1) ¿Qué es el campo eléctrico? Son las líneas que se forman alrededor del conductor que se está utilizando, dependiendo de la masa y el material serán las líneas de campo eléctrico que saldrán de este, y además de que también depende de...
more1) ¿Qué es el campo eléctrico?
Son las líneas que se forman alrededor del conductor que se está utilizando, dependiendo de la masa y el material serán las líneas de campo eléctrico que saldrán de este, y además de que también depende de la forma que tenga. Siempre se las líneas de campo eléctrico se van a dirigir del lado positivo al lado negativo aunque sobren; entonces se dispersan las sobrantes.
2) Carga por inducción
Existe carga por inducción cuando un cuerpo con carga eléctrica se aproxima a otro neutro causando una redistribución en las cargas de éste. Para completar el proceso de carga por inducción se debe conectar brevemente el objeto a "tierra" y luego retirar el cuerpo cargado.
La inducción transmite carga. La inducción es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo.
Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y las del cuerpo neutro.
Como resultado de esta interacción, la distribución inicial se altera: el cuerpo electrizado provoca el desplazamiento de los electrones libres del cuerpo neutro.
En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas se carga positivamente y en otras negativamente.
Se dice que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado, denominado inductor, induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.
3) Conceptos involucrados
Carga: la carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas por la mediación de campos electromagnéticos. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos.
Polaridad: la polaridad, nos permite comprender y saber cuál es el polo positivo o negativo, que se busca.
Fuerza: es una magnitud vectorial que mide la razón de cambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales.
La inducción: es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo.
Constante de coulomb: es una constante de proporcionalidad en las ecuaciones que relacionan variables eléctricas y es exactamente igual k=8.99×〖10〗^9 (Nm^2)/C^2
4) Procedimiento realizado
Para desarrollar esta práctica procedimos a llevar los siguientes pasos:
Primero que nada, pensamos las esferas de unicel ya envueltas en el papel aluminio después de esto colocamos el hilo de cable Magneto en las esferas de unicel y las colgamos de una base para que colgarán cada una a sierra distancia. Como se muestra en la siguiente imagen:
Después podemos observar que se colocaron los caimanes el extremo de uno en
el hilo del cable Magneto de la esfera, y el otro extremo a la esfera de metal de la máquina de wimshurst, y así mismo con el otro caimán, pero en el extremo de la otra esfera de unicel y la otra esfera de metal. A continuación, empezamos a generar carga girando la palanca de la máquina de wimshurst y así poder observar si las esferas de unicel generaban alguna atracción o reacción por sus cargas
Al checar los resultados obtuvimos los siguiente:
Esfera de unicel chica de 1.6 gramos y esfera grande de 1.9 grados los colocamos a 5 cm de separación y vimos que no se movieron debido a que la carga no era lo suficientemente buena para hacer que se movieran a esa distancia.
Procedimos a colocarlas a otra distancia que fue de 3 cm en la cual, si se movieron, pero no chocaron, después a una distancia de 2.5 cm y por fin se movieron y chocaron entre sí.
A continuación, solo cambiamos la esfera grande por otra chica que pesaba 1.5 gramos y las colocamos a sierras distancias:
4 cm, no se movieron
3.5 cm, solo se movieron sin chocar
3 cm, se movieron ligeramente y llegan a chocar
2 cm, se mueven con buena velocidad y chocan constantemente.
Después pusimos las dos esferas grandes que tenían un peso de 1.9 gramos, notamos lo siguiente:
4 cm, de distancia se movían muy poco y no se tocaron
2.5 cm, se mueven poco, pero si llegan a juntarse
1.5 cm, chocan rápidamente
5) Ley de Coulomb
Ley de Coulomb. La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Charles Agustin de Coulomb (1736-1806)
Desarrollo de la ley:
Coulomb desarrolló la balanza de torsión con la que determinó las propiedades de la fuerza electrostática. Este instrumento consiste en una barra que cuelga de una fibra capaz de torcerse. Si la barra gira, la fibra tiende a regresarla a su posición original, con lo que conociendo la fuerza de torsión que la fibra ejerce sobre la barra, se puede determinar la fuerza ejercida en un punto de la barra. La ley de Coulomb también conocida como ley de cargas tiene que ver con las cargas eléctricas de un material, es decir, depende de sus cargas sean negativas o positivas.
Variación de la Fuerza de Coulomb en función de la distancia
En la barra de la balanza, Coulomb colocó una pequeña esfera cargada y a continuación, a diferentes distancias, posicionó otra esfera también cargada. Luego midió la fuerza entre ellas observando el ángulo que giraba la barra.
