Este documento presenta los conceptos fundamentales de la electrostática. Explica que la carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia y surge de la distribución de electrones en los átomos. Describe los procesos de electrización como la fricción y la influencia, y las leyes de la atracción y repulsión entre cargas. También describe generadores electrostáticos como la máquina de Wimshurst y la máquina de Van de Graaf.

1. LABORATORIO DE FISICA III
Experiencia: N°1
Tema:
ELECTROSTÁTICA
Integrantes:
 Pablo Sebastián Montoya Pesantes 09140165
 Carlos Enrique Falcón Zapata 11190231
 Cristhian F. Fernández Tafur 07200048
 Jorge Armando Quispe Buitrón

2. I. OBJETIVO
1. Comprobarexperimentalmentelaresistenciade unade laspropiedadesde la materia
llamadacarga eléctrica.
2. Experimentarconlaelectrificaciónde loscuerposmediante losdiversosprocesos.
3. Verificarlainteracciónelectrostáticaentre cargasde igual signoy de signosopuestos.
4. Conocerel funcionamientoylosprincipiosfísicosde un generadorelectrostática-
maquinade Wimshurst y la Maquinade Van derGraaf.
5. Conoceraplicacionesde lamaquinade VanDerGraaf.
II. MATERIALES

3. III. FUNDAMENTO TEORICO
 CONCEPTOS GENERALES DE LA ELECTROSTATICA

4. 1.ELECTRIZACIÓN
Cuando a un cuerpo se le dota de propiedades eléctricas se dice que ha sido electrizado. La
electrizaciónporfrotamientopermitió,atravésde unascuantas experienciasfundamentales y de
una interpretaciónde lasmismascada vez más completa, sentar las bases de lo que se entiende
por electrostática.
Si una barra de ámbar (de caucho o de plástico) se frota con un paño de lana, se electriza. Lo
mismo sucede si una varilla de vidrio se frota con un paño de seda. Aun cuando ambas varillas
puedenatraerobjetosligeros,comohilosotrocitosde papel,lapropiedadeléctricaadquirida por
frotamiento no es equivalente en ambos casos. Así, puede observarse que dos barras de ámbar
electrizadas se repelen entre sí, y lo mismo sucede en el caso de que ambas sean de vidrio. Sin
embargo, la barra de ámbar es capaz de atraer a la de vidrio y viceversa.
Este tipode experienciasllevaron a W. Gilbert (1544-1603) a distinguir, por primera vez, entre la
electricidadque adquiere el vidrio y la que adquiere el ámbar. Posteriormente Franklin al tratar
de explicar los fenómenos eléctricos consideró la electricidad como un fluido sutil, llamó a la
electricidad«vítrea» de Gilbertelectricidadpositiva(+) ya la «resinosa» electricidad negativa (-).
Las experiencias de electrización pusieron de manifiesto que:
“Cargas eléctricas de distinto signo se atraen y cargas eléctricas de igual signo se repelen.”
Una experiencia sencilla sirvió de apoyo a Franklin para avanzar en la descripción de la carga
eléctricacomopropiedadde lamateria.Cuandose frotala barra de vidriocon el paño de seda, se
observaque tantouna como otra se electrizanejerciendoporseparadofuerzasde diferente signo
sobre un tercer cuerpo cargado. Pero si una vez efectuada la electrización se envuelve la barra
con el pañode seda,nose apreciafuerzaalguna sobre el cuerpo anterior. Ello indica que a pesar
de estar electrizadas sus partes, el conjunto paño-barra se comporta como si no lo estuviera,
manteniendo una neutralidad eléctrica.
Este fenómeno fue interpretado por Franklin introduciendo el principio de conservación de la
carga, según el cual cuando un cuerpo es electrizado por otro, la cantidad de electricidad que
recibe unode loscuerposesigual a laque cede el otro, pero en conjunto no hay producción neta
de carga. En términos de cargas positivas y negativas ello significa que los cuerpos y de su
composición. Existe, no obstante, la posibilidad de electrizar un cuerpo neutro mediante otro
cargado sin ponerlo en contacto con él. Se trata, en este caso, de una electrización a distancia o
por influencia.Si el cuerpocargadoloestápositivamentelaparte del cuerponeutro más próximo
se cargará con electricidadnegativa y la opuesta con electricidad positiva. La formación de estas
dos regiones o polos de características eléctricas opuestas hace que a la electrización por
influenciase ladenomine tambiénpolarización eléctrica. A diferencia de la anterior este tipo de
electrización es transitoria y dura mientras el cuerpo cargado se mantenga suficientemente
próximo al neutro.
2.LA NATURALEZA ELÉCTRICA DE LA MATERIA
La teoríaatómica modernaexplicael porqué de losfenómenosde electrizaciónyhace de la carga
eléctrica una propiedad fundamental de la materia en todas sus formas. Un átomo de cualquier

