cm 1 Fibra aislante (Nailon de 60cm) 1 Generador de Van De Graaff. 1 Medidor de campo eléctrico. Galvanómetro 1-0-1 mA. 2 Pies cónicos. 1 Regla Métrica. 6 Conectores. Picaduras de papel PROCEDIMIENTO E INFORME 1. Montaje 1 de papel son atraídos por la barra de ámbar y también por la barra de vidrio. Ambas barras, buscan neutralizar el exceso o defecto de lectrones. Al acercar los trocitos de papel, que poseen una carga neutra, son atraídos por ambas barras, por medio del intercambio de electrones. 1. 2. Frote una barra de vidrio con un pedazo de seda y colóquela en una base giratoria, trate que la barra se quede quieta.
Luego frote otra barra de ámbar con piel y acérquela a la barra de vidrio anterior, en el extremo que hizo el frotamiento. Describa lo que ocurre. La barra de vidrio, al frotarla con un pedazo de seda, se carga positivamente, mientras que la barra de ámbar, al frotarla con piel, se carga negativamente. Las barras al poseer cargas puestas, se atraen mutuamente. 1. 3. Repita este literal (1. 2) con dos barras de ámbar frotadas con piel. Describa lo que ocurre. Al frotar las dos barras de ámbar con piel, se puede diagnosticar que las dos barras están cargadas positivamente.
Estas se repelen ya que se cargan de igual forma por el frotamiento con la piel, la cual les cede electrones a ambos materiales. 1. 4. Coloque una bola metálica suspendida de un hilo, frote una barra de ámbar con piel y acérquela a la bola; observe lo que sucede y describa desde el punto de vista de la interacción eléctrica lo que ocurre. Al frotar la barra de ámbar con piel, y acercarla a la bola metálica, la barra de ámbar, observamos que la bola s atrayéndola. Esto pasa va e ámbar se observamos que la bola se acerca hacia la barra de ámbar, atrayéndola.
Esto pasa ya que la barra de ámbar se encuentra cargada negativamente, por lo que le cede electrones al acercarla a la bola metálica, pero la bola, al estar compuesta de metal, vuelve a su estado natural más fácilmente. 1. 5. Explique o realice un diseño experimental sencillo que permita: 1. 5. 1. Identificar la existencia de carga eléctrica en un material. 1. 5. 2. Verificar la existencia de dos tipos de carga eléctrica. 1. 6. Indique como se pueden cargar dos esferas metálicas aisladas del mismo material y tamaño: 1. 6. 1 . Con cargas de igual magnitud pero con signos diferentes.
Para cargar dos esferas metálicas aisladas del mismo material y tamaño con cargas de igual magnitud pero de diferente signo se hace una carga por inducción. En este proceso acercamos una esfera metálica cargada negativamente a otra esfera metálica con carga neutra situada en un soporte aislado y conectada a tierra. Las cargas positivas de la esfera neutra se irán en dirección hacia onde está cerca la esfera cargada negativamente; y las cargas negativas de la esfera neutra se irán por el cable conductor a tierra. 1. 6. 2. Como cargarlas con igual signo.
La primera esfera se carga por medio de un generador, dicha carga se le transfiere a la segunda esfera al hacer contacto ambas esferas, pero solo le cede la mitad de la carga inicial, teniendo como resultado dos esferas con la misma carga y con el mismo signo. Haga una secuencia de resultado dos esferas con la misma carga y con el mismo signo. Haga una secuencia de gráficos que relacione la situación correspondiente 1. 7. Considere la siguiente situación: Se aproxima una carga negativa a un conductor aislado sin carga. El conductor se aterriza (se conecta a tierra) mientras la carga esta cerca. . 7. 1 . ¿El conductor se carga? (Sí o no) Explique. No se carga porque aunque la carga esta cerca como el conductor esta conectado a tierra esta carga por la conexión se va hacia la 1. 7. 2. Ahora si se retira la carga y luego la conexión a tierra, ¿se carga el conductor? (Si o No) Explique. No se carga porque al quitar esa carga, lo que haría el conductor conectado a tierra es buscar los electrones para llegar neutralizar u carga y cuando ya se retira la conexión a tierra este ya habría logrado su objetivo y tendría una carga neutra. . 7. 3. Si se suprime la conexión a tierra y luego se retira la carga externa, ¿se carga el conductor? (Sí o No) Explique. Si se carga porque no tiene como liberar los electrones como se explicaba en el numeral anterior. 1. 7. 4. Como es posible verificar el comportamiento de los materiales conductores y I tores. es tan bueno con la movilidad de la carga, por lo cual a estos es mas difícil pasarles carga. 1. 9. 5. ¿Por qué el vidrio se carga positivamente y el ámbar egativamente?