Dichas mediciones permitieron determinar que:
La fuerza de interacción entre dos cargas q1 y q2 duplica su magnitud si alguna de las cargas dobla su valor, la triplica si alguna de las cargas aumenta su valor en un factor de tres, y así sucesivamente. Concluyó entonces que el valor de la fuerza era proporcional al producto de las cargas: Fα q1 y Fα q2 en consecuencia Fα q1q2
Si la distancia entre las cargas es R.png al duplicarla, la fuerza de interacción disminuye en un factor de 4 (2²); al triplicarla, disminuye en un factor de 9 (3²) y al cuadriplicar la fuerza entre cargas disminuye en un factor de 16 (4²). En consecuencia, la fuerza de interacción entre dos cargas puntuales, es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia: Fα1/R2
Asociando ambas relaciones:
Finalmente, se introduce una constante de proporcionalidad para transformar la relación anterior en una igualdad: F=k (q_1 q_2)/r^2
6) Datos y Transformaciones
Para calcular la carga hacemos las siguientes ecuaciones:
A continuación están los cálculos para los electrodos de 15.5g 10g 8g y12g
q_o=(26)(15.5g) (6.022*〖10〗^23 1/mol)/(55.847 g/mol) (-1.60*〖10〗^(-19) C)=-695208.91C
q_0=(26)(10g) (6.022*〖10〗^23 1/mol)/(55.847 g/mol) (-1.60*〖10〗^(-19) C)=-448574.14C
q_o=(13)(8g) (6.022*〖10〗^23 1/mol)/(26.97 g/mol) (-1.60*〖10〗^(-19) C)=-358859.31C
q_o=(13)(12g) (6.022*〖10〗^23 1/mol)/(26.97 g/mol) (-1.60*〖10〗^(-19) C)=-538288.96C
Después calculamos en la fuerza para la carga 1 y 2 a diferentes distancias
F= (8.99*〖10〗^9 N m^2/C^2 (-695208.91C)(-448574.14C))/(0.015m^2 )=1.8690*〖10〗^23 N
Después calculamos en la fuerza para la carga 1 y 3 a diferentes distancias
F= (8.99*〖10〗^9 N m^2/C^2 (-695208.91C)(-358859.31C))/(0.015m^2 )=1.4952*〖10〗^25 N
Después calculamos en la fuerza para la carga 1 y 4 a diferentes distancias
F= (8.99*〖10〗^9 N m^2/C^2 (-695208.91C)(-538288.96C))/(0.015m^2 )=0.2242*〖10〗^24 N
Después calculamos en la fuerza para la carga 2 y 3 a diferentes distancias
F= (8.99*〖10〗^9 N m^2/C^2 (-448574.14C)(-358859.31C))/(0.015m^2 )=1.8690*〖10〗^23 N
Después calculamos en la fuerza para la carga 2 y 4 a diferentes distancias
F= (8.99*〖10〗^9 N m^2/C^2 (-448574.14C)(-538288.96C))/(0.015m^2 )=0.1447*〖10〗^24 N
Después calculamos en la fuerza para la carga 3 y 4 a diferentes distancias
F= (8.99*〖10〗^9 N m^2/C^2 (-358859.31C)(-538288.96C))/(0.015m^2 )=1.1577*〖10〗^23 N
De aquí decimos que el campo eléctrico es lo suficientemente grande como para que se puedan observar las líneas del campo que están pasando de un electrodo a otro
7) Electroestática
El término eléctrico, y todos sus derivados, tiene su origen en las experiencias realizadas por Tales de Mileto, un filósofo griego que vivió en el siglo sexto antes de Cristo. Tales estudió el comportamiento de una resina fósil, el ámbar -en griego elektron-, observando que cuando era frotada con un paño de lana adquiría la propiedad de atraer hacia sí pequeños cuerpos ligeros; los fenómenos análogos a los producidos por Tales con el ámbar o elektron se denominaron fenómenos eléctricos y más recientemente fenómenos electrostáticos.
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.
8) Conclusión
En esta práctica lo que logramos aprender y observar, en cuanto a las pelotas forradas de aluminio, es como sacar la carga de las estás de acuerdo a su masa más sin embargo lo más importante de todo esto es la ley de coulomb ya que con ella identificamos que cuando se le agrega una carga como las pelotas crean una polaridad lo cual hace que se atraigan o se repelen además de que solo a cierta distancia dependiendo de la fuerza de atracción tienden a tener algún movimiento.
