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Informe de Laboratorio 2013

Fenómenos Electrostáticos

Electrostatic Phenomena

Anuar Yuset Rizcala Yepesa, Carlos Antonio Camacho Cueter

b, Edgar de Jesús

Baena Guerrac, María José Sánchez Montalvo

d, Sebastián Muñoz Arredondo

e.

aFacultad de Ingeniería, Ingeniería Industrial, Universidad Tecnológica de Bolívar, T00032282

bFacultad de Ingeniería, Ingeniería Mecánica, Universidad Tecnológica de Bolívar , T00031856

cFacultad de Ingeniería, Ingeniería Mecánica, Universidad Tecnológica de Bolívar, T00031903

dFacultad de Ingeniería, Ingeniería Industrial, Universidad Tecnológica de Bolívar, T00022837

eFacultad de Ingeniería, Ingeniería Mecánica, Universidad Tecnológica de Bolívar, T00031937

Grupo H- Subgrupo H2; Profesor Carlos Daniel Acuña Caldera

Resumen

El día martes 12 de febrero de 2013 se realizó la experiencia no. 1 que buscaba el

estudio de los fenómenos electroestáticos. Para ello se experimentó con ciertos

materiales de distintas propiedades que nos permitirían clasificarlos en conductores o no

de la carga eléctrica,requiriendo de fundamentos físicos previos de las cargas y los

campos eléctricos para el reconocimiento del fenómeno presente en cada materialyasí

poder distinguir el tipo de carga presente debido a la atracción y repulsión de los

materiales;se tuvo en cuenta el proceso o las formas para adquirir un cuerpo carga

eléctrica. Por otro lado, la experiencia no se pudo realizar con el generador de Van de

Graaf ya que se encontraba en reparación, por ende se trabajó con la bobina de Tesla

analizando los efectos que produce en bombillas, el ambiente y demás, asimismo se

trabajó después con la esfera de ionización. La experiencia culminó con la

comprobación de las teorías planteadas acerca de la naturaleza eléctrica y los fenómenos

que en ella se encuentran.

Palabras claves:Carga Eléctrica, Campo Eléctrico, Atracción y Repulsión, Bobina de

Tesla, Formas de Cargar un Cuerpo.

Abstract

On Tuesday February 12, 2013 was held the experiencia1 seeking to study electrostatic

phenomena. For this experiment with some different material properties allow us to

classify them into conductors or electrical charge, requiring prior physical basis of the

charges and the electric fields for the recognition of the phenomenon present in each

material and thus be able to distinguish the type this load due to the attraction and

repulsion of materials; took into account the process or ways to acquire a body electric

charge. Moreover, the experience could not be performed with the Van de Graaf

generator and that was under repair, is therefore working with Tesla coil analyzing the

effects produced in bulbs, the environment and so on, also is working after with the


field ionization. The experience culminated in checking theories raised about the

electrical nature and phenomena found therein.

Keywords: Electric Load, Electric Field, Attraction and Repulsion, Tesla Coil, Ways to

Load a Body.

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1. Introducción

¿De qué está compuesta la materia?, la

materia está compuesta por una

partícula indivisible llamada átomo,

durante la historia se ha tenido

diferentes ideas sobre el átomo, Dalton

sugirió que el átomo es una esfera

sólida , Thompson expreso el átomo es

un positivo con incrustaciones

negativas, Rutherford dijo los

electrones giran alrededor del núcleo y

Bohr expreso que los electrones giran

alrededor del núcleo en niveles de

energía, esto nos ha llevado al modelo

atómico actual en el cual los electrones

(carga negativa) están por fuera del

núcleo , protones (carga positiva) y

neutrones (sin carga) conforman el

núcleo .

