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PRÁCTICA NÚMERO 1

ELECTRIZACIÓN Y LEY DE COULOMB

Objetivos específicos:

A) Comprobar los métodos de electrización de los cuerpos.

B) Comprobar la ley fundamental de la electrostática.

C) Comprobar la existencia de dos cargas eléctricas distintas.

D) Comprobar experimentalmente y cuantitativamente, la fuerza eléctrica entre dos objetos

electrizados.

Marco teórico

Tales de Mileto (hacia 600 a.C.) descubrió la propiedad que presenta el ámbar cuando se frota y

al acercar éste a cuerpos ligeros como trozos pequeños de médula de sauco o corcho, éstos se

atraen. A finales del siglo XVI, Gilbert observó que la misma propiedad se manifiesta en otros

cuerpos, tales como la ebonita, el vidrio, etc. Al interpretar esta propiedad decimos que el ámbar

está electrizado o que posee una carga eléctrica. Estos términos se derivan de la palabra griega

elektron que significa ámbar. La electrización no es una propiedad fundamental de la materia,

ya que en condiciones normales (estado neutro) la materia no está electrizada dado que se

manifiesta, después de que por diferentes causas los cuerpos pueden electrizarse. Se dice que

un cuerpo está electrizado cuando pierde o gana electrones y esta pérdida o ganancia dependerá

de la sustancia o material de que este hecho. Un cuerpo está electrizado positivamente cuando

pierde electrones y negativamente cuando gana electrones. A finales del siglo XVIII, el físico

americano y hombre de estado Benjamín Franklín, llamó positivas a las cargas eléctricas

producidas por materiales vítreos y negativas a las producidas por materiales resinosos. Los

cuerpos se pueden electrizar por varios métodos: frotamiento, contacto e inducción (influencia).

Las partículas subatómicas poseen propiedades y una de ellas es la carga eléctrica. La carga

eléctrica puede ser de dos signos distintos positiva (+) o negativa (-). Esta propiedad es una

cantidad medible que se expresa en coulombs (C), en honor a Charles Agustín Coulomb, general

francés que realizó ciertos estudios sobre el tema de las interacciones eléctricas. Debido al signo

de la carga eléctrica, dos partículas pueden atraerse si sus cargas son de diferente signo o

rechazarse si son del mismo signo, este es el principio fundamental de la electrostática.

En sus estudios experimentales para determinar la intensidad de la fuerza de atracción o de

repulsión entre dos objetos cargados, Coulomb encontró que la intensidad de la fuerza entre los

objetos es directamente proporcional a la magnitud de las cargas de éstos e inversamente

proporcional al cuadrado de la distancia de separación entre ellos. La constante eléctrica del medio

en el aire o vacío resulta ser k=9X109 Nm2/C2. La relación matemática que describe la fuerza

entre dos partículas con carga eléctrica es:

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR CENTRO DE ESTUDIOS CIENTÍFICOS Y

TECNOLÓGICOS No. 8 “NARCISO BASSOLS”

ACADEMIA DE FÍSICA LABORATORIO DE FÍSICA III

NOMBRE DEL ALUMNO:_____________________________________ GRUPO:_____

EQUIPO:____ TURNO:____________ FECHA:____________ CALIFICACIÓN:______

2

1 2

2

q qF k

r

Donde:

F : Fuerza de atracción o repulsión en Newtons (N)

k : La constante eléctrica en el aire o vacío 9X109 Nm2/C2

1 2,q q : Magnitud de carga eléctrica en Coulombs (C)

r : Distancia de separación entre las cargas en metros (m)

Si se tiene un conjunto de cargas cercanas entre sí, cada carga interactuará con de las demás,

ejerciendo una fuerza de atracción o de repulsión de acuerdo con el signo de sus cargas

correspondientes. Así, la fuerza eléctrica en cada una de ellas será la suma vectorial de las fuerzas

eléctricas que ejercen las demás sobre ella. Este análisis se hará suponiendo que todas las cargas

están inmóviles, a pesar de la fuerza que experimentan.

Material y equipo

1 electroscopio

2 péndulos electrostáticos

1 barra de vidrio

1 barra de acrílico

1 piel de conejo o de gato

1 lienzo poliéster

3 globos

1 lata de aluminio

1 hoja de papel

20 g sal

20 g pimienta

1 tramo de hilo cáñamo de 130 cm

1 regla de un metro

1 transportador

Figura No. 1

Desarrollo experimental

Experimento No. 1 Métodos de electrización

a) Verifica que todo el material se encuentre descargado, tocándolo previamente con la mano.

Frota la barra de acrílico con la piel de conejo y aproxímala a la esfera del péndulo sin tocarla.

Explica lo sucedido indicando los métodos de electrización empleados. Representa en un

esquema lo observado.

b) Repite el procedimiento anterior, pero ahora toca al péndulo con la barra electrizada. Explica

lo sucedido indicando los métodos de electrización que fueron utilizados en este caso tanto

en la barra como en la esfera del péndulo y representa un esquema de lo observado.

c) ¿Qué tipo de carga adquieren la barra de acrílico y la piel de conejo al electrizarse?

d) Repite el procedimiento anterior utilizando la barra de vidrio y el lienzo poliéster. Explica lo

que sucede, anota el tipo de carga que fue adquirida por la barra de vidrio y el lienzo poliéster.

Representa por medio de un esquema.

3

e) Con la barra de acrílico frotada por la piel de conejo, toca las esferas de los dos péndulos a

continuación aproxímalas entre sí. Explica lo que sucede con los péndulos y represéntalo por

medio de un esquema.

Experimento No.2 Electroscopio

a) Verifica que el electroscopio este descargado tocando con la palma de la mano.

b) Toma la barra de acrílico sin frotarla, acerca al electroscopio sin tocarlo. Escribe tus

observaciones.

c) Frota la barra de vidrio con la piel de conejo y aproxima al electroscopio. Explica lo

sucedido y representa por medio de un esquema.

d) Verifica que el material se encuentre descargado. Frota la barra de vidrio con el lienzo

poliéster y aproxima al electroscopio. Explica lo que sucede y representa por medio de un

esquema.

Experimento No. 3 Métodos de Electrización

Parte I

a) Infla el globo, amárralo y electriza por frotamiento.

b) Una vez electrizado, acercar a la lata de aluminio, ver figura No. 2

c) Observa, dibuja y escribe tus observaciones.

Figura No. 2

d) ¿Pasará lo mismo con una lata de hierro, o con una botella de plástico?

