experiencia de laboratorio

1. Agosto 18, 2009
Codigo: 1022-02-04 Departamento de Matematicas y F sica
Laboratorio de F sica I c Ciencias Basicas
Universidad del Norte - Colombia
CARGAS ELECTROESTATICAS
Daniela Hernandez Stefee Agudelo
email: debradh@uninorte.edu.co email: paolac@uninorte.edu.co
Ingenier a Industrial Ingenier a Industrial
Resumen
In this report, is to the study of electrostatics the form in like a body acquiring load, which also can be said to
him like electrifying a body, the di erent types from methods that exist as they are it load by friction, load by
contact, load by induction, which dates studies threw the load that obtained the producers of individual form
obtained when realising some of the methods. It is determined what is the load of a body to the electri ed being
as well and the behavior of metals when they are loaded by means of the induction method.
Resumen
Es na s ntesis de un solo parrafo (maximo ocho renglones) del objetivo de la practica y su conclusion principal.
En este informe, se
Debe escribirse en espa~ol con el t tulo de Resumen e ingles con el titulo de Abstract
n
muestra el estudio de la electros tica la forma en como un cuerpo adquirir carga, lo que tambien
se le puede decir como electrizar un cuerpo, los diferentes tipos de metodos que existen como
lo son carga por friccion, carga por contacto, carga por induccion, la cual data estudios nos
arrojara la carga que obtuvo los productores de forma individual obtenida al realizar alguno
de los metodos. Se determina cual es la carga de un cuerpo al ser electri cado y a su vez el
comportamiento de los metales cuando se cargan por medio del metodo de induccion.
1 INTRODUCCION Y OBJETIVOS
INTRODUCCION Si estudiamos la historia de descubrimientos acerca de las cargas electricas,
nos damos cuenta de que la historia de estas se remonta muchos a~os atras, la cual inicio gracias
n
al hecho de que el ambar, al ser frotado adquiere el poder de atraccion sobre algunos obje-
tos(tales de Mileto) es decir que este fenomeno que un cuerpo puede cargarse( se presenta un
exceso de electrones) el cual se presenta en nuestra vida diaria y que en la mayor a de ocasiones
no es analizado, la f sica se ha encargado de estudiar este fenomeno, las diferentes forma como
se pueden cargar los cuerpos y los fenomenos f sicos que en dicho proceso ocurren.
OBJETIVOS
Objetivo general:
en esta experiencia se analizara los fenomeno f sicos que se encuentran involucrados en el
proceso de electri car un cuerpo.
Objetivos espec cos:
-determinar mediante instrumentos el signo de la carga adquirida por un cuerpo al ser elec-
trizado.
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-hacer uso de los diferentes metodos de carga (induccion, contacto, friccion).
-comparar la distribucion de carga en un cuerpo metalico sometida al metodo de carga por
induccion.
2 MARCO TEORICO
La electrostatica es la rama de la f sica que estudia los fenomenos electricos producidos por
distribuciones de cargas estaticas, esto es, el campo electrostatico de un cuerpo cargado.
La existencia del fenomeno electrostatico es bien conocido desde la antig•edad, existen nu-
u
merosos ejemplos ilustrativos que hoy forma parte de la ense~anza moderna; como el de compro-
n
bar como ciertos materiales se cargan de electricidad por simple frotadura y atraen, por ejemplo,
peque~os trozos de papel o pelo a un globo que previamente se ha frotado con un pa~o seco.
n n
Materiales aislantes, conductores Los materiales se comportan de forma diferente a la
hora de adquirir una carga electrica. Esto se debe a que en ciertos materiales, t picamente en
los metales, los electrones mas alejados de los nucleos respectivos adquieren facilmente libertad
de movimiento en el interior del solido. Estos electrones libres son las part culas que trans-
portaran la carga electrica. Al depositar electrones en ellos, se distribuyen por todo el cuerpo,
y viceversa, al perder electrones, los electrones libres se redistribuyen por todo el cuerpo para
compensar la perdida de carga. Estas sustancias se denominan conductores. En contrapartida
a los conductores electricos, existen materiales en los cuales los electrones estan rmemente
unidos a sus respectivos atomos. En consecuencia, estas sustancias no poseen electrones libres
y no sera posible el desplazamiento de carga a traves de ellos. Al depositar una carga electrica
en ellos, la electrizacion se mantiene localmente. Estas sustancias son denominadas aislantes o
dielectricos. El vidrio, la ebonita o el plastico son ejemplos t picos. Entre los buenos conductores
y los dielectricos existen multiples situaciones intermedias. Entre ellas destacan los materiales
semiconductores por su importancia en la fabricacion de dispositivos electronicos que son la base
de la actual revolucion tecnologica.
Tipos de cargas
Carga inducida: La carga inducida se produce cuando un objeto cargado repele o atrae
los electrones de la super cie de un segundo objeto. Esto crea una region en el segundo objeto
que esta con una mayor carga positiva, creandose una fuerza atractiva entre los objetos.
Carga por friccion: En la carga por friccion se trans eren electrones por la friccion del
contacto de un material con el otro. Aun cuando los electrones mas internos de un atomo
estan fuertemente unidos al nucleo, de carga opuesta, los mas externos de muchos atomos estan
unidos muy debilmente y pueden desalojarse con facilidad. La fuerza que retiene a los electrones
exteriores en el atomo varia de una sustancia a otra.
Carga por induccion: Se puede cargar un cuerpo por un procedimiento sencillo que
comienza con el acercamiento a el de una varilla cargada. Considerese la esfera conductora
no cargada, suspendida de un hilo aislante. Al acercarle la varilla cargada negativamente, los
electrones de conduccion que se encuentran el la super cie 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 acercandose a la varilla, porque la fuerza de atraccion

