Practica Nº 01 Electrización de cuerpos materiales

La electrización al efecto de ganar o perder cargas eléctricas, normalmente electrones, producido

por un cuerpo eléctricamente neutro al ser frotado dos cuerpos.

Practica Nº 01

Objetivos 1

Practica Nº 01 Electrización de cuerpos materiales

Objetivos

Demostrar la existencia de los dos tipos de carga: positiva

y negativa.

Demostrar experimentalmente el proceso de electrización

de los cuerpos materiales por frotación.

Identificar el tipo de carga alcanzado por los cuerpos

electrizados mediante el proceso de electrización anterior.

Demostrar experimentalmente los procesos de

electrización de cuerpos materiales por inducción y por

contacto.

Demostrar experimentalmente las manifestaciones de la

ley de Coulomb.

Teoría básica

Carga

Es una propiedad fundamental de todo cuerpo material, pues

teniendo en cuenta al modelo atómico de Rutherford, los

componentes fundamentales de la materia son los átomos. Los

átomos están formados por partículas más elementales o

subatómicas: electrones de carga negativa, protones de carga

positiva y neutrones que no tienen carga eléctrica. Los protones y

neutrones constituyen el núcleo del átomo y alrededor de este,

están girando los electrones.

Electrización de cuerpos materiales

La materia en un estado normal o neutro, contiene cantidades

iguales de electricidad positiva y negativa, esto es, el número de

protones es igual al número de electrones, sin embargo en ciertas

circunstancias un átomo puede ganar perder algunos electrones,

cargándose negativamente o positivamente. Estos electrones en

juegos se denominan electrones de valencia y se encuentran

débilmente ligados al núcleo. Se dice que si un cuerpo material se

le aplica un estímulo energético externo en forma de calor, luz o

energía eléctrica, sus electrones ganan energía; ello puede dar

lugar a que los electrones se muevan a un nivel superior de

Carga

fundamental

El valor de la carga

fundamental fue

determinado entre 1910

y 1917 por Robert

Andrews Milikan y en

la actualidad su valor

en el Sistema

internacional de

acuerdo con la última

lista de constantes del

CODATA publicada es:

Practica Nº 01

Teoría básica 2

energía. Un átomo que ha ganado energía se dice que se encuentra en un estado de excitación y por

ende en un estado inestable. Cuando un electrón se ha movido hacia la capa superior de un átomo,

la atracción producida por los protones del núcleo será mínima. Y si se aplica suficiente energía al

átomo, algunos de sus electrones ubicados en la capa exterior (o electrones de valencia) lo

abandonaran produciéndose el desequilibrio eléctrico quedando así el átomo cargado

positivamente; por consiguiente cuando decimos que un átomo está cargado eléctricamente nos

referimos a la carga neta; esto es al exceso o defecto de electrones.

La teoría establece también que se produce intercambio de electrones, cuando se frotan dos cuerpos

de la misma sustancia. Por ejemplo si se frotan dos trozos de vidrio, uno más pulido que el otro, el

menos pulido capta electrones.

La tabla de triboelectrica

Es una herramienta que podría resultar muy útil, para saber cómo se comportara un cuerpo al ser

frotado con otros diferentes, pues una misma sustancia puede en un caso perder electrones y en

otros ganarlo.

A continuación se suministra dicha tabla en la que según se observa qua cada una de las sustancias

mencionadas en ella, frotada con una de las que le preceden, se carga negativamente y con una de

las que le siguen se cargan positivamente. Ejemplo, si se frota la mica con vidrio, la mica se carga

negativamente; pero si se frota con lana se carga positivamente.

Otros procesos de electrización

Los cuerpos materiales pueden llegar a electrizarse no solamente mediante un proceso de frotación

entre cuerpos, sino también por otros procedimientos entre ellos: por inducción, por contacto, por

efecto fotoeléctrico y por emisión termoiónica.