_____________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________

4

Parte II

a) En una caja de papel, vierte un poco de sal de mesa y pimienta; revuelve bien.

b) Acerca un globo inflado electrizado por frotamiento a la mezcla. Haz un dibujo de lo sucedido

y escribe tus observaciones acerca del fenómeno.

Experimento No. 4 Estimación de la fuerza eléctrica

a) Infla dos globos a un volumen similar, amárralos a un hilo de cáñamo 1.30 m y sujétalos

como se muestra en la figura No. 3

b) Electriza los globos por frotamiento en toda su superficie de modo que se separen entre sí.

c) Mide la distancia de separación de los globos, tomando como referencia su centro geométrico.

d) Considera la masa de los globos de 5 g y que el sistema está en equilibrio.

e) Realiza un diagrama de cuerpo libre del arreglo experimental para obtener la tensión y la

fuerza eléctrica de los globos.

f) Calcula la carga eléctrica de los globos.

Diagrama de cuerpo libre

Figura No. 3

Análisis y procedimiento

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Cuestionario

Contesta las siguientes preguntas de acuerdo a los conceptos y principios fundamentales del

tema y en base a los resultados experimentales observados.

1. ¿Cuándo un cuerpo está electrizado?

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

2. ¿Cuándo un cuerpo es eléctricamente neutro?

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

3. ¿Cuáles son y en qué consisten los métodos de electrización?

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

4. Al acercar un cuerpo conductor a otro cargado positivamente, algunos electrones del

conductor se acumulan dentro de él por el lado más próximo al cuerpo cargado. Explica ¿a

qué se debe este fenómeno?

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

5. En electricidad algunos materiales son clasificados como vítreos y resinosos. ¿Qué carga

adquieren cada uno de estos materiales al electrizarse?

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

6. Explica el fenómeno de polarización e indica si éste se realiza en los materiales conductores,

en los aislantes o en ambos.

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

Conclusiones

En base a los objetivos de la práctica, en los experimentos realizados y los fundamentos teóricos,

escribe tus conclusiones haciendo las comparaciones necesarias en cada experimento.

__________________________________________________________________________________________________________

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PRÁCTICA NÚMERO 2

GENERADORES ELECTROSTÁTICOS


A) Explicar el funcionamiento de los generadores electrostáticos

B) Comprobar la existencia de la de carga eléctrica C) Explicar el efecto producido por las cargas eléctricas

Marco teórico

Reciben el nombre de máquinas electrostáticas, los aparatos destinados a producir

cargas eléctricas en reposo. Independientemente de la forma y tamaño, todas las

máquinas generadoras de cargas electrostáticas basan su construcción y funcionamiento

en los métodos de electrización de los cuerpos, por frotamiento, contacto e inducción.

Existen una gran variedad de máquinas electrostáticas, pero las más conocidas son la

Máquina de Wimshurst y el Generador de Van der Graaff.

Máquina de Wimshurst ver Figura No. 1. Está construida por dos discos aislantes

del mismo diámetro (1), montados en un mismo eje de rotación, que giran en sentidos

opuestos al accionar una manivela (2). Los discos contienen placas metálicas llamadas

sectores (3). Tiene además, dos varillas metálicas (4) que terminan en escobillas de cobre

que se apoyan ligeramente en los sectores.

Las varillas se colocan perpendicularmente entre los sectores, son frotados por las

escobillas, generando carga eléctrica. En las bisectrices de los cuadrantes formados por

las varillas, existen unas piezas metálicas llamadas peines (5) colocados a corta distancia

de los discos que tienen la función de recoger por inducción, las cargas generadas. El

otro extremo de los peines, está conectado por medio de interruptores a los electrodos

metálicos esféricos (6) y a unos dispositivos llamados botellas de Leyden (capacitores),

que sirven para el almacenamiento de la carga eléctrica (7).

Figura No. 1





NOMBRE DEL ALUMNO:_____________________________________ GRUPO:_____

EQUIPO:____ TURNO:____________ FECHA:___________ CALIFICACIÓN:_______

7

Generador de Van der Graaff (Figura No. 2). Esta máquina consta de una banda de hule (1)

que recibe la carga eléctrica por frotamiento al pasar a través de una polea que se encuentra en

la parte inferior de la máquina (2). La banda transporta la carga eléctrica hacia la esfera metálica

(3). De esta manera se pueden generar grandes cargas eléctricas dependiendo de la superficie

de la esfera y obtener grandes voltajes en ocasiones hasta de millones de volts.

En el generador de Van der Graaff, y en la máquina de Wimshurst las cargas eléctricas

se generan por frotamiento y se transfieren por inducción.

Figura No. 2

Material y equipo

1 Máquina electrostática de Wimshurst ver Figura No. 1

1 Generador de Van der Graaff ver Figura No. 2

1 Base de plástico (3) con soporte aislado ver Figura No. 3

1 Punta de aguja metálica ( 4) 1 Flor de papel (5)

1 Molinete eléctrico (6)

1 Timbre electrostático (7)

1 Cuadro centelleante (8)

2 Cadenas metálicas (9)

1 Caja de cerillos

Figura No. 3

8


Experimento No. 1 Punta para viento eléctrico

Figura No. 4 Esquema

A) Coloca la punta de la aguja metálica en la parte superior de la varilla de plástico con

metal.

B) Conecta las cadenas a cada uno de los electrodos de la máquina de Wimshurst (Figura

No. 4).

C) Acerca la palma de la mano a la punta de aguja, a la vez haz girar la manivela

de la máquina. D) Escribe la sensación que se tiene al acercar la mano.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

NOTA: No acercar demasiado la palma de la mano a la punta, no tocar puedes

recibir una descarga eléctrica.

E) Haz girar la manivela de la máquina y ahora acerca un cerillo encendido a la punta.

F) Escribe tus observaciones.

G) Repite el procedimiento anterior pero ahora acerca una tira de papel a la punta

de la aguja.

H) Escribe tus observaciones.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Experimento No. 2 Molinete eléctrico


A) Coloca el molinete metálico en la parte superior de la varilla de plástico con metal.

Conecta una cadena a cada uno de los electrodos de la máquina de Wimshurst (Figura

No. 5). B) Gira la manivela del generador y observa lo que sucede.

C) Escribe tus observaciones y realiza un esquema.

9

Experimento No. 3 Flor de papel


A) Repite el procedimiento anterior pero ahora coloca la flor de papel ver la figura No. 6. B) Gira la manivela de la máquina de Wimshurst y observa que sucede.

C) Realiza un dibujo y explica tus observaciones.