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entre el lado cercano de aquella y la propia varilla es mayor que la de repulsion entre el lado
lejano y la varilla. Vemos que tiene una fuerza electrica neta, aun cuando la carga neta en las
esfera como un todo sea cero. La carga por induccion no se restringe a los conductores, si no
que se puede presentar en todos los materiales.
3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Materiales:
-DATA STUDIO
-sensor de carga
-jaula de faraday
-electrometro
-esferas metalicas
-transportador de carga
-productores de carga (azul y blanco)
METODOS
Primera experiencia
Esta experiencia se baso en la electri cacion de los materiales en este caso se uso dos pro-
ductores, la conservacion de la caga de estos. Para tal estudio fue necesario frotar los dos
productores e ingresarlos uno por uno, luego DATA STUDIO arrojaba las cargas dependiendo
de los diferentes de metodos usado para cargar un material. Los cuales seran especi cados a
continuacion:
* Carga por friccion: se frotaron los productores y se ingresaron uno a uno en la jaula de
faraday la carga que arrojaba DATA STUDIO era contraria a la que pose a el productor como
consecuencia de que si el productor se encontraba cargado negativamente este desplazaba los
electrones a los extremos de la jaula, quedando esta cargada positivamente en su super cie y
esta era la arrojada por data estudio.
*carga por contacto: se frotaban los productores se ingresaban uno a uno a la jaula de faraday
tocando la jaula y el productor le transfer a su carga a la jaula, quedando cargada la super cie
de esta con la carga que la trans rio el productor, lo que quiere decir que en este metodo la
carga que arroja el data estudio es exactamente la que posee los productores.
*carga por induccion: se frotaban los productores se ingresaban uno a uno y cuando estos
se encontraban dentro se toca la jaula en la parte de adentro, actuando nosotros como polo
tierra, es decir, atra amos la carga desplazada al extremo de la jaula al momento de ingresar
el productor, dejando solo la carga que se encontraba en la super cie, es decir, induciendo la
carga.
Este ultimo tipo de carga fue realizado con las dos esferas metalicas, para poder llevar a cabo
esta parte del experimento se tomo una de las esferas la cual se demostro que estaba aterrizada(
es decir su carga era neutra) y otra que estaba conectada a la fuente de voltaje( esta cargada
positivamente). Luego primera se coloco a una distancia corta de la segunda sin ser juntadas,
mas tarde con el probador metalico probamos que esta estaba cargada negativamente en la

