Fenómenos Electromagnéticos

UNIDAD 5: FENÓMENOS ELECTROMAGNÉTICOS (40 h)

5.1 Carga eléctrica.

Pregunta	¿Qué es la carga eléctrica?	¿Qué tipos de cargas eléctricas existen?	Si una sustancia ha ganado electrones tendrá carga eléctrica:	Si una sustancia ha perdido electrones tendrá carga eléctrica:	La unidad de carga en el sistema Internacional es:_______ y se define:	¿Qué le ocurre a dos cuerpos electrizados al acercarse?
Equipo	6	3	1	2	4	5
Respuestas	La carga eléctrica es una propiedad de los cuerpos. Todo cuerpo se compone de átomos, cada uno de los cuales posee electrones y protones. La cantidad de carga que circula por un conductor en la unidad de tiempo es la intensidad de corriente.	Positiva y negativa	Negativa.	Positiva.	Coulomb(C): Cantidad de carga que pasa por la sección transversal e un conductor eléctrico en 1 segundo.	Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer  dependiendo del tipo de carga que este tenga. Misma carga se repelen diferente carga se juntan.

Las cargas eléctricas

Material: Varillas de vidrio, ebonita, piel de conejo, latas vacías, platos o  vasos de  de unicel, corcho, papel, electroscopio, globos.

Procedimiento:

1.- Carga eléctrica de varillas por frotamiento

Varillas de diferentes materiales frotadas con tela se acercan a trozos de algún material liviano tal como corcho, papel o semillas de grama. Se observa como dichos materiales son atraídos por las varillas debido a la carga eléctrica presente.

2.- Carga eléctrica de un globo por frotamiento

 Se frota con un paño un globo inflado y se puede observar que atrae pequeños trozos de un material liviano (papel). También se puede observar que se adhiere a una superficie, como por ejemplo el pizarrón.

3.- Electrización de un electroscopio por inducción

 Un electroscopio se puede cargar eléctricamente por medio del acercamiento de una varilla cargada previamente por frotamiento, sin necesidad de que exista contacto entre el electroscopio y la varilla cargada.

4.- La regla  de plástico  se electriza por frotamiento y se acerca a un hilo de agua. Se anotan los cambios ocurridos.

5.- Se electriza el vaso o el plato de unicel y se acera a bote de aluminio, se anotan los cambios observados.

Observaciones:

1.- Carga eléctrica de varillas por frotamiento
2.- Carga eléctrica de un globo por frotamiento
3.- Electrización de un electroscopio por inducción
4.- Regla  de plástico
5.- Vaso de unicel

Conclusiones:

 Semana 3 Física 2 Jueves

        El principio de conservación de la carga y formas de electrización

Preguntas	¿En qué consiste el principio de la conservación de la carga?	¿Cuáles son las formas de electrizar los materiales?	¿En qué consiste la electrización por contacto?	¿En qué consiste la electrización por frotamiento?	¿En qué consiste la electrización por inducción?	¿Cómo se determina la carga de los materiales?
Equipo	2	5	1	4	6	3
Respuestas	La suma de las cargas positivas menos de las cargas negativas se mantienen constantes. La unidad en que se mide la carga eléctrica, es el Coulomb ( C ) 1 Coulomb= 6.25 x1018 electrones. La carga del electrón es de 1.6x1019  C.	Las distintas formas de electrizar un material pueden ser por: -Contacto -Frotamiento -Inducción	Electrización por contacto es considerada como la consecuencia de un flujo de cargas negativas de un cuerpo a otro. Si el cuerpo cargado es positivo, es porque sus correspondientes  átomos poseen un defecto de electrones que se verá en parte compensado por la aportación del cuerpo neutro ambas entran en contacto.	Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros ambas se cargan uno con carga positiva y uno con carga negativa. Esto debido a que se genera fricción entre ambos cuerpos y se genera cierta energía (carga positiva y negativa).	Es un efecto de las fuerzas eléctricas, debido a que estas ejercen una distancia, un cuerpo cargado positivamente, en las proximidades de uno neutro, atraerá hacia si a las cargas negativas, con la que la región próxima, queda cargada negativamente.	Las cargas que poseen los materiales se determinan en positivos y negativos: si dos cuerpos se atraen, se dice que sus cargas son contrarias. En cambio estos cuerpos se repelen, quiere decir que sus cargas son iguales.

