“CARGAS ELECTROESTATICAS”

Fernando Tejera González                    José Cera Jinete
e-mail: ftejera@uninorte edu.co   ...
1. INTRODUCCION



El estudio de cargas electrostáticas se presenta cuando por medio de algún método
cargamos un cuerpo y ...
La electricidad estática es un fenómeno que se debe a una acumulación de cargas
eléctricas en un objeto. Esta acumulación ...
•   Carga por Inducción: Se introducían los productores de carga sin frotarlos en la
       Jaula de Faraday, uno por uno....
Primera Experiencia

Parte Uno

Una vez realizados los experimentos, es decir, carga por fricción, contacto e inducción,
p...
5. ANALISIS Y RESULTADOS


Pregunta 1: ¿Qué signo tiene la carga obtenida por el productor de carga blanco
después de ser ...
Pregunta 3: ¿Qué puede decir acerca de la distribución de las cargas en la esfera
metálica del experimento “Distribución d...
7. BIBLIOGRAFÍA

   •   MENDOZA PÉREZ, Aníbal., RIPOLL MORALES, Luís., MIRANDA
       CRESPO, Juan. Física Experimental El...
PREGUNTAS PROBLEMATOLOGICAS


1. Explique ¿qué fenómeno físico ocurre cuando se carga un cuerpo mediante el
   frotamiento...
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Experiencia 1