Un átomo dispone de carga eléctrica a

partir de ganar o de perder una cierta

cantidad de electrones a esto se le

conoce como ionización. Un cuerpo

(conjunto de átomos) puede ser cargado

por diferentes métodos entre ellos

conducción, fricción e inducción. En el

laboratorio se observó que sucede

cuando dos cuerpos se cargan, si tienen

cargas iguales se repelen y si poseen

cargas distintas se atraen.

2. Marco teórico

Teoría atómica moderna: Toda

materia del Universo está

formada por pequeñas partículas

llamadas átomos.

Carga eléctrica: Propiedad

intrínseca de las partículas,

perdida o ganancia de

electrones. Los efectos que

produce son atracción y

repulsión. Existen dos tipos de

cargas eléctricas: positivas y

negativas. Las cargas iguales se

repelan mientras que las

diferentes se atraen. El signo de

la carga depende del número de

electrones: si el número de

protones es mayor al de

electrones, entonces la carga es

positiva de lo contrario negativa.

Para que se considere que una

carga es eléctrica no debe estar

en estado natural (igual cantidad

de protones y electrones).

Ley de conservación de las

cargas: La cantidad de carga

eléctrica de un sistema aislado

es constante. La carga eléctrica

no se crea ni se destruye,

solamente se transfiere de un

cuerpo a otro.

Propiedades eléctricas de los

materiales conductores,

semiconductores y

dieléctricos: Los conductores

permiten el paso de carga

(metales), los semiconductores

permiten el paso de carga de

acuerdo a varias condiciones


como el clima entre otros y los

dieléctricos oponen gran

resistencia al paso de carga

(madera, porcelana, etc).

Formas de cargar un objeto

(frotación, inducción,

conducción): Por frotación se

da cuando por medio de la

fricción de un material con otro

se transfieren electrones, por

inducción cuando un cuerpo

cargado previamente se acerca a

uno neutro donde las cargas del

neutro que sean diferentes al del

cuerpo cargado se atraerán y las

iguales se alejaran.

Campo eléctrico: Es una región

del espacio perturbada por

cargas en reposo, donde dicha

región ejerce fuerza sobre

cualquier carga que ella se lleve.

Posee igual sentido que la fuerza

eléctrica en cargas positivas,

pero diferente en negativas. Si la

carga es positiva entonces el

campo sale de la carga, aunque

si es negativa apunta hacia

dentro de la carga. El campo

existe si una carga de prueba

experimenta una fuerza

eléctrica. Un campo uniforme es

aquel campo que en cualquier

punto posee magnitud, dirección

y sentido constantes. No

depende de la carga de prueba.

Conexión a tierra: Como se

explico en la forma de cargar un

cuerpo por inducción: cuando un

cuerpo cargado previamente se

acerca a uno neutro donde las

cargas del neutro que sean

diferentes al del cuerpo cargado

se atraerán y las iguales se

alejaran; el cuerpo neutro se

conecta a tierra por donde las

cargas opuestas del neutro al del

cuerpo cargado toman como vía

de escape esa, dejando al cuerpo

neutro cargada según las cargas

que se atraen al cargado

previamente si se desconecta

dicho conexión a tierra.

Características y aplicaciones

del generador de Van de

Graaf: es una maquina

electroestática que acumula

grandes cantidades de carga

eléctrica utilizando una cinta

móvil (aislante) y las almacena

en una esfera metálica hueca. Se

utiliza para la producción de

rayos X, esterilizar alimentos y

para experimentos que tengan

que ver con la física de

partículas y nuclear. La forma

de cargar es por inducción ya

que la carga se dirige a la esfera

gracias a la cinta (no hay

contacto solo una aproximación

entre la esfera y la cinta), la

carga que se transporta se dirige

al terminal esférico nulo por

medio de una varilla metálica

que produce energía, generando

que las partículas de energía que

se encuentran en la esfera al

hacer contacto con otro cuerpo

similar (que genere energía)

absorba aquella produciendo

estática.

3. Metodología

Materiales


3 Barras (vidrio, plástico y

acrílico).

