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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

INGENIERIA EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA

ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

------------ ELECTROSTATRICA -------------

PRACTICA N. 1

INTEGRANTES:

Galván Pliego Antonio

Calvo Barajas Aníbal

Mastache Arriaga Alejandro de Jesus

Beaujean Perez Ricardo

Nava Sánchez Manuel Antonio

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22/09/2010

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INDICE

INTRODUCCION TEORICA……………………………… pág. 3, 4, 5 y 6 OBJETIVO …………………………………………………. pág. 7 MATERIAL…………………………………………………. ..Pág. 7 DESARROLLO DE LA PRACTICA ………………………. pág. 8 A 16. ELECTRIZACION DE UN CUERPO……………. ...pág. 8, 9, 10, 11 Y 12 CLASES DE CARGA ELECTRICA…………………pág. 12 Y 13 ESPECTROS DE UN CAMPO ELECTRICO……...pág. 14, 15 Y 16 CUESTIONARIO………………………………………….. …pág. 16, 17, Y 18. CONCLUSIONES……………………………………………. pág. 18 Y 19 BIBLIOGRAFIA……………………………………………….. pág. 19

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INTRODUCCIÓN TEÓRICA

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. 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, pérdida o ganancia de electrones.

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COMO SE CARGAN LOS CUERPOS

a) 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.

b) 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.

c) 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

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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.

d) 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.

e) 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.

f) 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.

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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.

LINEAS DE FUERZAS ELÉCTRICAS:

Campo eléctrico creado por dos cargas positivas

Campo eléctrico creado por dos cargas de signo opuesto

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OBJETIVO:

Que el alumno

* Verifique que los cuerpos son susceptibles de electrizarse * Identifique los diferentes procedimientos de electrización de los cuerpos * Compruebe la existencia de los tipos de electrización que pueden adquirir los cuerpos. * Diferencie los conductores de los aisladores * Describa los espectros de los campos eléctricos obtenidos entre electrodos de diversas geometrías *Concluya que en la región que rodea a un cuerpo electrizado existe una fuerza de origen eléctrico que recibe el nombre de campo eléctrico

MATERIAL 1 péndulo eléctrico 1 paño de lana 1 paño de nylon 1 barra de vidrio 1 barra de poliestireno 1 barra de hierro 1 electrodo de prueba

1 soporte aislante 1 cuba electrostática aceite de ricino 1 juego de accesorios de la cuba electrostática 1 generador de van den graaff 4 cables de conexión 1 agitador

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DESARROLLO EXPERIMENTAL 1.- Electrización de un cuerpo Existen tres procedimientos por medio de los cuales los cuerpos pueden electrizarse: por frotamiento, por contacto y/o por inducción 1.1.-Electrizacion de un cuerpo Dispositivo: Se emplea un péndulo eléctrico, figura 1 Procedimiento: Realice las actividades siguientes y explique sus observaciones en cada caso:

a) Frote la barra de vidrio con el paño de lana. Acérquela a algunos trocitos de papel.

La barra de vidrio atrae los trocitos de papel ya que adquiere una carga negativa

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b) Nuevamente frote la barra de vidrio con el paño de lana y aproxímela, sin tocar, a la esfera de sauco del péndulo eléctrico.

La esfera de caucho es atraída por la barra de vidrio debido a que ambos cuerpos presentan cargas de naturaleza diferente.

c) Ahora frote la barra de poliestireno y aproxímela al péndulo eléctrico, sin tocar la esfera de caucho.

La barra de poliestireno adquiere una carga diferente a la del vidrio por lo que esta repele la esfera de caucho en vez de atraerla.

Repita el procedimiento anterior con el electrodo de prueba plano en su parte metálica. Explique detalladamente sus observaciones Al frotar el electrodo aparentemente no pasa nada al acercarlo a la esfera de caucho, pero una vez que es retirada el electrodo adquiere la carga del caucho debido a que es un conductor, de manera que al acercarla a otro material como la barra de vidrio estas se atraen, y con la barra de plástico estas se repelen.

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1.2.-Electrización por contacto Procedimiento.-Tome la barra de vidrio, cargada previamente por frotamiento con el paño de lana, y póngala en contacto con el electrodo de prueba plano, como se indica en la figura 2, y acérquelo a la esfera del péndulo eléctrico. Anote sus observaciones. Repita el procedimiento anterior usando la barra de poliestireno. Descargando previamente el electrodo de prueba con los dedos. Discusión: Explique sus observaciones ¿Por qué es necesario aislar el electrodo de prueba?

Porque este es un conductor, por lo que al acercarlo a un material cargado, adquirirá la carga de dicho material.