Solicitar el material requerido Generador de Van der Graff  y  generador de Wimshurt, electroscopio. Varillas de vidrio, ebonita, piel de conejo, papel aluminio.

para realizar las actividades siguientes:

1.- Carga eléctrica de un electroscopio por contacto

Varillas de diferentes materiales previamente cargadas por frotamiento le transmiten carga por contacto al electroscopio, la cual se detecta por la separación de las láminas del mismo.

2.- Determinación de la carga eléctrica producida por el generador de Wimshurt.

 Por medio del electroscopio y utilizando varillas patrones: ebonita (-) y vidrio (+), se puede determinar el signo de la carga eléctrica en cada una de las esferas terminales del generador.

3.- Determinación de la carga eléctrica producida por el generador de Van der Graff
 Por medio del electroscopio y utilizando varillas patrones: ebonita (-) y vidrio (+), se puede determinar el signo de la carga eléctrica de la esfera grande y la esfera pequeña de este generador.

4.-Volcán electrostático

 Trozos de aluminio son puestos en contacto con la esfera mayor del generador de Van der Graff, la cual los carga y luego los repele.

5.-Platos voladores

Discos de aluminio se colocan sobre la esfera mayor del generador de Van der Graff, la cual los carga y luego los repele.

6.-Modelo del Generador de Whimshurt

El generador de Wimshurt es un dispositivo cuyo funcionamiento se basa en la electrización por frotamiento, contacto e inducción. Se dispone de un modelo por medio del cual se puede explicar de manera didáctica el funcionamiento de este generador.

7.-Descargas eléctricas

Por medio del uso de generadores electrostáticos tales como el generador de Whimsurt o generador de Van der Graff se pueden observar descargas eléctricas, a través del aire, entre las esferas cargadas eléctricamente con distintos signos en dichos generadores.

   Los alumnos registran sus observaciones y en equipo realizan y presentan sus conclusiones.    

Actividad

Observaciones

Conclusiones:

James Wimshurst (13 de abril de 1832- 03 de enero de 1903) fue un inventor, ingeniero y carpintero de barcos inglés. A pesar de que no patentó ninguno de sus diseños ni mejoras para los mismos, el perfeccionamiento que produjo en la generador electrostático, han hecho que este adquiera por excelencia el nombre de Máquina de Wimshurst

Se trata de una máquina electrostática, constituida por dos discos de ebonita, paralelos, muy próximos entre si y dispuestos sobre el mismo eje, de tal modo que pueden girar con rapidez en sentido inverso. Su rotación se efectúa con auxilio de un manubrio que actúa sobre dos pares de poleas unidas por una cuerda sin fin, una de ellas cruzada. La cara exterior de cada disco lleva pegados cerca de sus bordes varios sectores de papel de estaño, que durante la rotación frotan con dos pinceles flexibles de hilo metálico, sostenidos en los extremos de un arco metálico. Este arco y su igual de la cara opuesta son movibles y pueden formar un ángulo de 90º, comunican con el suelo y entre si por el eje y realizan el mismo papel que las almohadillas en la máquina de Ramsden. En los extremos del diámetro horizontal, rodean a los platillos dos peines metálicos curvos, unidos a conductores independientes, aislados por columnas aislantes. Con los conductores se articulan dos excitadores provistos de mangos de ebonita, para poder variar sin riesgo la distancia entre las esferas terminales, que son los polos de la máquina. En comunicación con los dos conductores hay dos condensadores de forma de probetas, sirven para aumentar la intensidad y el tamaño de la chispa. No es posible saber la polaridad que la máquina tomará una vez la arranquemos. Por eso algunas máquinas incorporan un trocito de piel que tiene un mínimo de carga de manera que la máquina arrancará siempre con la misma polaridad. Hay cuatro funciones iguales que se realizan, dos en cada disco. Se puede decir que tenemos cuatro electróforos, dos positivos y dos negativos. Al aproximarse la partes positivas y neutras de los discos produce el efecto de electróforo. La corriente estática se almacena en botellas de Leyden.  (1) (2)