Barra de vidrio

Barra de plástico

2 Esferas pequeñas(de icopor y de

aluminio).

Generador de Van de Graaf.

Generador de Van de Graaf

Bobina de Tesla

Bobina de Tesla

Esfera de ionización

4. Análisis

Antes de realizar el análisis total de la

experiencia hay que tener claro una

serie de conceptos y efectos los cuales

permitirá que el estudio sea más fácil de

comprender. Como uno de las

afirmaciones fundamentales, si un

cuerpo presenta en sus átomos igual

número de electrones como de protones

se dice que este no está cargado o esta

eléctricamente neutro. Sin embargo si

los átomos presentan algún desbalance

de electrones se dicen que están

cargados positiva o negativamente.Es

de saberse que al decir que un cuerpo se

está cargando negativa o positivamente

es porque lo que se transfiere de un

cuerpo a otro son los electrones que

poseen, de tal manera que si el cuerpo

posee más electrones que protones es

negativo, pero si tiene menos electrones

que protones es positivo, teniendo claro

que los protones siempre permanecerán

en el cuerpo (nunca se transfieren). Se

debe aclarar: para que dos o más

cuerpos interactúen eléctricamente, por

lo menos uno de ellos debe estar

cargado (ya sea positiva o

negativamente), y los otros pueden estar

cargado o en estado neutro. Cabe anotar

que los cuerpos con cargas eléctricas

iguales se repelen, con cargas eléctricas

diferentes se atraen y estando uno en

estado neutro y el otro electrizado se

verá un efecto de atracción. Adicional a


ello, toda partícula que se presente

eléctricamente cargada generara un

campo eléctrico a su alrededor lo cual

permitirá la interacción con otras

partículas o cuerpos

Luego de realizar cada uno de los

procedimientos previamente planeados

a hacer se pudo notar una serie de

efectos al poner en interacción dos

cuerpos. Entre las experiencias hechas

en el laboratorio tenemos:

4.1. La interacción de la Barra de

Acrílico con Pedacitos de Papel

Una barra de acrílico (material

dieléctrico, es decir opone gran

resistencia al paso de carga) en estado

libre no se encuentra cargada (esta

neutra) y es por ello que al acercarlo a

los pedacitos de papel estos no se

mueven. Luego de frotar la barra con

paños de seda esta toma carganegativa

por la fricción que genera de tal forma

que el paño le trasfiere electrones

cargándolo, y al acercarlo a los papeles

estos también son cargador por medio

de inducción, ocasionando que las

pedazos de papel quedan cargados

positivamente, de tal manera que en su

interacción un cuerpo atrae al otro, para

nuestro caso la barra de acrílico atrae a

los pedacitos de papel, por su tamaño.

Tabla 1. Cargas de la barra de acrílico y

el papel

Carga

Barra de acrílico Negativa (-)

Papel Neutro

Interacción de la barra de acrílico con

los pedacitos de papel

4.2. La interacción de Barra de

Plástico con Pedacitos de Papel

Una barra de plástico en estado libre no

se encuentra cargada y por ello tampoco

hace cambiar su posición a los papeles

cuando se acerca. Al frotar la barra con

paños de seda ocurre lo mismo que con

la barra de acrílico, es decir, esta se

carga negativamente por el contacto con

el paño y hace que los pedazos de papel

se atraigan a la barra por la carga que

adopta de forma inducida de tal manera

que ambos cuerpos quedan con cargas

opuestas permitiendo la atracción entre

ellos.

