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UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA, MECÁNICA ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA PRÁCTICA N° 1 Electrostática

Curso: Física II

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PRÁCTICA N° 1. ELECTROSTÁTICA A. OBJETIVOS Reconocer los diferentes tipos de cargas. Establecer las características de la interacción eléctrica.

B. INTRODUCCIÓN La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia. La carga del protón es +𝑒 y la del electrón – 𝑒, donde 𝑒 = 1.602 × 10−19 𝐶. Un cuerpo macroscópico tendrá una carga "𝑞" si tiene una diferencia entre el número de sus protones y el de sus electrones: 𝑞 = (𝑁𝑝 − 𝑁𝑒 )𝑒 (1)

El modelo: Ahora presentamos un modelo que “explica” los efectos eléctricos en la interacción de dos cuerpos cargados. 1. La materia contiene dos tipos de cargas eléctricas, llamadas positiva y negativa. Los objetos no cargados poseen iguales cantidades de cada tipo de carga, y cuando son cargados por frotamiento la carga se transfiere de un cuerpo al otro. Cuando el proceso ha terminado, uno de los objetos tiene un exceso de carga positiva y el otro un exceso de carga negativa. 2. Objetos cargados con carga del mismo signo se repelen 3. Objetos cargados con carga de distinto signo se atraen. Este modelo es aproximadamente el mismo que propuso el impresor, estadista y científico americano Benjamín Franklin (1760-1790). La carga eléctrica no puede ser creada ni destruida, únicamente puede ser trasferida. Por lo tanto, cuando decimos que un objeto está cargado queremos dar a entender que posee exceso de carga. Una característica de la carga eléctrica contenida en nuestro modelo atómico es la cuantización de la carga. Cuando decimos que algo está cuantizado, significa que eso aparece en terrones, o unidades de tamaño discreto, y no puede ser dividido en trozos más pequeños. La ec. (1) describe muy bien lo manifestado anteriormente.

C. EQUIPO Y MATERIAL Barras de vidrio Barras de plástico (PVC) Trozos de seda

Trozos de plástico Soporte universal Tecknopor, etc.

D. ESQUEMA

Fig. 1

Fig. 2

E. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Utilizando la varilla de PVC 1. Coloque la varilla de PVC como se indica en el esquema Fig. 1. 2. Acerque la otra varilla de PVC sin frotar a la varilla de PVC del péndulo. Observe.  No se observa ninguna interacción, atracción ni repulsión. Ya ninguno de los objetos posee carga. 3. Frote la varilla de PVC con la piel de gato (plástico) y acérquela a la varilla de PVC el péndulo, sin tocarlo. Observe.  Se observa una interacción de repulsión entre ambos objetos porque uno de ellos tiene carga (-) y en el tubo suspendido ocurre un fenómeno de polarización. 4. Frote la varilla de PVC con la piel de gato (plástico) y acérquela a la varilla de PVC el péndulo, pero esta vez tóquelo. Observe.  Al ser tocado se observa una interacción de atracción entre ambos objetos. 5. Toque con sus manos la varilla de PVC del péndulo. ¿qué ocurre?  Al ser tocado la carga que tenía la varilla de PVC se va. 6. Acerque la varilla de vidrio sin frotar a la varilla de PVC del péndulo sin tocarlo. Observe.  No se observa ninguna interacción, atracción ni repulsión. Ya ninguno de los objetos posee carga. 7. Frote la varilla de vidrio con el paño de seda y acérquela a la varilla de PVC el péndulo, sin tocarlo. Observe.  Se observa una interacción de atracción entre ambos objetos porque uno de ellos tiene carga (+) y en el tubo suspendido ocurre un fenómeno de polarización.