Experimento No. 4 Campanario eléctrico

Figura No. 7

A) Conecta las cadenas a los bornes del timbre electrostático ve la figura No. 7.

B) Gira la manivela y observa que sucede.

C) Escribe tus observaciones.

Experimento No. 5 Cuadro Centelleante

Figura No. 8

A) Conecta las cadenas a los bornes del cuadro centelleante a como se ve en la figura

No. 8. B) Gira la manivela de la máquina de Wimshurst.

C) Explica y escribe tus observaciones.

_________________________________________________________

_________________________________________________________

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Cuestionario

Contesta las siguientes preguntas de acuerdo a los conceptos y principios fundamentales al


1. ¿Cuál es el uso de las máquinas electrostáticas?

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

2. ¿Cuál es el principio de funcionamiento de las máquinas electrostáticas?

_____________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

3. ¿Qué es el viento eléctrico?

_____________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

4. En el experimento No. 1, ¿por qué se apaga el cerillo? y ¿Por qué se levanta la tira de

papel?

_____________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

5. ¿Por qué razón gira el molinete eléctrico?

_____________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

6. ¿Por qué se separan los pétalos de la flor de papel?

_____________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

7. Explica el fenómeno ocurrido en el campanario eléctrico

_____________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

8. En el experimento número 5, ¿por qué los leds se enciendan y apagan frecuentemente?

_____________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

Conclusiones

En base a los objetivos de la práctica, en los experimentos realizados y los fundamentos teóricos,

escribe tus conclusiones haciendo las comparaciones necesarias en cada experimento.

__________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________

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PRÁCTICA NÚMERO TRES

CAMPO ELÉCTRICO


A. Demostrar la existencia del campo eléctrico.

B. Representar el campo eléctrico por medio de líneas de fuerza.

C. Comprobar las diferentes formas que adquiere el campo eléctrico de acuerdo a

los electrodos empleados.

Marco teórico

Las cargas eléctricas ejercen una influencia en la región que las rodea. Dicha región de

influencia se llama campo eléctrico. Por esta razón las cargas de diferente signo se atraen y

del mismo signo se rechazan, aun cuando se encuentren separadas. Esto quiere decir que las

cargas eléctricas influyen sobre la región que está a su alrededor debido a su propio campo

eléctrico. Como el campo eléctrico no se puede ver, el físico inglés Michael Faraday introdujo en

1823, el concepto de líneas de fuerza. Las líneas de fuerza se dibujan de la siguiente manera:

si la carga eléctrica es positiva éstas salen radialmente de la carga (figura 1a). Si la carga eléctrica es negativa, las líneas de fuerza llegan de una forma radial a la carga (figura 1b). Si

se tiene un dipolo eléctrico (una carga negativa y otra positiva el campo eléctrico se dibuja

saliendo de la carga positiva y entrando a la carga negativa (figura 2a). Si se tienen dos cargas

del mismo signo, por ejemplo dos cargas positivas, estas se dibujan saliendo de las cargas y

separándose debido a la repulsión (figura 2b). Las líneas de fuerza pueden dibujarse de tal

manera, que señalen, además de su dirección y sentido, el punto más intenso del campo eléctrico.

Mientras más cerca se encuentre de una carga eléctrica el campo eléctrico será más intenso y mientras más alejado será menos intenso.

En la Figura 1, las líneas de campo

eléctrico para una carga puntual. a) En el caso de una carga puntual positiva, las líneas son radiales hacia

afuera. b) Para una carga puntual negativa, las líneas son radiales

hacia adentro.

Figura No. 1

a) Carga positiva b) Carga Negativa




ACADEMIA DE FÍSICA

LABORATORIO DE FÍSICA III

NOMBRE DEL ALUMNO:__________________________________ GRUPO:_______

EQUIPO:____ TURNO:__________ FECHA:___________ CALIFICACIÓN:_________

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a) Dipolo eléctrico b) Cargas con signo positivo

Figura No. 2

En la figura 2, a) Líneas de campo eléctrico para dos cargas puntuales de igual magnitud y de

signo opuesto (un dipolo eléctrico). El número de líneas que salen de la carga positiva es igual al

número que termina en la carga negativa. b) Líneas de campo eléctrico para dos cargas puntuales

positivas. Para poder interpretar como es la intensidad el campo eléctrico producido por una carga

eléctrica, se emplea una carga positiva (por convención) de valor muy pequeño llamada carga

de prueba, de esta manera sus efectos, debido a su propio campo eléctrico, se puede

despreciar. Esa pequeña carga de prueba q se coloca en un punto del espacio a investigar. Si

la carga de prueba recibe una fuerza de origen eléctrico, diremos que en ese punto del espacio

existe un campo eléctrico cuya intensidad E es igual a la relación dada entre la fuerza F y el

valor de dicha carga de prueba q por tanto:

F NE en

q C

Como se observa, la intensidad del campo E es una magnitud vectorial, toda vez que la fuerza

F también lo es. Por ello, los campos eléctricos se suman vectorialmente. Así pues, la dirección

y sentido del vector representativo de la intensidad del campo eléctrico en un punto será igual

a la fuerza que actúa en ese punto sobre la carga de prueba, la cual como se señaló es positiva

por convención. El valor de la intensidad de campo eléctrico E no es constante, sino que

disminuye a medida que aumenta la distancia. Sin embargo, el valor de E será el mismo

para todos los puntos con igual distancia del centro de una carga.

Material y equipo

Una máquina de Wimshurst (1) Una cuba de vidrio (2) Aceite (3)

Cascarillas de alpiste (4)

Dos porta electrodos (5) Dos barras de acrílico (6) Dos electrodos metálicos puntuales(7)

Un electrodo circular (8) Dos electrodos rectos en forma de “L” (9) Un electrodo en forma de “V” (10)

Un electrodo en forma de triángulo 11)

Dos cadenas metálicas (12)

Figura No. 3

13


Experimento No. 1. Carga puntual

a) Monta el dispositivo de la figura No. 4 colocando dentro de

la cuba un electrodo puntual.

b) En la cuba vierte el aceite y en él distribuye las cascarillas

uniformemente.

c) Conecta una de las cadenas al electrodo puntual.

d) Acciona la manivela de la máquina generadora.

e) Explica lo que sucede con las semillas y realiza un esquema

de lo observado.