Tabla 2. Cargas de la barra de plástico

y el papel

Carga

Barra de plástico Negativa (-)

Papel Neutro

4.3. La interacción Barra de Plástico

con Barra de Vidrio

Luego se puso en interacción la barra de

plástico con una barra de vidrio colgada

con un hilo (aislante o dieléctrico),

estando ambos cuerpos en su estado

natural (no han sido frotados). Se pudo

ver que al acercar uno al otro no ocurre

nada, esto es debido a que ambos


cuerpos están en estado neutro de tal

forma que no fuerza que ejerza una

repulsión o atracción entre ellos. Luego

de frotar uno de los extremos de la barra

de vidrio y la barra de plástico, se puede

ver que la barra de vidrio es atraída por

la barra de plástico, es decir ambas

están cargadas. De acuerdo a

investigaciones el vidrio al frotarse

comienza a cargarse positivamente. Con

lo anterior es válido afirmar que la barra

de platico toma carga negativa al ser

frotada, ya que el efecto de atracción se

presenta con la interacción de un cuerpo

cargado positivamente y otro cargado

negativamente (cuerpos con cargas

opuestas).

Tabla 3. Cargas de la barra de vidrio y

plástico

Carga

Barra de vidrio Positiva (+)

Barra de plástico Negativa (-)

Interacción entre la barra de vidrio y la

barra de plástico

4.4. La interacción de Barra de

Acrílico con la Barra de Vidrio

Al realizar el mismo procedimiento

anterior con una barra de acrílico en vez

de una de plástico el efecto que ocurre

es el mismo para cada caso. Estando

ambos sin frotar no sucede nada, pero al

frotar un extremo de la barra de vidrio y

la barra de acrílico, una se acerca a la

otra. Sin importar hacia qué lado se está

acercando la barra de acrílico cargada a

la otra que está colgada (barra de vidrio

cargada) siempre tenderán a unirse. Por

último la barra de acrílico también toma

carga negativa, así como la de plástico,

ya que para todo caso la barra de vidrio

al frotarlo con seda se carga

positivamente.

Tabla 4. Cargas de la barra de vidrio y

acrílico

Cargas

Barra de vidrio Positiva (+)

Barra de acrílico Negativa (-)

Electrización por frotamiento de la

barra de vidrio

4.5. La interacción de una Barra de

Acrílico con una Bolita de

Aluminio

En un principio al acercar una barra de

acrílico a una bolita de aluminio,

estando ambas en estado neutro no

ocurre ningún efecto entre ella ya que

no están cargadas. Luego de cargar la

barra de acrílico y al acercarla a la

bolita de aluminio (en estado neutro)

esta comienza a presentar movimiento,

debido a la inducción electrostática. En

donde en un principio tienden a

acercarse mientras las cargas se

reubican, y luego se alejan, debido a

que el cuerpo cargado (barra de acrílico)

hace que las partículas del cuerpo


neutro (bolita de aluminio y que

adicional a ello es conductor) se repelan

haciendo que ambos cuerpos sean

alejados.

4.6. La interacción de una Barra de

Acrílico con una Bolita de Icopor

En cuanto a la bolita de icopor se

comprobó que este es de material

aislante, ya que la carga negativa del

acrílico no se transfirió al icopor porque

este último ocupo resistencia al paso de

las cargas, y con ello a pesar del

contacto la bolita siempre será atraída

debido a la interacción de un cuerpo con

carga eléctrica y uno neutro.

4.7. El análisis del Generador de Van

de Graaf

A pesar de que no se vio en función el

generador de Van de Graaf, se analizó

el funcionamiento del mismo. La

función del generador es formar cargas

eléctricas por medio de la ionización del

aire donde estas cargas son

transportadas por la correa (o cinta

móvil) a la parte interna de la esfera

hueca de tal forma que esta mantenga

toda la carga. Entre su principal función

esta la creación de grandes voltajes.

