Reporte Laboratorio 1 Electricidad

8/17/2019 Reporte Laboratorio 1 Electricidad

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

I C E ZACATENCO

LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

ELECTROESTÁTICA

PRESENTAN:

Nombre:

Almeida Montiel Jonathan

García Acosta Heleny Yarabi

García Rendón Gasca Joaquín

Navarro Jiménez Christian Ricardo

Mercado Muñoz Ortega Marytere

Osorio de la Trinidad Brad Alejandro

Torres Calderón Hugo Ángel

FECHA DE REALIZACIÓN: 3 de Marzo del 2016

FECHA DE ENTREGA: 17 de Marzo del 2016

PROFESORA: Martínez Morales María Susana

GRUPO: 2CM12 EQUIPO: 1


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Índice

ELECTROESTÁTICA........................................................................................................................1

Objetivo general:............................................................................................................................3

Objetivos particulares: ................................................................................................................... 3

Introducción. ..................................................................................................................................4

I. Electrización de un cuerpo. .....................................................................................................6

1.1. Electrización por frotamiento. .................................................................................................6

1.2. Electrización por contacto. ......................................................................................................8

1.3. Electrización por inducción. .................................................................................................. 10

II. Clases de carga eléctrica y fuerzas de origen eléctrico. .......................................................11

III. Conductores y Aisladores. .................................................................................................12

IV. Espectros del campo eléctrico. ..........................................................................................13Conclusiones. ..............................................................................................................................15


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Objetivo general:

Comprender que existen diferentes procesos para la comprobación de campos eléctricos.

Objetivos particulares:

• Verificar que los cuerpos son susceptibles a electrización.• Identificar los diferentes procedimientos de electrización de los cuerpos.• Comprobar la existencia de los tipos de electrización que podrían adquirir los cuerpos.


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Introducción.

La electrostática es la rama de la física que analiza los efectos mutuos que se producen entre los

cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en

equilibrio. La carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los fenómenos

electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que

la poseen.

Los átomos de cualquier superficie contienen el mismo número de electrones y de protones, esto

significa que están eléctricamente neutras. Cuando se altera el equilibrio de electrones y protones

de un cuerpo existe una ganancia o pérdida de dichas partículas llevándose a cabo el fenómeno de

electrización, en este proceso la superficie adquiere una carga eléctrica de igual signo a la carga de

las partículas que predominan en ella, lo que implica, que solo puede haber una gran cantidad de

electrones (-) o de protones (+), las partículas que más fácil se desprenden en los átomos son los

electrones por lo tanto la carga eléctrica se expresa en función al defecto o exceso de electrones.

La electrización puede realizarse por contacto, por frotamiento o por inducción.

Frotamiento:

Cuando ponemos un cuerpo cargado en contacto con un conductor se puede dar una transferencia

de carga de un cuerpo al otro y así el conductor queda cargado, positivamente si cedió electrones

o negativamente si los ganó.

Contacto:

Es necesario que el cuerpo previamente electrizado entre en contacto con un cuerpo neutro para

que se lleve a cabo el proceso de electrización por contacto o conducción. Esto sucede porque, al

entrar los cuerpos en contacto, los electrones se transfieren del material que contiene un exceso de

electrones al otro.

La distribución uniforme de la carga en el material que originalmente se encontraba en estado neutrodependerá mucho de que este sea un buen conductor de la electricidad.

Inducción:

Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando acercamos

un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas


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del primero y el cuerpo neutro. Como resultado de esta relación, la redistribución inicial se ve

alterada: las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo electrizado se acercan a éste. En este

proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en

algunas zonas está cargado positivamente y en otras negativamente Decimos entonces que

aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado induce una carga con signocontrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.


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I. Electrización de un cuerpo.

Identificar la diferencia entre los diferentes tipos de conducción sobre un cuerpo.

Materiales:

1. Juego de accesorios de la cuba electroestática. 4. Cables de conexión.

1. Péndulo Eléctrico. 1. Generador de Van de Graaff

1. Barra de vidrio. 1. Cuba electroestática.

1. Electrodo de prueba. 1. Barra de poliestireno.

1. Paño de lana. 1. Barra de hierro.

1. Agitador 1. Soporte aislante

1. Paño de nylo. 1. Aceite de recino.

1.1. Electrización por frotamiento.

Comprobar por medio de un cuerpo cargado en contacto con un conductor, si se da una

transferencia de carga de un cuerpo al otro, y sí el conductor queda cargado positivamente cederá

electrones o negativamente los ganará.