+ Piel de conejo

- Vidrio +

+ Mica -

- Lana +

+ Marfil -

- Piel de gato +

+ Seda -

- Algodón

Practica Nº 01

Equipos y materiales 3

Equipos y materiales

Un transistor de campo

Un óhmetro

Un electroscopio casero(botella de Leyden)

Objetos materiales: tuvo PVC, mica, plástico, tecnopor.

Tabla triboelectrica

Procedimiento

1. Utilizando el detector electrónico (transistor de campo + Óhmetro), determine el tipo de

carga de los diferentes cuerpos materiales suministrados, después que estos han sido

frotados por pares. Repita el experimento para los pares de objetos obtenidos de las

diferentes combinaciones. Registrar sus observaciones en un cuaderno de campo.

2. El detector electrónico presenta un apéndice alámbrico que sobresale de uno de los

terminales del transistor que ante la presencia de un campo eléctrico variable en el espacio

circundante produce una corriente eléctrica en el circuito del detector y que obliga la aguja o

puntero del Óhmetro en la dirección de derecha a izquierda. El campo variable aparece

cuando se acerca o se aleja un cuerpo material que previamente por frotación ha sido

cargado. Se conviene, que el objeto material está cargado negativamente si se mueve la aguja

de la escala del Óhmetro cuando este se acerca al filamento; por el contrario si el objeto

material cargado se acerca al filamento y no se mueve la aguja, pero la mueve cuando esta se

aleja, entonces estará cargado positivamente.

3. Seguidamente elija un par de cuerpos materiales, frótelos y con uno de ellos, experimente

primero el proceso de carga por inducción del alambre de cobre con laminilla de papel

metálico de la botella de Leyden, aproximando el cuerpo cargado al bulbo (espiral) del

alambre de cobre en su parte superior. Observe y registre dichas observaciones.

4. Trate de descargar el alambre de cobre de la botella de Leyden acercando al bulbo (espiral)

de la parte superior el cuerpo con carga contraria hasta que las laminillas del papel metálico

de la parte inferior estén en su posición de equilibrio (juntas). Seguidamente, experimente el

proceso de carga por contacto tocando con un cuerpo cargado el bulbo superior del alambre

de cobre de la botella. Observe que sucede con las laminillas de papel metálico de la parte

inferior y explique lo sucedido.

5. Con las observaciones realizadas, según en la parte (1), intente construir la tabla

triboelectrica, semejante a la encontrada en la bibliografía, pero con los materiales que Ud. ha

realizado.

Practica Nº 01

Registro de datos 4

Registro de datos

MATERIAL SIGNO MATERIAL SIGNO

Tubo pvc - Tecnopor +

Tubo pvc + Mica -

Plástico - Tuvo pvc +

Plástico + Mica -

Tecnopor + Mica -

Plástico - Tecnopor +

Procesamiento de datos Procederemos crear nuestra tabla triboelectrica con los datos registrados en la anterior tabla.

Análisis de los resultados Tras realizar todo el experimento, hemos comprobado que por medio de la frotación de dos cuerpos

hemos obtenido nuestro objetivo buscado cargas positivas y negativas, habiendo realizado todo el

procedimiento mencionado con anterioridad.

Conclusiones y recomendaciones

Al concluir con nuestra experiencia pudimos comprobar que existen distintas formas de cargar los

cuerpos y dependiendo del material la carga puede ser negativa o positiva, dentro de ellas

encontramos por inducción, fricción y por contacto. Cada una de ellas con un comportamiento

especifico. También se pudo comprobar que la carga no se destruye o se elimina solo cambia de

cuerpo pero sigue existiendo y esto gracias a los tipos de materiales. Siendo esta práctica aceptable

ya que los cuerpos físicos se comportaron de acuerdo a lo esperado y cumpliéndose en su totalidad

la teoría que es la ley de coulomb.