4.8. El análisis de los efectos de una

bobina de Tesla y de la bola de

ionización

La Bobina de Tesla fue otro de los

generadores analizados, en la cual se

pudo notar una alta generación de carga

capaz de encender una bombilla al

acercarla. Este efecto es causado debido

a que el campo eléctrico del generador

es muy grande, permitiendo que el aire

que lo rodea se ionice (proporcional al

campo que tiene), es decir, la bobina de

tesla hace que el aire se cargue de igual

forma a él, de tal manera que al acercar

la bombilla, tanto los gases del medio

como los que presenta este cuerpo en su

interior se ionizan de tal manera que se

enciende a cierto nivel, así como

también muestra destellos de corriente o

rayos (color morado) en el interior

hueco de la misma. Este mismo efecto

ocurre en la Bola de Ionización, la cual

es un una bola de cristal, que en su

interior tiene una bobina, de tal manera

que se ionizan los gases del interior de

la misma, de tal forma que presenta

rayos morados que van desde la bobina

generadora hasta la parte cilíndrica del

cristal (en su interior).

Efecto de la bobina de Tesla

5. Conclusiones

Para concluir, se comprendió la

naturaleza de la fuerza eléctrica por

medio del concepto de carga eléctrica,

estas nos permitieron dar vivencia de las

formas en que se logra cargar un

material o cuerpo, ademásse descubrió

los tipos de carga eléctrica presentes en

los materiales y las propiedades que

obtienen tras el paso de carga (aislantes

o dieléctricos, conductores o

semiconductores); por otro lado, gracias

a la bobina de Tesla y la esfera de

ionización se analizó el concepto de

campo eléctrico generado por una carga

y los distintos efectos que generan.

Finalmente, se comprendió el porqué de

los fenómenos eléctricos y la

interacción que posee en nuestro diario

vivir para el avance de la sociedad y del

universo físico.


6. Referenciasbibliográficas

[1]Ana Luisa, María José, Laura,

Sergio, Carlos y Miguel Lorenzo,

Electricidad y magnetismo, [en línea],

http://www.slideshare.net/yanago/electri

cidad-y-magnetismo-8339126, citado el

17 de febrero de 2013.

[2] Campo y potencial eléctrico de una

carga puntual, [en línea],

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elec

magnet/campo_electrico/campo/campo.

htm#Concepto de campo, citado el 17

de febrero de 2013.

[3] Carga y corriente eléctrica, [en

línea],

http://www.educarchile.cl/Portal.Base/

Web/VerContenido.aspx?ID=133074,

citado el 17 de febrero de 2013.

[4] De León Hernández, Ana Sofía,

Leyva Dávila, Adalgiza Elizabeth,

Oviedo Elizondo, Cynthia Elizabeth,

Velásquez Martínez, Lizbeth Margarita,

Modelo atómico moderno, [en línea],

http://www.youtube.com/watch?v=ErtF

ZalJJWY, citado el 17 de febrero de

2013.

[5]Definición de ionización, [en línea],

http://definicion.de/ionizacion/, citado

el 17 de febrero de 2013.

[6]Electricidad I, [en línea],

http://www.ing.unlp.edu.ar/cys/DI/Elect

ricidad1.PDF, citado el 17 de febrero de

2013.

[7]Electroestática, [en línea],

http://html.rincondelvago.com/electrost

atica_4.html, citado el 17 de febrero de

2013.

[8]Generador de Van de Graaf, [en

línea],

http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es

/FISICA/document/fisicaInteractiva/sac

aleE_M2/Triboelecetricidad/vanderGraf

f/GeneradorEVG_Trabajo.htm, citado el


[9]Ionización del aire, [en línea],

http://www.famafabre.com/cat/documen

tos/ionizacion.pdf, citado el 17 de

febrero de 2013.

[10]M.Sc. Vásquez García, Optaciano

L. Manual de prácticas de laboratorio

de física III, [en línea],

http://fisica2ficunasam.zonalibre.org/La

boratorio%20N%C2%B01.pdf, citado el


[11] Pardo, Carmen Maritza, Cargas

eléctricas en reposo, [en línea],

http://www.slideshare.net/viteriange/car

gas-electricas-en-reposo-presentation-

757738, citado el 17 de febrero de 2013.

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