  1. 1. “CARGAS ELECTROESTATICAS” Fernando Tejera González José Cera Jinete e-mail: ftejera@uninorte edu.co e-mail: jacera@uninorte.edu.co Ingeniería industrial Ingeniería Mecánica Fabio Iguaran Didier Bornacelli e-mail: iguaranf@uninorte.edu.co e-mail:dbornacelli@uninorte.edu.co Ingeniería Mecánica Ingeniería Mecánica Abstract. In this report, shows the study of different methods used to carry a body, such as charging by induction, charging by contact and charging by friction, with the help of software data studio, it was determined the sign of the charge acquired by bodies subjected to the process of electrification was a detailed study of various phenomena occurring in the various methods used to load the bodies, and also, how different bodies react to it. In turn, we studied the distribution of a metal body that is subjected to the loading process by induction. Resumen En este informe, se muestra el estudio de los diferentes métodos que utilizamos para cargar un cuerpo, tales como carga por inducción, carga por contacto y carga por fricción, con la ayuda del software data Studio. Se determinó el signo de la carga adquirida por los cuerpos sometidos a los diferentes procesos de electrización. Se hizo un estudio detallado de los distintos fenómenos ocurridos en los diversos métodos utilizados para cargar los cuerpos, y también, la forma en que diferentes cuerpos reaccionan hacia dicho proceso. A su vez, se estudió la distribución de la carga de un cuerpo metálico que es sometido al proceso de carga por inducción.
  2. 2. 1. INTRODUCCION El estudio de cargas electrostáticas se presenta cuando por medio de algún método cargamos un cuerpo y transferir electrones de un cuerpo a otro. Esto ocurre en nuestra vida diaria, solo que a veces no analizamos porque se producen los fenómenos, pero es allí donde entra la física, en este caso se analiza las diferentes formas de cargar un cuerpo y los fenómenos físicos que en dichos procesos ocurre. 2. OBJETIVOS El objetivo general: En esta experiencia se buscan analizar los fenómenos físicos que ocurren en el proceso de cargar eléctricamente un cuerpo. Los objetivos específicos: - Determinar el signo de la carga adquirida por un cuerpo en un proceso de electrificación - Cargar un cuerpo ya sea por fricción, contacto o inducción - Comparar la distribución de carga en un cuerpo metálico sometido al proceso de carga por inducción. 3. MARCO TEORICO La electrostática es la rama de la física que estudia los fenómenos eléctricos producidos por distribuciones de cargas estáticas, esto es, el campo electrostático de un cuerpo cargado. Históricamente: la electrostática fue la rama del electromagnetismo que primero se desarrolló. Con la postulación de la Ley de Coulomb fue descrita y utilizada en experimentos de laboratorios a partir del siglo XVII, y ya en la segunda mitad del siglo XIX las leyes de Maxwell concluyeron definitivamente su estudio y explicación permitiendo demostrar cómo las leyes de la electrostática y las leyes que gobernaban los fenómenos magnéticos pueden ser estudiados en el mismo marco teórico denominado electromagnetismo.
  3. 3. La electricidad estática es un fenómeno que se debe a una acumulación de cargas eléctricas en un objeto. Esta acumulación puede dar lugar a una descarga eléctrica cuando dicho objeto se pone en contacto con otro. La electricidad estática se produce cuando ciertos materiales se frotan uno contra el otro, como lana contra plástico o las suelas de zapatos contra la alfombra, donde el proceso de frotamiento causa que se retiren los electrones de la superficie de un material y se reubiquen en la superficie del otro material que ofrece niveles energéticos más favorables, o cuando partículas ionizadas se depositan en un material. 4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Materiales: • Jaula de Faraday • Sensor de carga • DATA Studio • Interfase de cience workshop • Pinzas dentadas • Productores de carga (blanco y azul) y probador de carga metalico. • Electrómetro. • Esferas metálicas METODOS Primera Experiencia Esta práctica se baso en la electrización de los cuerpos y la conservación de la carga eléctrica. Para ello, cargamos un cuerpo por fricción, contacto e inducción. Para hallar el valor de las diferentes cargas producidas por los productores de cargas frotábamos dichos productores de tal forma que al ingresarlos a la jaula de Faraday, el software Data Studio, nos arrojaba la carga correspondiente en cada uno de los métodos utilizado. • Carga por Fricción: Se frotaban los productores de carga y estos eran ingresados en la Jaula de Faraday.
  4. 4. • Carga por Inducción: Se introducían los productores de carga sin frotarlos en la Jaula de Faraday, uno por uno. Por medio de Data Studio determinábamos la carga de cada productor • Carga por Contacto: Se frotaban los productores de carga y se ingresaban uno por uno tocando la pared interna de la jaula. En la segunda parte del experimento se buscaba indagar como se distribuye la carga sobre una superficie metálica, midiendo carga en varios sectores. Para poder llevar a cabo este experimento se usaron 2 esferas metálicas. Una esfera estaba conectada a la fuente de voltaje y la otra estaba retirada una distancia corta de la esfera conectada. Luego con un probador metálico de carga la tocábamos y la introducíamos en la Jaula de Faraday para ver que la carga de la esfera era igual a 0. En el siguiente paso acercábamos las esferas y por medio del probador hallábamos la carga en 5 puntos diferentes de la esfera. Este procedimiento se realizo 2 veces. 4. DATOS OBTENIDOS