+ Tecnopor

- Tubo pvc +

+ Plástico -

- Mica

Practica Nº 01

Cuestionario 5

Cuestionario

¿Cuáles son las dimensiones del átomo?

El tamaño o volumen exacto de un átomo es difícil de calcular, ya que las nubes de electrones no

cuentan con bordes definidos, pero puede estimarse razonablemente en 1,0586 × 10–10 m.

Describa en forma resumida la evolución del modelo atómico desde sus inicios hasta

nuestros días

Teoría atómica de Dalton (1808)

“La mínima parte de la división de la materia es el átomo y se

caracteriza por ser indestructible, indivisible e impermeable” -

actualmente falso

“Un elemento está formado por átomos similares,

especialmente de igual masa, tamaño y otra cualidad, pero

difieren de los átomos de otros elementos” – actualmente falso

“por más violenta que sea una reacción química, el átomo

permanece indestructible e impenetrable”- actualmente falso

“una combinación química es un reordenamiento de los átomos

en proporciones numéricas simples” – actualmente falso

Modelo atómico de Joseph John Thomson (1896)

“el átomo es una esfera compacta dentro de la cual se encuentran

incrustados los electrones, la carga positiva, se distribuye

homogéneamente a través de toda la esfera”. A este modelo se le llamo

el “Budín de pasas”

Practica Nº 01

Cuestionario 6

Modelo atómico de Rutherford (1904)

Distribuir los protones

Considera al átomo como un “sistema planetario” en

miniatura

El átomo posee un núcleo diminuto y positivo, donde se

concentra casi toda la totalidad de su masa (99.9%)

El diámetro del átomo: m

El diámetro del núcleo: m

Modelo atómico de Niels Bohr (1913)

Los electrones giran alrededor del núcleo en niveles

circulares de energía. La fuerza de atracción electrostática es

contrarrestada por la fuerza centrífuga de su movimiento

circular

Un electrón no puede estar en cualquier lugar, solo en

lugares con valores específicos de energía

El electrón, al moverse alrededor del núcleo, solo hace en

orbitas de energía estacionaria, es decir, de energía constante

El electrón solo emite energía cuando se acerca al núcleo y

absorbe energía cuando se aleja de el

Modelo atómico de Bohr – Sommerfield (1913)

Formula la existencia de los subniveles de energía. Sostuvo también que

los electrones además se seguir orbitas circulares seguían también orbitas

elípticas

Concepción actual del átomo (Modelo atómico de Schrödinger)

“El átomo es la mínima porción en que se puede dividir un elemento

químico, porción hasta donde el elemento conserva sus propiedades y se

manifiesta como un sistema material y energético”

Practica Nº 01

Cuestionario 7

¿Qué es el Big Bang y el Big Chunch, los agujeros de negros, y los agujeros de gusano?

El Big Bang

es un modelo científico que trata de explicar el origen

del Universo y su desarrollo posterior a partir de

una singularidad espaciotemporal, es decir, el Universo se

originó en una singularidad espaciotemporal de

densidad infinita matemáticamente paradójica. El espacio se

ha e xpandido desde entonces, por lo que los objetos

astrofísicos se han alejado unos respecto de los otros.

El Big Crunch

Es una de las teorías que se barajaban en el siglo XX sobre

el destino últi mo del universo, hoy descartada a favor de un

modelo de universo en expansión permanente, es decir, si el

universo tiene una densidad crítica superior a 3 átomos por

metro cúbico, la expansión del universo, producida en teoría

por la Gran Explosión (o Big Bang) irá frenándose poco a

poco hasta que finalmente comiencen nuevamente a acercarse

todos los elementos que conforman el universo, volviendo al

punto original en el que todo el universo se comprimirá y

condensará destruyendo toda la materia en un único punto

de energía como el anterior a la Teoría de la Gran Explosión.