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Conclusiones: Anote las conclusiones a las que haya llegado. Los cuerpos son eléctricamente neutros, algunos materiales dependiendo de su naturaleza pueden adquirir cargas negativas o positivas. La electricidad estatica se produce por frotamiento entre distintos materiales, como la lana y el vidrio. 1.3.-Electrización por inducción. Dispositivo: Ármelo como se indica en la figura 3 Frote la barra de vidrio con el paño de lana y acérquela a la barra de metal, sin tocar, observe la esfera del péndulo eléctrico. Sin dejar de observar aleje la barra de vidrio cargada.

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Repita el experimento anterior, pero ahora, antes de retirar la barra de vidrio cargada eléctricamente, toque con su dedo la barra de metal como se muestra en la figura 4.

Explique sus observaciones y, en ambos casos, anote sus conclusiones. Como el metal es conductor, este adquiere la carga de la barra de vidrio de manera que se repele con la esfera de caucho. Al colocarle el dedo la barra transfiere su carga al cuerpo humano, de manera que esta queda descargada y ya no repele la esfera de caucho.

II.-Clases de Carga Eléctrica y Fuerzas de Origen Eléctrico. Procedimiento. Toque con la barra de vidrio, frotada con el paño de lana, la esfera de médula de sauco del péndulo durante un corto intervalo de tiempo. Anote sus observaciones. Descargue la esfera tocándola con los dedos y repita el procedimiento anterior empleando la barra de poliestireno. Anote sus observaciones.

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Explique lo ocurrido, obtenga sus conclusiones. Al acercar por más tiempo la barra de vidrio cargada, esta adquiere mayor carga por lo que las fuerzas de atracción o repulsión son mayores. Nuevamente cargue la esfera de médula de sauco, poniéndola en contacto con la barra de vidrio, previamente frotada con el paño de lana. Explique sus observaciones. La esfera adquiere la carga de la barra de vidrio. Ahora, acerque suficientemente la esfera cargada del péndulo eléctrico, sin hacer contacto, primero a la barra de vidrio cargada y después a la barra de poliestireno frotada con el paño de lana.

Explique sus observaciones y señale que sucede con el espacio que rodea a un cuerpo cargado. Anote sus conclusiones. La esfera de caucho está cargada igual que la barra de vidrio, por lo que al acercar ambas estas se repelen. Como la barra de poliestireno presenta una carga de naturaleza diferente, al acercarla con la esfera de caucho estas se atraen. Lo que sucede con el espacio que rodea a un cuerpo cargado es que se presenta un sistema de fuerzas de atracción o repulsión conocido como campo eléctrico. El campo eléctrico son el conjunto de fuerzas que ejerce una carga sobre otras.

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IV.-Espectros del Campo Eléctrico.

Vierta el aceite de ricino en la cuba electrostática, hasta tener una capa de 4 mm de profundidad. Espolvoreé un poco de aserrín e instale una lenteja y el arillo grande (figura 6), en los porta electrodos de la cuba y éstos a su vez conéctelos a tierra y a la esfera del generador de Van de Graaff, respectivamente.

Procedimiento: Ponga a funcionar el generador y observe que pasa con el aserrín. Realice un dibujo del aspecto observado.

Realizado lo anterior desconecte el generador, pero antes descárguelo tocando la esfera con un alambre, conectado previamente a tierra, y remueva por medio del agitador el aceite de ricino con el aserrín e invierta e invierta las conexiones en los porta electrodos, de tal manera que la lenteja este conectada a la esfera del generador y póngalo a funcionar.

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Explique su observación y dibuje el espectro formado por:

a) Dos cargas puntuales de diferente signo.

El aserrín dibuja líneas de atracción hacia la carga negativa.

b) Dos cargas puntuales del mismo signo. El aserrín dibuja líneas de repulsión como ondas que chocas entre sí.

c) Dos placas paralelas cargadas de diferente signo que simulen un condensador de placas paralelas. Se dibujan líneas de fuerza con dirección a la placa negativa y perpendiculares a esta.

d) Dos aros circulares cargados con diferente carga, de tal manera que simulen un condensador de placas cilíndricas. El aserrín de distribuye uniformemente hacia el anillo grande que esta cargado negativamente.

e) Un cuerpo con punta y una placa cargada con signos contrarios.

El aserrín es atraído hacia el cuerpo con punta que esta cargado negativamente.

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*Para que se observe mejor el espectro de campo, instale en un porta electrodo el arillo grande, conectado a tierra, y dos cargas puntuarles a la esfera del generador Dibuje los aspectos de los campos obtenidos para cada uno de los incisos anteriores y explique sus observaciones en cada caso. Indique el procedimiento a seguir para conocer el tipo de carga que proporciona la esfera de Van de Graaff, y diga que tipo es. CUESTIONARIO

1. ¿Qué es la carga eléctrica? La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas (pérdida o ganancia de electrones) que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos

2. ¿Cuántas clases de carga identificó en este experimento? Positivas y Negativas

3. ¿Cómo se comportan las cargas eléctricas entre sí?