Esquema

Figura No. 4

Experimento No. 2 Dipolo eléctrico

a) Monta el dispositivo de la figura No. 5, colocando las cadenas a cada uno de los bornes del generador

los dos electrodos puntuales en los porta electrodos.

b) Distribuye uniformemente las cascarillas de alpiste, si es necesario agrega más en la cuba, procura no

saturar. c) Conecta cada cadena a cada uno de los electrodos.

d) Acciona la manivela de la máquina generadora.

e) Explica lo que sucede con las cascarillas de alpiste y

realiza un esquema de lo observado.

Esquema

Figura No. 5

Experimento No. 3 Repulsión de cargas Esquema

a) Repite el procedimiento anterior pero ahora

conecta las dos cadenas a un solo borne del

generador.

b) Explica lo que sucede con las cascarillas en los

electrodos y realiza un esquema de lo observado.

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Experimento No. 4 Principio del capacitor Esquema

a) Repite el procedimiento anterior pero ahora

coloca paralelamente dos electrodos rectos y

conecta sus extremos a cada uno de los bornes

del generador.

b) Explica lo que sucede y realiza un esquema de

lo observado.

Experimento No. 5. Principio de la ley de Gauss Esquema

a) Coloca un electrodo circular dentro de la cuba y

conéctalo a uno de los bornes del generador.

b) Esparce el alpiste de manera que quede

distribuido uniformemente dentro y fuera del

arillo.

c) Explica lo que sucede y realiza un esquema de

lo observado.

Experimento No. 6. Efecto punta Esquema

a) Coloca un electrodo en forma de “Y” dentro de

la cuba con el aceite y conéctalo a uno de los

bornes del generador.

b) Explica lo que sucede y realiza un esquema

de lo observado.

NOTA: Todos los esquemas deben ser dibujados por medio de líneas de fuerza.

Cuestionario



1. ¿Qué es el campo eléctrico? y ¿cómo se representa gráficamente?

2. ¿Qué es el dipolo eléctrico? y ¿cómo se representa?

3. ¿Existe campo eléctrico dentro del electrodo circular en el experimento No. 5? Si ó No y

¿por qué?

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4. ¿Cómo es el arreglo de las cáscaras de alpiste entre los electrodos paralelos del

capacitor?

5. ¿Cómo se distribuye la carga en los conductores en forma de “V” y el “triangular”? ¿Por

qué se produce éste fenómeno?

6. ¿Cómo se distribuirá la carga en una superficie de máxima curvatura?

Conclusiones

En base a los objetivos de la práctica, en los experimentos realizados y los fundamentos

teóricos, escribe tus conclusiones haciendo las comparaciones necesarias en cada

experimento.

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PRÁCTICA NÚMERO 4

BLINDAJE ELECTROSTÁTICO Y JAULA DE FARADAY


A) Comprobar el Teorema de Gauss

B) Demostrar el blindaje electrostático por medio de la Jaula de Faraday

Marco teórico

Ley de gauss

La correspondencia de tipo general entre el flujo eléctrico neto a través de una superficie

cerrada (superficie gaussiana) y la carga encerrada en la superficie. Esta correspondencia,

conocida como ley de Gauss, es de importancia fundamental en el estudio de los campos

eléctricos.

Si se consideran varias superficies cerradas que rodean una carga q, como se muestra en la

figura 1. El mismo número de líneas que pasan a través de las superficies S1, S2 y S3. Por lo

tanto, el flujo neto a través de cualquier superficie cerrada que rodea a una carga

puntual q tiene un valor de =q/0 y es independiente de la forma de la superficie.

Figura 1. Superficies

cerradas de diversas formas que rodean una

carga q. El flujo eléctrico neto es el mismo a través de todas las superficies.

Por lo tanto, el flujo eléctrico neto a través de una superficie cerrada que no rodea a

ninguna carga es igual a cero.

Por otra parte se puede expresar el flujo a través de cualquier superficie cerrada de la forma:

E dA

La ley de Gauss, que es una generalización de lo anterior, dice que el flujo neto a través de

cualquier superficie cerrada es:

int

0

por lo tantoq

E dA

donde qint representa la carga neta en el interior de la superficie y E el campo eléctrico en

cualquier punto de la misma. Si la carga qint es la carga neta en el interior de la superficie





NOMBRE DEL ALUMNO:__________________________________GRUPO:_______

EQUIPO:____ TURNO:____________ FECHA:_________ CALIFICACIÓN:_______

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gaussiana, E representa el campo eléctrico total, que incluye contribuciones provenientes

tanto del interior como del exterior de la superficie. La ley de Gauss puede aplicar para determinar

el campo eléctrico debido a un sistema de cargas o a una distribución continua de las mismas, en

la práctica, este tipo de solución sólo es aplicable a un número limitado de situaciones muy

simétricas.

Jaula de Faraday

La jaula de Faraday es una caja metálica que protege los campos eléctricos estáticos. Debe su

nombre a Michael Faraday quién construyo una en 1836. Se emplean para proteger descargas

eléctricas, ya que el campo eléctrico en su interior es cero.

Cuando la caja metálica se coloca en presencia de un campo eléctrico externo las cargas

positivas se quedan en posición de red. Los electrones empiezan a moverse ( extF qE ), como

la carga de los electrones es negativa se mueven en sentido contrario al campo eléctrico y

aunque la carga total del conductor sea cero, en uno de los lados de la caja se acumulan los

electrones mientras que del otro lado queda con cargas positivas. El desplazamiento de las

cargas negativas, hace que en el interior de la caja se cree un campo eléctrico de sentido

contrario al campo externo. Así el campo eléctrico resultante en el interior del conductor por

lo tanto es cero y toda la carga eléctrica se quedará en su superficie.

Como en el interior de caja no hay campo, ninguna carga puede atravesarlo, por ello este

resultado se emplea para proteger dispositivos de cargas eléctricas muchos de ellos los

utilizamos en nuestra vida cotidiana: los microondas, escáneres, teléfonos móviles,

dispositivos de audio, otros dispositivos sin estar provistos de una jaula de Faraday actúan

como tal: los ascensores, automóviles, aviones durante una tormenta eléctrica su carrocería

metálica actúa como una jaula de Faraday.