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parte mas cercana de la bola y en el extremo mas lejos se encontraba cargada positivamente.
lo cual este comportamiento se esperaba ya que las cargas de signos iguales se repelen y las de
signos opuestos se atraen( los electrones fueron atra dos por la esfera que se encontraba cargada
positivamente conectada a la fuente de voltaje ) ,luego se toco a la primera esfera en el extremo
opuesto al que estaba en contacto con la otra esfera, y se Alejo la esfera 2 que se encontraba
conectada a la fuente de voltaje, y con el probador metalico estudiamos cual fue la carga con la
que quedo la esfera.>cual fue? como era de esperarse esta quedo cargada negativamente lo que
sucedio fue que en la esfera que tocamos la carga que se encontraba en ese extremo de la esfera
era positiva y nuestro cuerpo la atrajo a la tierra. Luego la esfera queda cargada negativamente,
luego estas cargas que quedaron en un extremo de la esfera seran desplazadas a toda la super cie
de la esfera por que las cargas crean una fuerza de repulsion entre ellas misma, y al momento
de tocar la esfera en cualquier punto de su super cie se encontrara cargada negativamente.
4 DATOS OBTENIDOS
Figura 1: Carga por contacto con productor azul. esta gra ca muestra la carga real que tiene
el productor azul, ya que cuando este interactua con la jaula el productor le trans ere su carga,
tal como se muestra en la gura.

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Figura 2: blanco. esta gra ca muestra la carga real del productor ya que inicialmente tenia una
carga positiva y luego al ser frotado y al interactuar con la jaula de faraday le trans rio su carga
a esta y queda cargada negativamente, como se muestra en la gura.

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Figura 3: carga por induccion productor azul. el gra co nos muestra que al momento de ingresar
el productor la carga inducida es negativa.
Figura 4: carga por induccion con productor blanco. este gra co nos muestra que al momento
de ingresar el productor y tocar la jaula de faraday , la carga inducida es positiva.

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Figura 5: en la gura se muestra las cargas producidas atravez del metodo de friccion, observamos
que inicialmente se referencia una carga positiva, puesto que con anterioridad se ha ingresado el
productor blanco, sinembargo esa no es la carga real que presenta el productor ya que su carga
es de valor negativa. seguidamente se observa en la gra ca que se presenta un cambio en esta
debido a que es ingresado el productor de color azul con carga negativa; pero igual que con el
productor anterior su carga real es opuesta.

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Figura 6: con el trasportador la esfera en la parte mas cercana a la esfera izquierda(la cual se
encuantra cargada positivamente) e ingresandolo en la jaula de faraday nos muestra que esta
posee carga negativa. y en la parte mas alejada de la esfera izquierda esta cargada positivamente.

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Figura 7: carga por induccion de la esfera. cuando la esfera es tocada en la parte mas alejada de
la esfera izquierda donde se encuentra la carga positiva esta es atraida por nosotros( actuando
como polo tierra) y al momento de retirar la esfera conectada al electrometro, a esta se le induce
la carga negativa, como muestra la gura.

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Figura 8: esfera descargada
5 ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS
Pregunta 1: >Que signo tiene la carga obtenida por el productor de carga blanco despues de
ser frotado con el azul?. >Que signo tiene la carga obtenida por el productor de carga azul?.
Explique como cada productor obtuvo esa carga.
Rta: al momento de frotar los productores e ingresarlos a la jaula de faraday (sin tocarla)
este objeto cargado atrae a las cargas opuestas a las que este posee a la suer cie con la que
esta interactuando de la jaula .lo que quiere decir que la jaula de faraday queda con una carga
contraria a la del productor ingresado. y DATA estudio arroja la carga que posee la jaula.con
la anterior explicaion se puede decir que al momento de ingresar el productor azul la gra ca
de DATA estudio muestra una carga negativa;como consecuencia a lo anterior se dice que la
jaula se encuentra cargada negativamente y el productor se espera que este cargado en forma
contraria a esta ,es decir, el reproductor azul debe tener una carga positiva. despues cuando se
ingreso el productor blanco en la gra ca se observaba que la jaula de faraday tenia una carga
positiva, eso quiere decir que el productor blanco debia tener una carga negativa.
Pregunta 2: >Que diferencias observa en la gra ca entre introducir el productor de carga
en la jaula sin tocarla y cuando el productor de carga la toca directamente?. Explique con
argumentos f sicos que sucede en cada caso.
Rta: la diferencia que se observa es cuando no se toca la jaula con el reproductor la carga
de la jaula es opuesta a la del reproductor que se esta estudiando. por lo tanto DATA estudio