Las cargas se comportan como fuerzas de atracción y repulsión dependiendo del valor de la carga.

4. ¿Qué interpretación se da al principio de la conservación de la carga eléctrica, cuando se carga la barra de vidrio por frotamiento con el paño de lana? Que la carga no se crea ni se destruye solo se transforma, y cuando se frota la barra de vidrio con el paño la carga solo es tranformada.

5. ¿Cómo se podría usar una barra, cargada negativamente, para cargar, por inducción, dos barras metálicas, de manera que una quede con carga positiva y otra con carga negativa?

6. ¿Cuál es la diferencia entre un conductor y un aislador? Un conductor un es un material que permita el paso de la corriente eléctrica a través de él. Un aislante no permite el flujo de la corriente eléctrica.

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7. ¿Cómo afecta el medio ambiente a estos éxperimentos? La humedad impide el intercambio de cargas entre materiales.

8. ¿Cómo se descubrió que la carga eléctrica estaba cuantizada? Por medio del experimento realizado por Charles Augustin Coulomb con la balanza de torsión.

9. Explique la Ley de Coulomb. La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

1. Defina los siguientes términos: a) Campo, b) Polarización, c) Dipolo, d) Ionización, e) Carga puntual, f) Gradiente de potencial a) Campo: influencia que una o mas cargas ejercen sobre el espacio que las

rodea.

b) Polarización: es el campo vectorial que expresa la densidad de los momentos eléctricos dipolares permanentes o inducidos en un material dieléctrico.

c) Dipolo: compuesto por dos cargas eléctricas.

d) Ionización: es el proceso químico o físico mediante el cual se producen iones, éstos son átomos o moléculas cargadas eléctricamente debido al exceso o falta de electrones respecto a un átomo o molécula neutro.

e) Carga Puntual: es una carga eléctrica hipotética, de magnitud finita, contenida en un punto geométrico carente de toda dimensión, en otras palabras una carga puntual consiste en dos cuerpos con carga que son muy pequeños en comparación con la distancia que los separa

f) Gradiente de Potencial: es la relación que da un campo eléctrico en cualquier punto del aislamiento, en función de la posición de este punto.

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2. ¿Por qué las líneas de fuerza nunca se cruzan?

Por que representan la magnitud del campo eléctrico de una carga, son líneas separadas uniformemente y perpendiculares al campo. 3. Obtenga el valor de E, entre las placas de un condensador, a partir de la Ley

de Gauss. E = Q/ r2

4. ¿Qué es una superficie equipotencial? Es el lugar geométrico de los puntos de un campo escalar en los cuales el "potencial de campo" o valor numérico de la función que representa el campo, es constante.

5. Dos cargas, de magnitud y signos desconocidos, están separados una distancia d. la intensidad del campo eléctrico es cero en un punto situado entre ellas, en la línea que las une. ¿Qué se puede decir respecto a las cargas? La suma de las fuerzas de atracción o repulsión que ejercen ambas cargas es cero, es decir que se anulan entre si.

6. Explique la Ley de Gauss

Establece que el flujo eléctrico neto a través de cualquier superficie cerrada es igual a la carga neta de la superficie dividida por la permitividad eléctrica del medio.

CONCLUSIONES Nava Sánchez Manuel Antonio La electrostática es el estudio de las cargas en reposo. La electricidad puede transmitirse de diferentes maneras ya sea por fricción, inducción o contacto. En esta práctica se estudio y comprobó los tres métodos de electrización. Los cuerpos adquieren cargas de distinta naturaleza al frotarlos con el mismo material. Existen materiales conductores y aislantes. Los conductores permiten el paso de la corriente eléctrica como se observo con el electrodo, y los aislantes impiden el flujo de la corriente como la madera o la cerámica.

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Mastache Arriaga Alejandro de Jesús Existen materiales los cuales se pueden electrizarse más fácilmente que otros y otros que son totalmente aislantes como el nylon, por otra parte la estática puede viajar incluso por el aire. Los campos eléctricos forman líneas en un radio dependiendo de la fuerza del campo y que lo limita la circunferencia por donde pasa la electricidad provocando. Galván Pliego Antonio Esta práctica nos muestra los materiales y sus propiedades eléctricas, también muestra cómo reaccionan a la polarización y a las transferencias de cargas. También nos muestra las diferentes formas, sentidos que se forman dependiendo el material por el cual la carga eléctrica viaja. Así se muestra que todos los materiales se electrizan menos que otros. Ricardo Beaujean Perez Como pudimos ver el campo magnético es producido por la corriente eléctrica que circula por un conductor. También analizamos que este campo de fuerzas está formado por cargas eléctricas en movimiento, que se manifiestan por la fuerza que experimenta una carga eléctrica al moverse en su interior. Por lo tanto existen materiales que conducen mas que otros y que almacenan mejor su carga al polarizarce

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