Material y equipo

Dos electroscopios (1)

Una esfera metálica hueca con soporte aislado (2)

Un transportador de carga (3)

Una malla metálica (4)

Una lámina de vidrio (5)

Una lámina de cartón (6)

Una lámina de acrílico (7)

Dos alambres de cobre con aislador (8)

Un generador electrostático de Van Der Graaff (9)

Una máquina de Wimshurst (10)

Figura No. 2


Experimento No. 1 Esfera Hueca Conductora

a) Monta el dispositivo de la Figura No. 3

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Figura No. 3

b) Conecta la esfera hueca al electroscopio por medio de un alambre conductor.

c) Descarga el electroscopio tocándolo con la mano.

d) Carga el transportador de carga por contacto al conectarlo a la máquina de

Wimshurst.

e) Introduce el transportador de carga en la esfera hueca sin tocar la pared interior.

f) Explica el fenómeno observado.

g) Extrae el transportador de carga y aléjelo del cuerpo hueco.

h) Electriza nuevamente el transportador de carga e introduce sin tocar la pared y

después haciendo contacto con la pared.

i) Explica el fenómeno observado.

j) Ahora extrae el transportador de carga y con él toca el segundo electroscopio

previamente descargado. k) Explica lo que sucedido.

Experimento No. 2 Jaula de Faraday

a) Monta el dispositivo de la Figura No. 4

Figura No. 4

b) Coloca en el interior de la malla metálica (Jaula de Faraday) un electroscopio y en el

exterior otro, como se observa en la figura No. 4.

c) Acerca el transportador de carga y toque el exterior de la Jaula de Faraday.

d) Escribe tus observaciones.

e) Descarga el equipo.

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f) Con el transportador de carga, muévelo en el interior de la Jaula de Faraday sin tocar

las paredes. Observa lo sucedido. g) Ahora toca el interior. Observa lo que sucede.

h) Escribe tus observaciones.

Experimento No. 3 Blindaje Electrostático

a) Monta el dispositivo de la figura No. 5

b) Enciende el generador durante 3 minutos

Figura No. 5

c) Coloca la lámina de vidrio y e l electroscopio. Anota tus observaciones.

d) Repite el procedimiento anterior ahora coloca la lámina de cartón. Anota tus

observaciones.

e) Repite el procedimiento anterior con la lámina de acrílico. Anota tus observaciones.

f) En orden ascendente escribe ¿cuál fue el mejor aislante de los tres materiales?

Cuestionario



1 . ¿En qué principio se basa el blindaje electrostático?

2. En la esfera metálica hueca, ¿cómo se distribuyen las cargas eléctricas?

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3. Explica, ¿qué le pasaría a una persona, sí estuviera dentro de una malla

electrificada y la tocará?

4. ¿Cuál es la importancia de utilizar materiales aislantes para cubrir materiales

conductores?

5. Escribe dos ejemplos de la vida diaria dónde se puede encontrar el efecto de la

Jaula de Faraday.

Conclusiones



experimento.

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PRÁCTICA NÚMERO 5

SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES


A) Comprender el significado de una superficie equipotencial.

B) Diferenciar entre una superficie equipotencial y una de diferente potencial.

C) Aprender a trazar las superficies equipotenciales de dos conductores rectos

paralelos.

Marco teórico

Por definición: El potencial eléctrico V en cualquier punto de un campo eléctrico es igual al

trabajo T que se necesita realizar para transportar a la unidad de carga positiva “q” desde el

potencial cero hasta el punto considerado. Por tanto.

WV

q

Donde:

V: Potencial eléctrico en el punto considerado en volts (V)

W: Trabajo realizado en Joules (J)

q: Carga transportada en Coulombs (C)

El potencial eléctrico es una magnitud escalar como lo es cualquier clase de energía, a

diferencia del campo eléctrico que es una magnitud vectorial. Se define la energía potencial

que posee la unidad de carga eléctrica positiva en un punto determinado.

Ep

Vq

Donde:

Ep: Energía potencial en Joules (J)

En la figura No. 1 el campo eléctrico E en la vecindad de una carga positiva Q, el campo se

dirige en forma radial hacia afuera, y su intensidad disminuye inversamente con el cuadrado

de la distancia que hay desde el centro de la carga 2

kQE

r donde es k : La constante eléctrica

en el aire o vacío 9X109 Nm2/C2 y r es la distancia a un punto determinado en metros (m).





NOMBRE DEL ALUMNO:_______________________________GRUPO:_____

EQUIPO:____ TURNO:__________ FECHA:_________ CALIFICACIÓN:______

22

La energía potencial debida a una carga colocada en un campo eléctrico es igual al trabajo

realizado contra las fuerzas eléctricas que transportan la carga desde el infinito hasta el punto

en cuestión kQq

Epr

donde q es la carga de prueba.

Figura No. 1. El campo eléctrico en la vecindad de una carga positiva Q, el campo se dirige

en forma radial hacia afuera, r representa las distancias respectivas a los puntos A y B.

El potencial V en un punto situado a una distancia r de una carga Q es igual al trabajo por

unidad de carga realizado contra las fuerzas eléctricas para transportar una carga positiva +q

desde el infinito hasta dicho punto.

El valor del potencial eléctrico V en cualquier punto que se encuentre a una distancia r de

una carga Q está dado por kQ

Vr

.

El potencial eléctrico V de una carga Q es el mismo en todos que se encuentren a la misma distancia de su centro. Por tanto, si se unen imaginariamente todos los puntos que tienen el

mismo potencial eléctrico, tendremos una superficie equipotencial. Por definición: una

superficie equipotencial es aquella que resulta de la unión de todos los puntos de un

campo eléctrico que se encuentran a un mismo potencial eléctrico. En la figura 2, se

muestra el mismo potencial a distancias iguales de la carga. Las superficies equipotenciales son

siempre perpendiculares en todos sus puntos a las líneas de fuerza del campo eléctrico, la dirección de estas dependen de la naturaleza de la carga. En el caso de una carga puntual, la

forma de la superficie equipotencial será de esferas concéntricas de diferente radio, el potencial

eléctrico dependerá de la magnitud del radio.

Figura No. 2. Se muestran las superficies equipotenciales de una carga positiva y una negativa.

Es importante señalar que en una superficie equipotencial no se necesita realizar ningún trabajo

eléctrico para llevar una carga de un punto a otro que se encuentren en el mismo potencial.

23

Figura No. 3

En las placas conductoras como las de los

condensadores, las líneas del campo

eléctrico son perpendiculares a las placas y

las líneas equipotenciales son paralelas a

las placas.

Material y equipo

Fuente de poder (cd) (1)

Un multímetro (2)

Una cuba electrolítica (3)

Dos electrodos lineales (4) Cuatro cables de conexión (5)

Solución salina (6) Papel milimétrico (7)

Figura No. 4

Desarrollo experimental A) Monta el dispositivo de la figura No. 5 procurando que la cuba quede nivelada y agrega la

solución del modo que la profundidad sea de unos de 5 mm. B) Coloca la hoja de papel milimétrico debajo de la cuba.