Procedimiento.

Se empleó el péndulo eléctrico mostrado en la figura 1.

Figura 1. Péndulo eléctrico.


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Se froto una barra de vidrio con un paño de lana y se le acerco unos trozos de papel para verificar

la barra se encontraba cargada eléctricamente. (Véase. figura 2)

Figura 2. Atracción de los pedazos de papel a la barra.

Nuevamente se froto la barra y se aproximó a la esfera de sauco del péndulo eléctrico con el fin de

ver que tanto era su atracción entre ambas. Se continuó frotando la barra de poliestireno y laaproximamos al péndulo eléctrico sin tocar la esfera de sauco. (Véase figura 3).

Figura 3. Atracción de la esfera y la barra.

A continuación se froto la parte plana del electrodo de prueba y se acercó a la esfera de sauco del

péndulo eléctrico para ver la atracción entre ellos.

Análisis.Cuando la barra de vidrio se froto con el paño de lana, se generó un intercambio de cargas, de tal

forma que la barra electrificada al acercarse a unos pedazos de papel, creo atracción. Dejando que

el paño de lana cargado positivamente y la barra de vidrio negativamente.


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Los pedazos de papel eran neutros, tenían el mismo número de cargas positivas que negativas. Al

momento que se le acerco el cuerpo electrizado a los trozos de papel, las cargas de estos se

separaron de forma que una zona del papelito quedo cargada positivamente, mientras que en la

zona opuesta predomino la carga negativa. De esta forma los trozos de papel quedaron pegados al

cuerpo electrizado. (Véase figura 2).En el segundo procedimiento la barra de vidrio se cargó negativamente y al ser acercada a la esfera

de sauco estos dos objetos tendieron a atraerse, esto es porque el sauco tuvo una carga neutra

pero su lado positivo se atrajo con el lado negativo de la barra. (Véase figura 3).

Y por último, la barra de poliestireno se cargó con el paño de lana, y se observó que la barra no

tenía suficiente carga para lograr atraer la esfera por lo tanto, las cargas pueden variar según el

elemento que se esté utilizando para la transmisión de electrones de sus átomos.

Conclusión.

Se comprobó la hipótesis de la electrización por frotamiento en donde se colocó un cuerpo cargado,

en este caso fue la barra de vidrio y el conductor, el cual, provoco ceder electrones cuando quedo

cargado positivamente y gano electrones cuando quedo cargado negativamente.

1.2. Electrización por contacto.

Comprobar con un cuerpo previamente electrizado entre en contacto con un cuerpo neutro para que

se lleve a cabo el proceso de electrización por contacto o conducción. Esto sucederá porque, al

entrar los cuerpos en contacto, los electrones se transfieren del material que contiene un exceso de

electrones al otro.

Procedimiento:

Se froto la barra de vidrio con el paño de lana y en seguida se puso en contacto con el electrodo de

prueba plano. (Véase figura 4)


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Figura 4. Acercamiento de la barra con el electrodo de prueba.

A continuación el electrodo plano de prueba plano se acercó a la esfera del péndulo eléctrico.

Una vez terminado, se descargó el electrodo de prueba plano. Se froto la barra de poliestireno con

el paño de lana y una vez cargado se acercó al electrodo de prueba y se aproximó a la esfera de

sauco.

Análisis.

Al cargar las barras y acercarlas al electrodo de prueba plano no había una transferencia de

electrones, pues al aproximar el electrodo de prueba con la esfera de sauco del péndulo eléctrico

no se podía observar que hubiera alguna atracción.

¿Por qué es necesario aislar el electrodo de prueba?

Es necesario descargarlo porque ya se encuentra cargado por tener contacto con la barra anterior,

y al quererlo cargar nuevamente los electrones que ya se encuentran en el electrodo de prueba noquerrán aceptar los que están a punto de transferírsele.

Conclusión.