El agujero negro u hoyo negro

Es una región finita del espacio en cuyo interior existe una

concentración de masa lo suficientemente elevada para

generar un campo gravitatorio tal que ninguna

partícula material, ni siquiera la luz, puede escapar de ella. Sin

embargo, los agujeros negros pueden ser capaces de emitir

radiación de rayos X, lo cual fue conjeturado por Stephen

Hawking en los años 1970 y demostrado en 1976 con el

descubrimiento de Cygnus X-1.

Practica Nº 01

Cuestionario 8

El agujero de gusano

Es una hipotética característica topológica de un espacio-

tiempo, descrita por las ecuaciones de la relatividad general, la

cual es esencialmente un "atajo" a través del espacio y

el tiempo. Un agujero de gusano tiene por lo menos dos

extremos, conectados a una única "garganta", pudiendo

la materia 'desplazarse' de un extremo a otro pasando a través

de ésta. Hasta la fecha no se ha encontrado ninguna evidencia

que el espacio-tiempo conocido contenga estructuras de este

tipo, por lo que en la actualidad son sólo una posibilidad

teórica.

¿Porque el modelo atómico de Rutherford trajo por tierra al modelo atómico de

Thompson?

Si bien el modelo de Thomson explicaba adecuadamente muchos de los hechos observados de la

química y los rayos catódicos, hacía predicciones incorrectas sobre la distribución de la carga

positiva en el interior de los átomos. Las predicciones del modelo de Thomson resultaban

incompatibles con los resultados del experimento de Rutherford, que sugería que la carga positiva

estaba concentrada en una pequeña región en el centro del átomo, que es lo que se conoció

como núcleo atómico. El modelo siguiente fue el modelo atómico de Rutherford.

Otro hecho que el modelo de Thomson había dejado por explicar era la regularidad de la tabla

periódica de Mendeleiev. Los modelos de Bohr, Sommerfeld y Schrödinger finalmente explicarían

las regularidades periódicas en las propiedades de los elementos químicos de la tabla, como

resultado de una disposición más estructurada de los electrones en el átomo, que ni el modelo de

Thomson ni el modelo de Rutherford habían considerado.

Ampliar el concepto de las partículas cargadas y describa su clasificación de acuerdo

con la teoría subyacente de las investigaciones actuales. ¿Cuáles de ellas son hoy en

día las más elementales, y cuál es su papel dentro del átomo?

Cuando una partícula cargada penetra en un medio material, experimenta una serie de colisiones

con los átomos constituyentes. Sin embargo, dado “el vacío” relativo existente en el interior del

átomo, las colisiones mecánicas por choque directo entre la partícula y los electrones o núcleos, son

muy improbables. En realidad, el proceso predominante es la Colisión Coulumbiana: proceso de

interacción debido a las fuerzas eléctricas producidas entre la partícula incidente y los electrones y

núcleos del medio absorbente. Esta interacción produce una pérdida casi continua de la energía de la

partícula, hasta llegar a su detención.

Los procesos que contribuyen a la pérdida de energía de una partícula en su interacción con

medios materiales son:

A) Colisión Elástica.

En este tipo de colisión, se conserva tanto la energía cinética como la cantidad de movimiento. En

estos casos, la partícula se desvía de su trayectoria, cediendo parte de su energía en forma de energía

cinética. En estas colisiones, no se produce en el medio ninguna alteración, ni atómica ni nuclear.

Practica Nº 01

Cuestionario 9

B) Colisión Inelástica.

Aquí se conserva la cantidad de movimiento, pero NO la energía cinética. La partícula, al sufrir estas

colisiones con los átomos del medio, modifica su estructura electrónica, produciendo excitación,

ionización o disociación.

C) Colisión Radiactiva.

Si la partícula cargada se frena por la acción de una deceleración tangencial, o se desvía de la

trayectoria por la acción de una aceleración normal, se emite radiación electromagnética.

¿Que son las fuerzas nucleares?