5. sustancia está constituido, en esencia, por una región central o núcleo y una envoltura externa
formada por electrones.
El núcleo está formado por dos tipos de partículas, los protones, dotados de carga eléctrica
positiva, y los neutrones, sin carga eléctrica aunque con una masa semejante a la del protón.
Tanto unos como otros se hallan unidos entre sí por efecto de unas fuerzas mucho más intensas
que lasde la repulsiónelectrostática -lasfuerzasnucleares- formandountodocompacto.Su carga
total es positiva debido a la presencia de los protones.
Los electrones son partículas mucho más ligeras que los protones y tienen carga eléctrica
negativa. La carga de un electrón es igual en magnitud, aunque de signo contrario, a la de un
protón. Las fuerzas eléctricas atractivas que experimentan los electrones respecto del núcleo
hacen que éstos se muevan en torno a él en una situación que podría ser comparada, en una
primera aproximación, a la de los planetas girando en torno al Sol por efecto, en este caso de la
atracción gravitatoria.El númerode electronesenun átomo es igual al de protones de su núcleo
correspondiente, de ahí que en conjunto y a pesar de estar formado por partículas con carga, el
átomo completo resulte eléctricamente neutro.
Aunque los electrones se encuentran ligados al núcleo por fuerzas de naturaleza eléctrica, en
algunostiposde átomos les resulta sencillo liberarse de ellas. Cuando un electrón logra escapar
de dicha influencia,el átomocorrespondientepierdelaneutralidadeléctrica y se convierte en un
Ion positivo, al poseer un número de protones superior al de electrones. Lo contrario sucede
cuando un electrón adicional es incorporado a un átomo neutro. Entonces el Ion formado es
negativo.
3.ELECTRICIDAD
La palabraElectricidad deriva de "electrón" que quiere decir "ámbar". Es un agente natural que
se manifiestapor atracciones y repulsiones de masa cargadas de electrones o masas deficitarias
de electrones.
4.ELECTROSTATICA
Es la parte de laFísica que estudiaa lascargas eléctricasen reposo (masa de electrones ganada o
cedida).
Aproximadamente 6 siglos antes de Cristo vivió Thales, nacido en la ciudad de Mileto (antigua
ciudad de Asia Menor con puerto en el mar Egeo. Fue sede de la escuela filosófica de Jonia,
Grecia).
Según la historia científica, parece que fue Thales quien descubrió que frotando una barra de
AMBAR con un paño, atraía objetos muy livianos como pedazos de papel o plumas.
Posteriormente,aeste fenómenose le llamo Electricidad, derivado de "electrón", que en griego
quiere decir ámbar.
5.CARGA ELÉCTRICA
Se llamacarga eléctricaala masa de electricidadganada o perdida por un cuerpo cualquiera; por
eso hay dos clases de electricidad.
6.ELECTRICIDAD POSITIVA O VITREA
Es la que aparece en una barra de vidrio al ser frotada por una tela de seda, debido a que los
electronesde losátomossuperficiales del vidrio han pasado a la tela de seda y la barra de vidrio