Se comprobó la hipótesis de que un cuerpo previamente electrizado debe entrar en contacto con un

cuerpo neutro para que se lleve a cabo el proceso de electrización por contacto o conducción. Esto

sucede porque, al entrar los cuerpos en contacto, los electrones se transfieren del material que

contiene un exceso de electrones al otro, y también se observó que la distribución uniforme de la

carga en el material que originalmente se encontraba en estado neutro dependerá mucho de queeste sea un buen conductor de la electricidad.


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1.3. Electrización por inducción.

Comprobar por un cuerpo eléctricamente cargado puede atraer a otro cuerpo que está neutro,

demostrando la redistribución inicial alterada y las cargas con signo opuesto se acercan al cuerpo

electrizado.

Procedimiento:

Se armó el dispositivo mostrado en la figura 5.

Figura 5. Dispositivo de barra de metal y vidrio.

Se froto la barra de vidrio con el paño de lana y se acercó a la barra de metal, sin tocarla observando

lo que pasaba con la esfera de sauco, posterior mente se retiró la barra de vidrio. (Véase figura 6)

Figura 6. Comportamiento de las barras.

Se repitió el procedimiento anterior, pero esta vez antes de retirar la barra de vidrio se descargó la

barra de metal. (Véase figura 7)

Figura 7. Método de descarga a la barra de metal.


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Análisis.

En el momento de acercar la barra de vidrio a la barra de metal, se hizo presente un campo eléctrico,

este generó atracción de cargas hacia el péndulo de sauco por parte de la barra de vidrio cargada

previamente con el paño de lana, actuando así la barra de metal como un conductor entre las cargas

y en la barra de vidrio se supuso que las cargas estaban presentes en su punta.

Conclusión.

Se demostró la hipótesis cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece

una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro. Como resultado de esta

relación, la redistribución inicial se ve alterada: las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo

electrizado se acercan a éste. En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no

ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas está cargado positivamente y en otras

negativamente, entonces el cuerpo electrizado induce una carga con signo contrario en el cuerpo

neutro y por lo tanto lo atrae.

II. Clases de carga eléctrica y fuerzas de origen eléctrico.

Demostrar las diferentes tipos de cargas y fuerzas eléctricas con un cuerpo cargado.

Procedimiento:

Se tocó con la barra de vidrio, frotada con el paño de lana, la esfera de medula de sauco del péndulo

durante un corto intervalo de tiempo.

Prosiguiendo con descargar la esfera, se tocó con los dedos y se volvió a repetir el mismo

procedimiento.

Análisis.

La esfera no siguió al vidrio debido a que este es un aislante, pues no permite el paso de corriente(flujo de electrones), pero esta quedó cargada con los electrones del paño de lana y al acercarla

nuevamente, esta al estar cargada igual que la barra, se repelió.


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En el caso de la barra de poliestireno, se generó una fuerza de repulsión ya que al momento de

frotarla con el paño de lana, las cargas positivas se mantuvieron centro de este ya que el poliestireno

este es un material sintético y las cargas solo se ejercieron ahí.

Conclusión.

Se comprobó la hipótesis y el hecho de que por medio de diferentes procedimientos se pudieron

determinar las diferentes tipos de cargas y fuerzas eléctricas.

III. Conductores y Aisladores.

Demostrar por un cuerpo eléctricamente cargado cuales son los materiales conductores y cualesson aislantes.

Procedimiento:

Se armó el dispositivo que se muestra en la figura 8, colocando el péndulo a una pequeña distancia

del soporte aislante con la barra de poliestireno, frotando la barra de vidrio con el paño de lana y

posteriormente ya cargada acercándola a la barra de poliestireno sobre el soporte aislante.

Figura 8. Dispositivo de armamiento de conductores y aisladores.

Se tocó el extremo de la barra de polietileno con la barra de vidrio cargada previamente por

frotamiento con el paño de lana. Por consiguiente se descargó la barra de vidrio y se colocó en el

soporte aislante, en lugar de la barra de polietileno y se cargó esta última repitiendo el experimento.

(Véase figura 9)

Figura 9. Demostración con la barra de poliestireno y de vidrio.


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Análisis.