Es aquella fuerza que tiene origen exclusivamente en el interior de los núcleos atómicos. Existen

dos fuerzas nucleares, la fuerza fuerte que actúa sobre los nucleones y la fuerza débil que actúa en el

interior de los mismos.

Investigar sobre el proceso de liberación de energía nuclear. ¿Cómo se consigue y

como se cuantifica?

Energía liberada durante la fisión o fusión de núcleos atómicos. La energía de cualquier sistema, ya

sea físico, químico o nuclear, se manifiesta por su capacidad de realizar trabajo o liberar calor o

radiación. Hasta el siglo xix, el principal combustible era la leña, cuya energía procede de la energía

solar acumulada por las plantas. Desde la revolución industrial, los seres humanos dependen de los

combustibles fósiles —carbón o petróleo, que también constituyen energía solar almacenada. Parte

de la energía liberada como calor mantiene el combustible adyacente a una temperatura

suficientemente alta para que la reacción continúe.

¿Para qué se utiliza la botella de Leyden?

La botella de Leyden es un dispositivo que permite almacenar cargas eléctricas comportándose

como un condensador o capacitor. La varilla metálica y las hojas de estaño conforman la armadura

interna. La armadura externa está constituida por la capa que cubre la botella. La misma botella

actúa como un material dieléctrico (aislante) entre las dos capas del condensador. El nombre de

condensador proviene de las ideas del siglo XIX sobre la naturaleza de la carga eléctrica que

asimilaban ésta a un fluido que podía almacenarse tras su condensación en un dispositivo adecuado

como la botella de Leyden.

¿En qué consiste el fenómeno de la polarización y en qué casos se produce?

Polarización es el proceso por el cual en un conjunto

originariamente indiferenciado se establecen características o

rasgos distintivos que determinan la aparición en él de dos o más

zonas mutuamente cargadas.

El fenómeno de la polarización se produce en estos casos:

Polarización electroquímica: modificación de las características de

una celda electroquímica por el uso de la misma.

Polarización eléctrica

Polarización social

Polarización política

Practica Nº 01

Cuestionario 10

Polarización electromagnética o de luz

Polarización (Psicología)

Polarización química: facilidad con que se puede distorsionar la densidad electrónica de un átomo o

molécula.

En que consiste el proceso de carga por inducción, por contacto, por efecto

fotoeléctrico y por emisión termoiónica. Describa brevemente cada proceso.

Carga por inducción

Si acercamos un cuerpo cargado negativamente a un conductor

aislado, la fuerza de repulsión entre el cuerpo cargado y los

electrones de valencia en la superficie del conductor hace que

estos se desplacen a la parte más alejada del conductor al cuerpo

cargado, quedando la región más cercana con una carga positiva,

lo que se nota al haber una atracción entre el cuerpo cargado y

esta parte del conductor. Sin embargo, la carga neta del conductor

sigue siendo cero (neutro)

Electrización por contacto

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.

Carga por efecto Fotoeléctrico

Sucede cuando se liberan electrones en la superficie de un conduc tor al ser irradiado por luz u otra

radiación electromagnética.

Carga por emisión termoiónica

Es la ionización producida por el calor. A altas temperaturas los

electrones que vibran cada vez más fuerte, pueden escapar del cuerpo;

este quedará por tanto positivo.

Practica Nº 01

Bibliografía 11

Bibliografía STEPHEN HAWKING – LEONARD MLODINOW, Brevísima Historia del Tiempo

BIBLIOTECA SALVAT DE GRANDES TEMAS, La Nueva física, Salvat Editores S.A. Barcelona –

España 1973.

M.ALONSO – E. FINN, Campo y Ondas, Volumen2, Fondo Educativo Interamericano, Madrid –

España 1970.

M.ALONSO – E. FINN, Física Cuántico y Estadística, Volumen 3, Fondo Educativo

Interamericano.

RED DE INTERNET.