C) Conecta la fuente de poder y escoge una de las escalas de 0 a 12 volts. Mueve la perilla

hasta 10.5 volts. D) Introduce la punta de prueba en la solución salina.

E) Mide los potenciales comenzando desde el punto cero hasta diez volts (el punto cero

comienza en el lado positivo y el punto donde se miden los diez volts es el negativo).

F) Traza líneas de igual potencial a 2, 4, 6 y 8 volts. Marca estos puntos en la hoja de papel milimétrico y dibuja rectas paralelas a los conductores.

G) Busca el punto donde se lea el potencial de 2 volts y mueve la punta de prueba

perpendicular al campo y mide los voltajes a lo largo de esa línea. H) Repite el procedimiento del inciso “F” a 4, 6 y 8 volts.

I) Traza las superficies equipotenciales en la hoja de papel milimétrico para adjuntarla en tu práctica.

Figura No. 5

24

Cuestionario



1. Define una superficie equipotencial

2. ¿Qué se requiere para que pueda circular la corriente eléctrica de un punto a otro en

un conductor eléctrico?

3. ¿En una superficie equipotencial se puede realizar trabajo? Explique por qué.

4. ¿Qué sucede con la energía potencial si una carga positiva se mueve en contra del

campo eléctrico?

5. ¿Cómo se dibujan las superficies equipotenciales en dos placas planas paralelas?

Conclusiones



experimento. Incluye la aplicación de lo aprendido en la vida diaria.

25

PRÁCTICA NÚMERO 6

CAPACITOR DE PLACAS PLANAS


A. Identificar las partes de un capacitor de placas planas paralelas.

B. Calcular la capacitancia de placas planas paralelas.

C. Calcular la carga de las placas de un capacitor.

D. Demostrar la variación del potencial eléctrico entre las placas del capacitor a

diferentes distancias de separación.

Marco teórico Los capacitores son dispositivos que almacenan carga eléctrica, de manera más precisa: la

capacitancia es la carga que éste almacena por unidad de diferencia de potencial.

QC

V

Es claro que en unidades del SI la capacitancia se expresa en coulomb por cada Volt. La unidad

del SI para capacitancia es el farad (F), nombre puesto en honor de Michael Faraday:

1 Coulomb C1Farad = así la simbología es F =

1 oltV V

Sin embargo el farad (F), es una unidad muy grande, debido a ello se emplean los submúltiplos de ella. Prácticamente micro y picofaradios son más comunes, se tienen las siguientes: Un microfaradio (µF) = 1 x 10-6 Faradios

Un nanofaradio (nF) = 1 x 10-9 Faradios

Un picofaradio (pF) = 1 x 10-12 Faradios

El capacitor está formado por dos conductores eléctricos separados por un aislante llamado

dieléctrico que transportan cargas iguales y opuestas, tienen la propiedad de almacenar carga

eléctrica entre sus placas. Cada placa está conectada a una de las terminales de una batería,

que actúa como fuente de diferencia de potencial. El capacitor de placas paralelas depende de

sus propiedades geométricas del área de las placas (A), distancia de separación entre ellas (d)

ver figura 1. En el caso de que el dieléctrico sea el vació, la capacitancia se calcula de la

siguiente manera:

0o A

Cd

La mayor parte de los condensadores o capacitores tienen entre las placas un material no

conductor, llamado dieléctrico. En el caso de un capacitor de placas paralelas la capacitancia




ACADEMIA DE FÍSICA


NOMBRE DEL ALUMNO:__________________________________ GRUPO:_______

EQUIPO:____ TURNO:____________ FECHA:___________ CALIFICACIÓN:______

26

se calcula:

o AC

d

Un capacitor de placas paralelas

consiste en dos placas conductoras paralelas entre sí, cada una con una superficie A, separadas una distancia d. Cuando se carga el capacitor al conectar las placas a las terminales de una batería, las

placas adquieren cargas de igual magnitud. Una de las placas tiene carga positiva y la otra carga negativa.

Figura No. 1

Donde k es la constante dieléctrica es adimensional es decir carece de unidades y o es la

constante de permitividad del vació cuyo valor es 2

2

12 12

0 8.85 10 8.85 10C F

N m m .

Los capacitores se usan de manera regular en diversidad de circuitos eléctricos. Por ejemplo,

se usan para sintonizar la frecuencia de los receptores de radio, en filtros de fuentes de energía

eléctrica, para eliminar las chispas en los sistemas de encendido de los automóviles y como

dispositivos de almacenamiento de energía.

Energía almacenada en un capacitor con carga

El trabajo invertido al cargar el capacitor se presenta como una energía potencial eléctrica U

almacenada en el mismo. 2

2

2

1

2

1

2

QU

C

U QV

U CV

Este resultado es aplicable a cualquier capacitor, sea cual fuere su geometría. Para una

capacitancia determinada, la energía almacenada aumenta al incrementarse la carga y la

diferencia de potencial. En la práctica, existe un límite para la energía (o carga) máxima que

se puede almacenar, ya que en un valor lo suficientemente grande de V ocurrirá finalmente

una descarga entre las placas. Es por esta causa que los capacitores por lo general se marcan

con un voltaje de operación máximo.

Material y equipo

Ver figura No.2

Un capacitor de placas planas paralelas (1)

Una fuente de poder variable (2)

Un voltímetro (3)

Una máquina de Wimshurst (4)

Un soporte universal (5)

Cuatro cables de conexión de seguridad (6)

Un péndulo (esfera de unicel forrada de aluminio e1 hilo cáñamo (7)

1 Lenteja metálica con un soporte de aislador (8)

1 Regla graduada

27

Figura No. 2


Experimento No. 1

Capacitor de placas planas paralelas

a) Arma el dispositivo de la figura número 3

b) Conectar la fuente de poder variable a los bornes del capacitor.

c) Conectar el voltímetro a los bornes del capacitor.

d) Separa las placas aproximadamente 10 cm.

e) Con los datos obtenidos calcula la capacitancia del capacitor. C ____________.

f) Encienda la fuente de poder variable a 6 kilo volts máximo.

g) Lea la lectura del voltímetro electrostático y anota.

h) Lectura: _____________. Determina la carga del capacitor: _________________.

i) Calcula la energía almacenada en el capacitor. U= __________________.

Figura No. 3

NOTA: La fuente de poder se puede sobrecalentar por lo que no puede subirse demasiado el voltaje. El foco de la fuente debe estar de color verde, sí cambia a color rojo se está

sobrecargando por lo que se debe apagar para que se restablezca.