La barra de vidrio al ser frotada en la primera parte, tenía una fuerza positiva, pero al momento de

hacer contacto con la barra de poliestireno, esta se comportó como un aislante ya que las cargas

que se intercambiaron le mantuvieron en su centro. Se pudo determinar que las cargas se deben

mantener alrededor de la barra para generar una fuerza de atracción. En el caso contrario, al

momento de frotar la barra de poliestireno y ponerla en contacto con la barra de vidrio, sus cargas

fueron intercambiadas, en este caso en la barra de vidrio las cargas si se mantuvieron en su al

rededor, generando así una fuerza de atracción.

Conclusión.

Se llegó a la conclusión de que el vidrio es mejor aislante que el polietileno y de esta forma no atrajo

al péndulo cuando fue tocado con la barra de polietileno, por lo tanto su resistencia al paso deelectrones del vidrio es mayor a la del polietileno actuando como un aislante o semi-conductor.

IV. Espectros del campo eléctrico.

Comprobar en una región que rodea un cuerpo electrizado existe una fuerza de origen eléctrico, es

decir, un campo eléctrico.

Procedimiento:

Primero se vertió el aceite de ricino en la cuba electroestática, hasta tener una capa de 4mm de

profundidad.

Posteriormente se espolvoreó un poco de aserrín y se instaló la lenteja y el anillo grande en los

porta electrodos y estos a su vez conectados a tierra y a la esfera del generador de Van de Graaff.

(Véase figura 10)

Figura 10. Prototipo del dispositivo.


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Una vez hecho lo anterior se puso a funcionar el generador, cuando el generador comenzó a emitir

voltaje a la lenteja y al anillo empezaron a producir campo eléctrico, lo anterior se dedujo porque en

el aceite se observaba un espectro de líneas.

Análisis.

a) Dos cargas puntuales de diferente signo (véase figura 11)

Figura 11. Dibujo de dos cargas puntuales de diferente signo

se observó las líneas de campo eléctrico que se producen en cargas de diferente signo y como lo

visto en teoría de clase las líneas imaginarias del espectro se juntan viendo así que las líneas de

fuerza que salen

b) Dos cargas puntuales del mismo signo. (Véase figura 12)

Se observó en este punto del experimento como la fuerza de dos

cargas iguales se repelen por lo que en el dibujo se representó las

líneas de fuerza hacia afuera.

Figura 12. Cargas puntuales del mismo signo

c) Dos placas paralelas cargadas de diferente signo que simulen un condensador de placas

paralelas. (véase figura 13)

Se observó el flujo eléctrico entre la carga positiva y la

negativa se juntan en el centro y salen de la carga.

Figura 13. Placas paralelas de diferente signo.


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d) Dos anillos circulares cargados con diferente carga, de tal manera que simulen un condensador

de placas cilíndricas. (Véase figura 14)

Se observó como las cargas salen del arillo ya que es un sistema

de distribución de carga entre un arillo y otro a partir de una

superficie cerrada, a lo que con la teoría de la clase podemos ver que tanto fuera como dentro del condensador el campo eléctrico es

cero.

Figura 14. Anillos circulares con diferente carga

e) Un cuerpo con punta y una placa cargada con signo contrario. (Véase figura 15)

Se observó que las líneas de las cargas van de la negativa a la

positiva y las positivas a su vez salen con lo que podemos

observar claramente los espectros de campo eléctrico y

demostrarlos.

Figura 15. Cuerpo con punta y una placa.

En los incisos anteriores se observó que las líneas de campo eléctrico siguen la forma de los

electrodos y se repele o atraen conforme al signo de las cargas.

Conclusión.

Las líneas de fuerza se concentran en las puntas de los cuerpos cargados ya que la densidad de

carga, es la carga por unidad de volumen de manera que, si la carga se distribuye en el cuerpo, su

densidad será mayor en las zonas de menos volumen o menos superficie como es el caso de la

punta.

Conclusiones.

Se hizo posible el completar los objetivos de la práctica demostrando y comprobando cada una delas hipótesis planteadas al inicio de cada experimento. Y se comprobó los diferentes procesos detransmisión de carga, tales como inducción, fricción, frotamiento y líneas de campo eléctrico,demostrando y aplicando así las leyes de la electrostática.

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