8. Frote la varilla de PVC con la piel de gato (plástico) y también la varilla de PVC del péndulo; luego acerque la varilla de PVC, a la varilla de PVC del péndulo sin tocarlo. ¿Qué observa?  Al frotar la varilla de PVC está se carga positivamente y la varilla de PVC del péndulo negativamente por lo cual se observa una interacción de repulsión. 9. Frote la varilla de vidrio con el paño de seda y también la varilla de PVC del péndulo con la piel de gato (plástico). Acerque la varilla de vidrio a la varilla de PVC del péndulo sin tocarlo. Observe.  Al frotar la varilla de vidrio está se carga positivamente y la varilla de PVC negativamente por lo cual se atraen.

F. CONCLUSIONES Se pudo reconocer los tipos de cargas en el experimento hecho. Cuando se está cargando un objeto por conducción (cediendo o quitando electrones, el vidrio se carga positivo, el PVC se carga negativo), entre mayor sea el rozamiento de los cuerpos será cargado de manera más fácil.

G. BIBLIOGRAFÍA http://html.rincondelvago.com/electrostatica_4.html http://emilioescobar.org/u1/U1_3.htm http://es.slideshare.net/rodrigoviveros2/prueba-39125912

PRÁCTICA N° 1. Cuestionario Final. 1. Si tenemos un cuerpo cargado y se acerca un conductor aislado ¿Que ocurre en el conductor? Explique

El conductor es atraído por el cuerpo cargado, ya que cualquier cuerpo cargada atrae a uno neutro así sea aislante o conductor. 2. Si un cuerpo cargado positivamente tiene una masa determinada, al cambiar el signo de la carga del conductor ¿Cambia su masa? Explique

No, la masa es independiente de la carga (al menos en la práctica). La carga eléctrica depende de los electrones que dicho cuerpo contenga, y la masa de un electrón es insignificante a la de su núcleo (un protón es aproximadamente 1820 veces más pesado que un electrón), por lo que independientemente de la carga que contenga un cuerpo, la masa será, a los fines prácticos, la misma (recordar que la carga eléctrica de un protón es la misma que la de un electrón). 3. En la práctica realizada ¿Se puede cargar un cuerpo por inducción? Si ya que al acercarle la varilla cargada negativamente, los electrones de conducción que se encuentran en la superficie de la esfera migran hacia el lado lejano de esta; como resultado, el lado lejano de las esfera se carga negativamente y el cercano queda con carga positiva. 4. ¿A qué se llama "aterrizar" la carga de un cuerpo? Explique mediante un ejemplo y diga ¿por qué es importante?

Los carros que transportan gasolina se van cargando con la fricción del viento, y va distribuyendo toda la carga alrededor de la lámina que contiene la gasolina, esta carga puede producir chispas y estas pueden encender la gasolina, por esta razón llevan una cadena en la parte trasera para descargar o aterrizar la carga. 5. Una carga fija A ejerce determinada fuerza coulumbica sobre la carga B. Indique si se altera la fuerza que A ejerce sobre B al acercarse a B otras cargas.

La carga A realizara la misma fuerza sobre la carga B. Lo que cambiará con la aplicación de otras cargas es la fuerza resultante sobre la carga B 6. Cuando camina sobre una alfombra de nylon y luego toca un objeto metálico grande, como la perilla de una puerta, Ud. recibe una descarga eléctrica y tal vez se forme una chispa ¿Porque tiende a ocurrir esto más en días secos que en días húmedos?

Porque en los días húmedos la carga que "generamos" u "obtenemos" al caminar sobre el nylon la descargamos fácilmente con la atmosfera, dado

que un día con alta humedad es más "conductora" que una con baja humedad (al igual que nuestros zapatos pantalones, etc). 7. Un rayo ocurre cuando hay un flujo de carga eléctrica (principalmente electrones) entre el suelo y una nube de tormenta. La razón máxima de flujo de carga en un rayo es aproximadamente de 20 000 C/s; esto dura 100 x 10^-6 s ¿Cuanta carga fluye entre el suelo y la nube en este tiempo? ¿Cuantos electrones fluyen durante este tiempo?