Experimento No. 2

a) Sin desconectar los cables, saca una de las placas del capacitor y tomarla como se

muestra en la figura número 4.

b) Enciende la fuente a 5 kB y aproxima las placas (5 milímetros aproximadamente).

Observa lo que sucede.

Explica tus observaciones:

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

c) Utilizando la nueva distancia de 5 mm, calcula de nuevo la capacitancia:

__________________________________________________________________

28

d) Con la diferencia de potencial proporcionado por la fuente y la capacitancia calculada,

determina la carga almacenada en el capacitor. Q=__________________.

e) Calcula la energía almacenada en el capacitor. U= __________________.

Figura No. 4

Experimento No. 3

Parte I

a) Arma el dispositivo de la figura número 5 separando las placas del capacitor 12 cm.

b) Conecta los bornes de la máquina de Wimshurst a las placas del capacitor. c) Introduce el péndulo entre las placas y observar lo que sucede.

d) Gira la manivela de la máquina de Wimshurst y observa lo que sucede.

e) Explica tus observaciones:

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Figura No. 5

Parte II

a) Siguiendo el arreglo de experimento anterior separa las placas aproximadamente 1 o

2 cm.

b) Gira la manivela de la máquina de Wimshurst y al mismo tiempo agrega el confeti

ver figura número 6.

c) Escribe tus observaciones.

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

29

Figura No. 6

Cuestionario



1. ¿Cómo se define la capacitancia?

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

2. Escribe nombres de las partes que constituyen un capacitor. ________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

3. ¿Qué es un dieléctrico? ________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

4. Si se aumenta la diferencia de potencial entre las placas de un capacitor, ¿cómo

varía la capacitancia? _______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

5. Si se aumenta la distancia de separación entre las placas, ¿cómo varía la

capacitancia?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

6. Si disminuye la distancia de separación entre las placas, ¿cómo varía la capacitancia?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

7. En el experimento 4. ¿Cómo varía la diferencia de potencial a diferentes distancias?

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

8. Menciona ejemplos de utilidad para los capacitores. _______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

30

Conclusiones En base a los objetivos de la práctica, en los experimentos realizados y los fundamentos


experimento.

_____________________________________________________________________________________________

31

PRÁCTICA NÚMERO SIETE

COMBINACIONES DE CAPACITORES


A. Identificar las diferentes combinaciones de capacitores.

B. Calcular la capacitancia equivalente de las combinaciones en los capacitores. C. Comparar la capacitancia equivalente calculada con la experimental.

Marco teórico Los capacitores se usan de manera regular en diversidad de circuitos eléctricos. Por ejemplo,

los capacitores tienen muchos usos en los circuitos de corriente alterna, en los circuitos de

radio y en el encendido de la mayoría de los automóviles. Los capacitores también se utilizan

en algunas cámaras fotográficas en las cuales una lámpara electrónica utiliza un capacitor

para almacenar la energía de una batería. Se usan también para sintonizar la frecuencia de

los receptores de radio, en filtros de fuentes de energía eléctrica, y como dispositivos de

almacenamiento de energía en unidades de destello electrónico.

Los capacitores se agrupan en serie, paralelo y en forma mixta (serie-paralelo).

Capacitores en serie

El diagrama del circuito equivalente de la figura 1, se conocen como combinación en serie

de capacitores. La placa izquierda del capacitor 1, y la placa derecha del capacitor 3 están

conectadas a las terminales de una batería.

Figura No. 1

Las características de una combinación de capacitores en serie son las siguientes:

1. La capacitancia total en un agrupamiento en serie está dada por la ecuación.

1

1 2 3

1 1 1 1T

n

CC C C C




ACADEMIA DE FÍSICA


NOMBRE DEL ALUMNO:_________________________________ GRUPO:_______

EQUIPO:____ TURNO:___________ FECHA:___________ CALIFICACIÓN:______

32

2. La carga en el circuito y en cada capacitor es constante.

1 2 3T nQ Q Q Q Q

3. La suma de los voltajes individuales de cada capacitor es igual al voltaje total

aplicado.

1 2 3T nV V V V V

Capacitores en paralelo

Los capacitores que se muestra en la figura 2 están conectados como combinación en

paralelo. Las placas superiores de los capacitores se conectan por un lado a la terminal

positiva de la batería mediante un alambre conductor y debido a eso están con el mismo

potencial eléctrico que la terminal positiva. Del mismo modo, las placas inferiores se conectan

a la terminal negativa y por tanto están con el mismo potencial que la terminal negativa.

Figura No. 2 Para analizar el comportamiento del agrupamiento de capacitores en paralelo, se deben

satisfacer las siguientes características:

1. La capacitancia total en un agrupamiento paralelo, está dada por la ecuación.

1 2 3T nC C C C C

2. El voltaje aplicado a cada uno de los capacitores es constante.

1 2 3T nV V V V V

3. La carga total es igual a la suma de cada una de las cargas de los capacitores del sistema.

1 2 3T nQ Q Q Q Q

Capacitores mixtos (serie y paralelo)

El agrupamiento mixto es la conjunción de las características de las combinaciones anteriores

que se muestran en la figura 3. Como circuito contiene conexiones en serie y en paralelo, así

que se usan las reglas para combinaciones en serie y en paralelo, hay que estudiar

cuidadosamente la figura 3 y asegurarse de entender cómo se conectan los capacitores.

Figura No. 3

33

Material y equipo

1 multímetro (1)

1 panel de conexión (2)

Varios capacitores de las capacidades

disponibles.

Varios conectores (9)

Cables de conexión (8)

Figura No. 4

Sugerencia: Los profesores supervisarán a los alumnos las diferentes combinaciones de

capacitores, los auxiliarán en las lecturas con el multímetro.

Desarrollo de experimental

Experimento No. 1

Combinación en serie

a) Arma el dispositivo de la figura número 5.

b) Mide la capacitancia de cada uno de los capacitores que se emplearán en la práctica

con el multímetro.

Figura No. 5

a) Aplicando la fórmula correspondiente, calcula la capacitancia total o equivalente de la

combinación.

b) Mide la capacitancia total del circuito. c) Compara los valores medidos y los calculados.

_________________TC medida _________________TC calculada

d) Dibuja tú circuito y realiza tus cálculos.

34

Experimento No. 2

Combinación en paralelo

Figura No. 6

a) Arma el circuito de capacitores en paralelo.

b) Aplicando la fórmula correspondiente, calcula la capacitancia total o equivalente de la

combinación.

c) Mide la capacitancia total del circuito. d) Compara los valores medidos y los calculados.


Dibuja tú circuito y realiza tus cálculos.