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arrojara una gra ca con las cargas de signo contrario a la que se estudia.en cambio cuan esta
jaula es tocada por el productor su carga es transmitida a la jaula por lo tanto el signo arrojado
por DATA estudio por medio de este metodo es el que posee el productor.
Pregunta 3: >Que puede decir acerca de la distribucion de las cargas en la esfera metalica
del experimento II cuando esta cerca de la esfera conectada a la fuente con relacion a la dis-
tribucion de la carga cuando esta es cargada por induccion?.
Rta: para poder describir el comportamiento de las esferas es importanet reordar que una
esfera esta coenctado a la fuente y su carga es psitiva(1), mientras la otra esfera que se encuentra
neutra(2). al moemnto de estas ser acercadas a una distancia muy peque~a , hace que las cargas
n
de(2) e se redestribuya atrayendo los electrones al extremos mas cercano a la esfera cargada
positivamente(1) y que sus protones queden hacia el otro extremo. luego se toca a la esfera
(2)por el extremo mas lejano a la otra esfera en el cual se encuantran los protones, luego se
retira la esfera cargada (+).>que sucede? la carga positiva de la esfera sera atraida por nosotros
y luego pasa a la tierra quedando asi la esfera cargada negativamente. ahora estas cargas se
dezplazan a lo largo de lal super cie ya que estas se repelen entre ellas mismas.al momento de
tocarla en cualquier parte de su super cie esta carga sera negativa.
6 CONCLUSIONES
Despues de haber realizado el ensayo en el laboratorio podemos concluir lo siguiente:
Se demostro que cuando un cuerpo es cargado por friccion y lo introducimos en una jaula
de faraday para comprobar los signos de carga vemos que DATASTUDIO nos arroja una
carga opuesta ala que en realidad posee el productor.
Mientras que cuando cargamos u cuerpo por contacto el resultado que arroja DATASTU-
DIO, es la carga real que poseen los productores, ya que el productor al hacer contacto
con la jaula le transmite su carga.
Con el metodo de induccion demostramos, primero que cuando acercamos el cuerpo elec-
trizado al neutro, ocurre una interaccion electrica entre ambos, lo que da como resultado
que se desplacen electrones al cuerpo neutro.
En general con los tres metodos estudiados en el laboratorio, nos dimos cuenta que aunque
los tres metodos sirven para lo mismo, es decir cargar un cuerpo, sus resultados no pre-
cisamente tendran que ser iguales, con respecto al signo de cargas.
7 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
es.wikipedia.org/wiki/Electrostatica
www.slideshare.net/.../experiencia-1-1013157

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preguntas problematologicas
1. Explique >que fenomeno f sico ocurre cuando se carga un cuerpo mediante el frotamiento
con otro cuerpo?
Rta: Al poner en contacto por medio de la frotacion dos cuerpos, entre ellos ocurre un
fenomeno llamado electrizacion, este fenomeno se re ere al efecto de ganar cargas electricas
especialmente electrones, producido por un cuerpo cuando tiene carga neutra.
2. En el proceso de cargar un cuerpo por induccion. >que ocurre con la carga de la jaula
cuando es momentaneamente aterrizada mientras que el productor de carga se encuentra todav a
en su interior?
Rta: cuando aterrizamos la jaula de Faraday que generalmente se hace tocando la jaula
con nuestro cuerpo normalmente con los dedos, estamos haciendo un polo a tierra es decir que
servimos como medio para que los electrones lleguen a tierra, lo que hace que dentro de la jaula
se pierda su carga, quedando neutra.
3. Para el mismo caso anterior, >que ocurre con la distribucion de la carga de la jaula despues
que se retira el productor de carga de su interior?
Rta: como la jaula ya se encuentra aterrizada, debido al polo a tierra anteriormente efec-
tuado se logra tambien que los electrones presentes en el productor se vallan a tierra con lo que
conlleva a que dentro de la jaula quede una carga positiva.
4 . En el proceso de distribuir la carga sobre una super cie, >el resultado hubiera sido el
mismo si se invirtiera el orden del proceso, es decir, si se hubiera retirado primero la esfera
cargada y despues el dedo?. Explique su respuesta.
Rta: si hubiera sido el mismo resultado ya que se veria afectado ya que cuando introducimos
al productor en la jaula de faraday, el productor esta cargado positivamente que obtiene cuando
es retirado y luego nuestro dedo.