  5. 5. Primera Experiencia Parte Uno Una vez realizados los experimentos, es decir, carga por fricción, contacto e inducción, pudimos obtener el valor de cada carga presente en los productores de carga en cada método, identificando su signo. Parte Dos Al realizar la carga por inducción en las esferas metálicas pudimos comprobar cada uno de los pasos que se realizan en este método, es decir, cuando colocamos el probador de carga metálico en las diferentes regiones de la esfera a la cual se le indujo carga, pudimos apreciar gráficamente el valor de la carga en cada una de estas regiones, las que se encontraban en los extremos y en la parta trasera y superior de la esfera eran cargas positivas, mientras que la región ubicada al frente de la esfera inductora poseía carga negativa.
  6. 6. 5. ANALISIS Y RESULTADOS Pregunta 1: ¿Qué signo tiene la carga obtenida por el productor de carga blanco después de ser frotado con el azul? ¿Qué signo tiene la carga obtenida por el productor de carga azul? Explique como cada productor obtuvo esa carga. Rta/ El productor de carga azul es de material plástico por tanto en el momento de ser frotado tiende a atraer electrones lo cual hace que se cargue negativamente, mientras el material del productor blanco tiende a liberar electrones lo cual hace que el material se ionice es decir que se cargue positivamente Pregunta 2: ¿Qué diferencias observa en la gráfica entre introducir el productor de carga en la jaula sin tocarla y cuando el productor de carga la toca directamente? Explique con argumentos físicos que sucede en cada caso. Rta/ Grafico 1 grafico 2 Grafica. 1 Fricción En esta grafica observamos las cargas de cada uno de los portadores el blanco y el azul. Grafica. 2 Contacto En esta grafica observamos la carga de cada uno de los portadores el blanco y el azul. Cuando tocamos el productor directamente a la jaula este le transmite la carga a la jaula la cual queda con la carga del productor, mientras que por fricción la carga solo permanece ahí mientras el productor esta dentro de la jaula cuando es retirado el productor la jaula se neutraliza nuevamente.
  7. 7. Pregunta 3: ¿Qué puede decir acerca de la distribución de las cargas en la esfera metálica del experimento “Distribución de la carga sobre una superficie” cuando está cerca de la esfera conectada a la fuente con relación a la distribución de la carga cuando esta es cargada por inducción? Realice un grafico con las esferas que muestre la distribución de las cargas observadas en el proceso. Rta/ La esfera conectada al generador de carga positiva lo cual hace que esta se cargue positivamente, por lo tanto al acercar la esfera neutra se genera una redistribución haciendo que los átomos de carga negativa se atraigan con los de carga positiva de la esfera cargada, lo cual hace que en la esfera neutra las cargas positivas se vayan al lado opuesto de donde están las cargas negativas 6. CONCLUSIONES A través de la realización de estas experiencias y al analizar los fenómenos físicos que ocurren al cargar eléctricamente un cuerpo, se puede: • Determinar el signo de la carga que puede presentar un productor cuando es cargado por un proceso de electrificación. • Afirmar que existen varios métodos para cargar un productor o en general un cuerpo, tales como inducción, fricción y por contacto. De esta manera pueden obtener diferentes cargas y afectar a otros cuerpos por medio de la transferencia de electrones. • Concluir que la máxima transferencia de electrones entre cuerpos se encuentra en el punto más cercano al cuerpo que esta cargado por una fuente externa a su vez que el otro cuerpo se carga por inducción y queda polarizado. • Determinar la distribución de cargas en cuerpos que están cargados por una fuente alterna. Como por ejemplo, la carga en cuerpo que esta cargado por el método de inducción esta distribuida en zonas, una parte positiva en una zona y una parte negativa en otra. A este fenómeno se le llama Polarización. • Por medio de los diferentes experimentos llevados a cabo pudimos dar respuesta a los diferentes fenómenos planteados y explicar por que suceden, teniendo un mejor concepto y claridad de lo que llamamos “Electroestática”.
  8. 8. 7. BIBLIOGRAFÍA • MENDOZA PÉREZ, Aníbal., RIPOLL MORALES, Luís., MIRANDA CRESPO, Juan. Física Experimental Electricidad y Magnetismo. 2 ED. Barranquilla: Ediciones Uninorte, 2005. 132 p. • SEARS, Francis W., ZEMANSKY, Mark W., YOUNG, Hugh D., FREEDMAN, Roger A., Física universitaria con física moderna. Vol. 2. Undécima edición. México: Pearson Educación, 2005. 1008p.
  9. 9. PREGUNTAS PROBLEMATOLOGICAS 1. Explique ¿qué fenómeno físico ocurre cuando se carga un cuerpo mediante el frotamiento con otro cuerpo? Rta/ Al frotar un cuerpo con otro sucede un fenómeno físico llamado electrización por contacto, es decir, cuando dos cuerpos que poseen una carga neutra son frotados y una se carga positivamente y la otra se carga negativamente. 2. En el proceso de cargar un cuerpo por inducción. ¿Qué ocurre con la carga de la jaula cuando es momentáneamente aterrizada mientras que el productor de carga se encuentra todavía en su interior? Rta/ Al aterrizar la carga de la jaula sucede que hacemos polo tierra, es decir, somos el medio de conducción de electrones hacia la tierra lo cual hace que la jaula de Faraday de inmediato pierda su carga y quede momentáneamente neutralizada 3. Para el mismo caso anterior, ¿qué ocurre con la distribución de la carga de la jaula después que se retira el productor de carga de su interior? Rta/ Al ser retirado el productor y al estar aterrizada la jaula, los electrones del productor son llevados a tierra lo cual hace que la jaula quede cargada positivamente. 4. En el proceso de distribuir la carga sobre una superficie, ¿el resultado hubiera sido el mismo si se invirtiera el orden del proceso, es decir, si se hubiera retirado primero la esfera cargada y después el dedo? Explique su respuesta. Rta/ Si, solo que el resultado seria invertido ya que cuando el productor es introducido a la jaula esta posee una carga positiva que obtiene cuando retiramos el productor y luego el dedo.

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