En los dos casos ocurre algo muy similar: El vidrio al principio tiene una carga negativa pero al frotarlo con la piel pierde electrones y se carga positivamente. El ámbar tiene una carga positiva entonces este al frotarse con seda adquiere electrones, y al tener tantos electrones queda con una carga negativa. 2. Montaje 2 2. 1 Con el generador de Van de Graaff, cargar una bola conductora previamente colocada sobre una base aislante. Con el medidor de campo eléctrico, tomar medidas del campo generado por la bola conductora a las distancias mostradas en la siguiente tabla: 0. 4 0. 0. 6 0. 7 0. Nota: Las medidas deben realizarse rápidamente, con el fin de no «perded muchas carga por el medio ambiente, V así evitar grandes errore te de carear el conductor en el eje horizontal , con sus respectivas unidades y rótulos. 2. 2. 2 vs 2. 2. 3. Comparar estos gráficos y sacar conclusiones 2. 2. 4. ¿Qué significado físico tiene la pendiente de la gráfica en el literal 2. 2. 1? La pendiente del Campo Eléctrico (E=KQ/r2) vs Distancia Inversa al cuadrado (r-2) es igual a m=KQ, puesto que E/r-2=KQ siendo m la constante dieléctrica (K) multiplicada por la carga (Q). 2. 2. 5. Encontrar la pendiente del literal 2. . 1 . La pendiente m de una función rectilínea está dada por Fmx+b, en la gráfica del literal 2. 2. 1 . la ecuación está dada por y = 622,44x 869,62, en donde la pendiente Vm. 2. 3 A una distancia de 30 cm del medidor de campo eléctrico, cargar una esfera conductora () (con el generador de Van de Graaff) y mantenerla aislada de la misma forma como lo hizo en el literal (2. 1). Luego acerque otra esfera conductora () aislada de igual tamaño pero descargada hasta hacer un contacto breve con la esfera cargada Retire la esfera (que se carga por contacto) y descárguela con la ano.
Mida el campo eléctrico de la esfera cargada . Repita el paso anterior tres veces tomando varias medidas para cada caso y saque el promedio en cada situación, llene la siguiente tabla: unidades anteriores Nm2/KC d) 9×109 Nm2/C2 e) Reemplazando estos dos resultados se obtiene: a. 8013,9 Nrn2/9x109Nrn2C/C2 b. Q- 8,904XIO-7C 2. 5. De la gráfica, determine y encuentre el porcentaje de error. Radio Teórico = rT= 0,3m El radio experimental se obtiene de la ecuación E— kQ/r2, por lo que la pendiente de la gráfica Cámpo Eléctrico vs Carga es igual a Wr2=9×109 N/C2.
Entonces ((9x109Nm2/C2) / ,054×1 0-5m 3. Agregue en su informe comentarios, sugerencias, causas de error y conclusiones. COMENTARIOS: Cuando hicimos el experimento con la barra de ámbar y la barra de vidrio, pudimos observar que la carga se concentraba solamente en la zona donde habíamos frotado con la tela o la piel. Notamos que aunque intentáramos cargar la barra de vidrio y la de ámbar con el mismo material y la misma fuerza ,siempre era más difícil cargar la de vidrio. Cuando pasamos al experimento con la esfera, vimos que el campo eléctrico se trabaja tuviera en el centro de la 0 DF 11 esfera.