Experimento No. 3

Combinación Mixto

a) Arma el circuito de la figura número 7.

b) Repite el procedimiento de los experimentos anteriores.

c) Mide la capacitancia total del circuito. d) Compara los valores medidos y los calculados.


Figura No. 7

35

e) Dibuja tú circuito y realiza tus cálculos.

Cuestionario



1. Cuantitativamente, ¿cómo es el valor de la capacitancia total del agrupamiento serie con

respecto a las capacidades de cada uno de los capacitores?

2. ¿Cuál es la utilidad de conectar los capacitores en serie?

3. Comparativamente, ¿cómo es la capacidad de cada uno de los capacitores en paralelo

respecto a la capacidad total de la combinación?

4. ¿Cuál es la utilidad de conectar los capacitores en paralelo?

5. Haciendo la comparación, ¿cómo es el valor de la capacidad total de un agrupamiento

mixto con respecto a los valores obtenidos en los agrupamientos serie y paralelo de los

experimentos 1 y 2?

6. ¿Cuáles son los parámetros que afectan a los capacitores?

36

7. Escribe un ejemplo donde puedes ver la utilidad de cada uno de los agrupamientos de

capacitores vistos en esta práctica.

Conclusiones



experimento.

37

PRÁCTICA NÚMERO 8

EFECTOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

A) Comprobar que al circular una corriente eléctrica a través de un conductor

se genera un campo magnético.

B) Comprobar que al circular una corriente eléctrica a través de una lámpara

incandescente, ésta se ilumina y produce calor.

C) Comprobar que al circular una corriente eléctrica a través de un conductor,

éste eleva su temperatura y se dilata.

MARCO TEÓRICO

La corriente eléctrica es de gran utilidad por los efectos que genera producidos por

fenómenos: químicos, caloríficos, luminosos, magnéticos, mecánicos.

Efecto calorífico

Cuando circula corriente eléctrica por un conductor parte de la energía cinética de los

electrones se transforma en calor y eleva la temperatura de éste. Este fenómeno recibe el

nombre de efecto calórico o efecto Joule que fue quién lo determinó. Tal efecto se aprovecha

en parrillas eléctricas, planchas, radiadores, tostadores, etc.

Efecto luminoso

Si un conductor eleva mucho su temperatura, como el filamento de una bombilla (hasta

alcanzar 2800 °C) se pone incandescente y emite luz. Este fenómeno transforma la energía

eléctrica en energía luminosa (luz); lo podemos observar en lámparas, focos, lámparas

fluorescentes, etc.

Efecto químico

La corriente eléctrica puede producir reacciones químicas. El proceso mediante el cual la

corriente eléctrica sufre un cambio químico se le llama electrólisis. En la industria se utiliza

la electrólisis para transformar unas sustancias en otras.

Para proteger una superficie metálica con otro metal de la corrosión, mediante una

técnica llamada galvanoplastia; como el chapado de oro.

Refinación de metales es decir obtención de metales con un alto grado de pureza.

Obtener metales a partir de sus minerales como producción de cloros, cloruros e

hidrógeno.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

SECRETARÍA ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR

CENTRO DE ESTUDIOS CIENTÍFICOS Y

TECNOLÓGICOS

No. 8 “NARCISO BASSOLS”

ACADEMIA DE FÍSICA


NOMBRE DEL ALUMNO:___________________________________GRUPO:_______

EQUIPO:____ TURNO:_____________ FECHA:___________ CALIFICACIÓN:______

38

Efecto magnético

Una corriente eléctrica produce un campo magnético con propiedades similares a las de un imán.

En 1820, Hans Oersted presentó un experimento para que sus estudiantes observaran que las

cargas en movimiento y los imanes no interactuaban. Colocó la aguja magnética de una brújula

cerca de un conductor. Para su sorpresa, cuando envió la corriente a través del alambre, una

fuerza giratoria actuó sobre la aguja de la brújula hasta que ésta apuntó en una dirección

perpendicular al alambre, como se aprecia en la figura 1.

Figura 1

Una de las importantes aplicaciones es el motor eléctrico (figura 2), transforma la energía

eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos motores

son reversibles pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como

generadores.

Figura 2

MATERIAL Y EQUIPO

Ver Figura 3

2 Soportes aislados

1 Conductor recto

1 Brújula

1 Fuente de cd con voltaje de salida variable

1 Variac

2 Cables de conexión

1 Cable con clavija

1 Lámpara incandescente para ca de 115-125 V

1 Alambre de hierro del No. 30 aproximadamente

Figura 3

39

DESARROLLO EXPERIMENTAL

EXPERIMENTO 1 EFECTO MAGNÉTICO

a) Arma el circuito de la figura 4.

Figura 4

b) Conecta el conductor recto a la fuente de cd con un mínimo potencial.

c) Enciende la fuente y anota lo observado.

________________________________________________________________________

d) Invierte la polaridad en la conexión de la fuente y anota lo observado.

________________________________________________________________________

e) Apaga la fuente.

EXPERIMENTO 2 EFECTO LUMINOSO Y TÉRMICO

PARTE I

a) Arma el dispositivo de la figura 5.

Figura 5

b) Mueve la perilla del variac poco a poco hasta el 60% de la tensión total del mismo.

c) Observa y explica lo sucedido.

_________________________________________________________________________

d) Después de transcurridos unos 30 segundos toca la lámpara con el dorso de la mano la

mano y explica tus observaciones.

_________________________________________________________________________

e) Regresa la perilla a su posición inicial y desconecta el foco.

PARTE II

a) Arma el circuito de la figura 6.

40

Figura 6

b) Gira la perilla del variac poco a poco hasta que vea que se pone el alambre de hierro se

ponga al rojo vivo. (En ese momento regresa la perilla rápidamente a cero para evitar

que se queme el alambre).

c) Escribe tus observaciones:

________________________________________________________________________

CUESTIONARIO



1. En el experimento 1. ¿Por qué la aguja de la brújula invierta su sentido? _______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

2. ¿Qué efecto se produjo en el experimento 1?

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

3. En el experimento 2, ¿qué efectos se produjeron en el foco?

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

4. ¿Qué tipos de energía se produjeron en el experimento 2?

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

5. Escribe dos ejemplos en donde se utilice energía eléctrica y se produzcan efectos,

magnéticos, luminosos y caloríficos. _______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

6. Cita otro efecto que puede producir la utilización de la energía eléctrica. _______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

CONCLUSIONES


teóricos, escribe tus conclusiones haciendo las comparaciones necesarias en cada experimento. ____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

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