6. ha quedado deficitaria en electrones, por consiguiente, cargada de protones o con electricidad
positiva.
7.ELECTRICIDAD NEGATIVA O RESINOSA
Es la que aparece enuna barra de resina(oplástico) cuandose frotacon una tela o lana, debido a
que los electrones debido a que los electrones de la lana han pasado a la resina; la lana se ha
quedado deficitaria de electrones y la barra de resina ha quedado cargada de electrones o con
electricidad negativa.
 LEYES DE LA ELECTROSTÁTICA
A. Primera ley de la electrostática
“Los cuerpos con cargas diferentes se atraen, cuerpos con cargas iguales se repelen".
B. Segunda ley de la electrostática (LEY DE COULOMB)
“La fuerza de atracción o repulsión en la línea que une los centros entre dos cargas
electrostáticas, es directamente proporcional al producto de su masa e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia que separa sus centros".
 GENERADORES ELECTROSTATICOS
 MAQUINA DE VAN DER GRAAF
El generador de Van der Graaf El generador de Van der Graaf (máquina electrostática), fue
ideada por Robert J. Van der Graaf en 1929, con el fin de generar voltajes elevados para
experimentos en Física Nuclear, aunque la idea base de la máquina, puede ser originaria
alrededor de los años 1800. El generador de Van der Graaf clásico, consiste en un cinturón
aislante,motorizado,que transportacargaa unterminal hueco, dentro del terminal, la carga es
recolectada por un peine metálico que se aproxima al cinturón y transferida a la superficie
exterior mediante contactos. Las cargas, en el dispositivo original, se transfieren al cinturón
aislante,mediante undispositivoelectrónicode altovoltaje encontinua.Lamáquinaoriginal era
doble,condosterminalescargadosde signoopuesto.El sistemade excitaciónpuede construirse
de muchas formasdiferentes,laoriginal, usando un excitador electrónico, es la más adecuada.

7. PARTES:
FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR DE VAN DER GRAAF
En primer lugar, se electrifica la superficie de la polea inferior debido a que la superficie del
polea y la cinta están hechos de materiales diferentes. La cinta y la superficie del rodillo
adquieren cargas iguales y de signo contrario. Sin embargo, la densidad de carga es mucho
mayor en la superficie de la polea que en la cinta, ya que las cargas se extienden por una
superficie mucho mayor.
Si una aguja metálicase colocacerca de la superficie de lacinta,ala altura de su eje.Se produce
un intensocampo eléctrico entre la punta de la aguja y la superficie de la polea. Las moléculas
de aire en el espacio entre ambos elementos se ionizan, creando un puente conductor por el
que circulan las cargas desde la punta metálica hacia la cinta. Las cargas negativas son atraídas
hacia lasuperficie de lapolea,peroenmediodel caminose encuentralacinta,yse depositanen
su superficie,cancelandoparcialmentelacarga positivade lapolea.Perolacintase mueve hacia
arriba, y el proceso comienza de nuevo.

8.  LA MÁQUINA DE WIMSHURST
La máquinade Wimshurstesungeneradorelectrostático de altovoltaje desarrolladoentre 1880
y 1883 por el inventorbritánicoJamesWimshurst(1832 - 1903). Tiene un aspecto distintivo con
dos grandes discos a contra-rotación (giran en sentidos opuestos) montados en un plano
vertical, dos barras cruzadas con cepillos metálicos, y dos esferas de metal separadas por una
distancia donde saltan las chispas. Se basa en el efecto triboeléctrico, en el que se acumulan
cargas cuando dos materiales distintos se frotan entre sí.
Montaje experimental histórico,parageneración
de alta tensióncontinua,nopeligrosa,para
numerososexperimentossobre electrostática.
Accionamientomediantemanivelaycorrea,
distanciaentre chispasregulable,dos
condensadoresde altatensión(botellasde
Leyden).
Diámetro:310 mm
Distanciade chispas: máx.120 mm
Dimensiones: aprox.360x250x400 mm³
Peso:aprox.3,4 kg.
FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR DE WIMSHURST
En la máquinade Wimshurst,lashojasmetálicasactúancomoobjetocargadoen parte del
cicloy como objetosde carga inducidaenotraparte del ciclo.
Se observará,sinembargo,que el procesode carga inductiva,requiere que existacon
anterioridadunobjetocargado. Si admitimosque lamáquinaarrancaensu movimiento,con
ausenciatotal de carga, ¿cómo se produce el fenómeno?
El problemaessimilaral de lacuchillade afeitarapoyadaenequilibriosobre sufilo;en
teoría,la cuchillanodeberíacaer al estar perfectamenteequilibradaynoexistiruna
direcciónprivilegiadade caídaen el espacio.Sinembargocae,debidosimplementeaque es
imposibleequilibrarlacuchillade formaperfecta.Enel casode lamáquinade Wimshurst,el
arranque y la construcción de carga, se producensimplementeporque enprincipio,la
máquinanoes perfectamente neutra.
Por supuesto,noesposible saberlapolaridadque lamáquinatomaráuna vezla
arranquemos(lahojade afeitarpuede caerencualquierdirección).
Por esarazón, algunasmáquinasde Wimshurstincorporanuntrocitode piel,que ofrece un
mínimode carga enalgúnpunto,de forma que lamáquinaarrancará con lamismapolaridad
cada vez.
Una vez lamáquinaarranca, hay cuatro funcionesidénticasrealizándose,dosencadadisco.
En realidad,se tratade cuatro electrophorus,dospositivosydosnegativos.