El generador de Van de Graaff es una máquina electrostática que utiliza una cinta móvil para acumular grandes cantidades de carga eléctrica en el interior de una esfera metálica hueca. Las diferencias de potencial así alcanzadas en un generador de Van de Graaff moderno pueden llegar a alcanzar los 5 megavoltios. Las diferentes aplicaciones de esta máquina incluyen la producción de rayos X, esterilización de alimentos y experimentos de física de partículas y física nuclear.

Este tipo de generador eléctrico fue desarrollado inicialmente por el físico Robert J. Van de Graaff en el MIT alrededor de 1929 para realizar experimentos en física nuclear en los que se aceleraban partículas cargadas que se hacían chocar contra blancos fijos a gran velocidad. Los resultados de las colisiones nos informan de las características de los núcleos del material que constituye el blanco. El primer modelo funcional fue exhibido en octubre de 1929 y para 1931 Van de Graaff había producido un generador capaz de alcanzar diferencias de potencial de 1 megavoltio. En la actualidad existen generadores de electricidad capaces de alcanzar diferencias de voltaje muy superiores al generador de Van de Graaff pero directamente emparentados con él. Sin embargo, en la mayor parte de los experimentos modernos en los que es necesario acelerar cargas eléctricas se utilizan aceleradores lineales con sucesivos campos de aceleración y ciclotrones. Muchos museos de ciencia están equipados con generadores de Van de Graaff por la facilidad con la que ilustra los fenómenos electrostáticos.
El generador del Van der Graaff es un generador de corriente constante, mientras que la batería es un generador de voltaje constante, lo que cambia es la intensidad dependiendo que los aparatos que se conectan.

Recapitulación  3

Resumen  del  martes y jueves.

Lectura  del  resumen por equipos

Aclaración de dudas

Ejercicio

Equipo	1	2	3		4	5	6
Resumen	El martes 29 llevamos acabo las practicas de los fenómenos electromagnéticos que consistió en hacer fricción con pelo de conejo diferentes materiales( abadita, plástico,unisel y vidrio) para el jueves experimentamos los fenómenos  con cargas eléctricas con el aparato de Vander Graff.	El día martes 29 de enero, realizamos una práctica sobre el tema “carga eléctrica”, la cual consistió frotar piel de conejo con diferentes materiales y medir si tenían carga eléctrica o no. El jueves 31 de enero, realizamos otra práctica relacionada con el mismo tema, la cual consistió en experimentar  los fenómenos  con cargas eléctricas con el aparato de Vander Graff.	El día martes hicimos una práctica sobre los fenómenos electromagnéticos, uno consistió en frotar la piel de conejo con los diferentes objetos para ver si tenían carga eléctrica. En el segundo experimento consistió en utilizar el aparato de Vander Graff y observar lo que sucedía con este aparato.	Al transcurso de la semana se realizaron dos prácticas en las cuales se observaban fenómenos eléctricos, una de ellas consistió en frotar con un pedazo de piel de conejo distintos objetos y así probar que tenían carga eléctrica. En el segundo experimento con el aparato de   Vander Graff observamos que se podía cargar eléctricamente los objetos.		El dia martes hicimos una practica con la piel del conejo usamos varios materiales para observar las cargas magneticas el dia jueves utilizamos distintos aparatos electromagneticos y pudimos observar las cargas y en uno de ellos que se producía una luz.	El martes  realizamos una práctica en la cual comprobamos cómo es posible cargar eléctricamente un objetos, por medio del frotamiento. También comprobamos que estaban correctamente cargados. En uno de los experimentos, un vaso de unicel atrajo una lata después de ser cargado eléctricamente. El jueves, realizamos experimentos con un generador de carga eléctrica, el aparato de “Whimshurt” y el de “Van Der Graff”, y observamos como la carga pasa de una esfera a otra. Aprendimos la manera en la que las cargas se atraen, se repelen y las leyes de conservación y comportamiento.