9. El efectode aproximaciónentrelasseccionespositivasy neutrasde losdiscosenrotación,
realizael efectode induccióndel electrophorus,yloscepillosde cargade losbrazosaislados,
recogenlacarga positivaparallevarlaal terminal.

10. IV. CUESTIONARIO
1.
12. Durante el uso del generador electrostático se percibe un color característico,
investigue a que se debe.
Cuandose producenlaschispasel oxígenode aire (𝑂2) losenlacesentre estasdosmoléculas
cercanas a laschispasse destruyen,ysi encuentranaunamoléculade 02 , entoncestrasla
reacciónquímicade O y 𝑂2 se obtendría 𝑂3 , desprendiendounoloraacre y a grandes
concentracionesde ozonoeste toma uncolorazuladooscuro.
Por lotanto enel uso del generadorelectrostáticocomonose trabajódurante muchotiempo
y no se concentró,por ende nopudimosobservar el colornoobstante si percibimosel olora
acre.
La reacciónque se muestraaquí esparecidaa la que se hizoen el laboratorio,soloque en
lugarde radiaciónUV lo reemplazamosporchispaseléctricas.
13. Explique el poder de las puntas, y sus aplicaciones.
El poderde las puntasse refiere que cuandoaun cuerpoque posee unapuntao varias,y se
encuentracargadoeléctricamente(noimportaconque signo);entoncesestase distribuyepor
todola superficie,ycomosabemosque ladensidadde carga escarga sobre volumen.
Entoncestendremosque enlaspartesconmenorvolumense tendrámayordensidadde
carga.
Comoen laspuntasse concentramucha carga, entoncesse creaun intensocampo.

11. En la figuraque la puntase carga positivamente yque al entrarencontacto con el aire los
iones positivossonrepelidosylosnegativossonatraídos.
En el caso del experimentoen laboratorio hechocon lamáquinade Wimshurstcomose
muestraenla figura:
En el experimentolasdosvarillasestáncargadasde signos
contrariosal establecerloscercacreanuncampo eléctricopor
donde trata de fluirlacorriente ypor esose establecenchispas
enel intermediode laseparaciónde lasdospuntas.
Y en el caso de las aplicacionesesteconceptoesmuyimportante paralaconstrucciónde un
pararrayos.
14. Mencione al menos5 aplicacionesdel equipode VanDe Graaf.
Entre lasaplicacionesde este instrumento:
 El Generadorde Vande Graaf esuna máquinaelectrostática
empleadaenfísicanuclearparaproducirtensionesmuy
elevadas.
La correatransporta lascargas hasta el interiorde ésta,donde
son retiradasporotros peinesyllevadasala superficiede la
esfera.A medidaque lacorrea varecogiendocargasy las
transportahasta la esfera,se creauna diferenciade potencial
de hasta 5 millonesde voltios,debidoatal funcionamiento el
generadorVande Graaf se usapara acelerarunhaz de
electrones,protonesoionesdestinadoabombardearnúcleos
atómicos.
 La generaciónde rayosXmediante grandescantidades

12. de energía.
 Esterilizaciónde materialesyalimentosporel métodode acelerarelectrones.
 En espectáculosparademostraralgunosefectosdel altovoltaje.
 Pruebasexperimentalesde materialesaisladoresindustrialesparaaplicacionesen
transmisiónde energíaaaltosvoltajes.