Informe Nº 2 Laboratorio de Fundamentos de Electricidad y

INFORME Nº 2 LABORATORIO DE FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
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Informe Nº 2 Laboratorio de Fundamentos de Electricidad y
Magnetismo: “Campos Electricos”
Germán Darío Martínez Carvajal (244649), Julio César Chinchilla Guarín (223141), Diego Mauricio Ramos
Remolina (244687) y Cristian Camilo Ruiz Vásquez (244699)
Universidad Nacional de Colombia-Sede Bogotá
Marzo 12 de 2010
Este informe expone las experiencias realizadas en una práctica de laboratorio diseñada para conocer una forma sencilla de
producir y almacenar grandes cantidades de carga eléctrica, así como caracterizar un campo eléctrico y su interacción con partículas
cargadas y con otros campos. En este caso usamos la Máquina de Wimshurst y un par de botellas de Leyden como dispositivos para
producir y almacenar carga respectivamente y se estudió de manera detallada la manera en que la máquina es capaz de producir
cargas estáticas, separarlas y cómo una botella de Leyden puede retenerlas hasta que no se ponga en contacto con un conductor.
Adicionalmente y por medio de una cubeta de ondas, aceite de ricino y sémola de trigo se observó el comportamiento de los campos
eléctricos en función de la carga y su interacción con otras partículas de la misma y de diferente carga, para esto se usaron esferas de
metal que al poner en contacto con las terminales de las botellas de Leyden actuaban como una carga puntual y permitían caracterizar
el campo eléctrico generado por la misma, por último se realizaron varias configuraciones distintas y se tratpo de dar una explicación
razonable a lo observado en la cubeta.
Índice de Términos—Máquina de Wimshurst, botella de leyden, carga electrostática, campo eléctrico, interacción entre campos.
I.
J
ASPECTOS INTRODUCTORIOS
WIMSHURST, británico, en 1880 diseñó y creó la
máquina que lleva su mismo nombre, “la Máquina de
Wimshurst”, en pocas palabras es un generador
electrostático o se podría considerar como fuente de alta
tensión; consta de dos discos, puede ser de ebonita o de cristal,
lo importante es que sean de un material aislante, ambos
discos están sobre el mismo eje pero giran en sentido inverso y
están muy cercanos entre sí, la medida máxima es medio
centímetro; poseen unas laminillas de aluminio separadas
radialmente, que adquieren un tipo de carga debido a su
fricción con dos peines de cobre, separados por una varilla de
aluminio aislado. A los extremos horizontales de los discos
hay dos colectores de carga en forma de U, cada uno de éstos
va conectado a una botella de Leyden y a su vez están
conectados a unas esferas que al entrar en contacto sus campos
eléctricos generarán una chispa, la longitud de ésta variará
según la carga que hayan almacenado las botellas de Leyden.
AMES
términos, cargas con el mismo signo se repelen; el segundo
caso es cuando una carga tiene exceso de electrones y la otra
tiene defecto de electrones, estas cargas tienden a unirse entre
sí por una gran fuerza, se podría decir en este caso que cargas
con signo diferente se atraen; y por último está cuando una
carga tiene exceso o defecto de electrones y la otra tiene una
carga neutra, en este caso no ocurre ninguna de las reacciones
anteriormente mencionadas, la única manera en que
interactúen es por contacto físico.
Suena muy simple lo anteriormente expuesto, pero, ¿qué
será lo que ocurre?, acá es cuando se introduce a las líneas de
campo, que son unas representaciones gráficas del campo
eléctrico que rodea la carga (van en el mismo sentido del
vector fuerza), se ha estipulado una relación, se dice que
cuando una carga tiene defecto de electrones (carga positiva)
sus líneas de campo salen de la carga, mientras en el caso
contrario, si la carga tiene exceso de electrones (carga
negativa) su líneas de campo van hacia la carga (Figura 1).
La botella de Leyden es un almacenador de carga, se podría
considerar como el primer condensador, con un par de placas
paralelas entre sí, además puede almacenar cantidades
sustanciales de carga, por lo general se usa en combinación
con alguna máquina de fricción, tal como la máquina de
Wimshurst. [2]
Las cargas interactúan entre sí a distancia, no tienen la
necesidad de entrar en contacto entre ellas para observar algún
tipo de reacción, esto sucede porque hay algo que si está
entrando en contacto, los campos eléctricos de cada carga, por
este motivo al campo eléctrico se le denomina también como
una fuerza a distancia; esencialmente existen tres casos, el
primero es cuando ambas cargas se “repelen” debido a que
ambos tienen exceso o defecto de electrones, en otros
Figura 1. Carga positiva – carga negativa.
Ahora analizando más detalladamente los sucesos que
fueron mencionados al principio, en el primer caso se tienen
ambas cargas del mismo signo, o las dos positivas o las dos
negativas, dijimos que en el caso de cargas positivas las líneas
de campo salen de la carga, si se colocan dos cargas positivas,
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sus campos eléctricos tenderán a aislarse uno del otro, se
“repelen”, (Figura 2), pero si ambas son negativas y las líneas
de campo van hacia dentro, ¿por qué no se atraen con más
fuerza?, no ocurre esto simplemente porque las líneas de
campo no van en la misma dirección, al ocurrir esto
matemáticamente se cancelarían, y en hechos tienden a
separarse. El segundo caso es cuando tenemos dos cargas de
signo contrario, una positiva y otra negativa, las líneas de
campo de ambas cargas al juntarlas van en la misma dirección,
por consiguiente, tienden a sumarse y convertirse en una
resultante, motivo por el cual las cargas opuestas se atraen
(Figura 3); el último caso es porque una carga neutra no tiene
campo eléctrico que lo rodee, como no tiene campo eléctrico
no posee líneas de campo, como no tiene líneas de campo, el
campo eléctrico de la otra carga no tiene con quién interactuar,
por consiguiente, sólo interactúan bajo contacto físico o si se
le quita o se le agrega electrones a la carga neutra.
Figura 2. Interacción cargas mismo signo.


PVC
Anillos y esferas metálicas
La máquina de Wimshurst es, en principio un generador
electrostático qué funciona por procesos de carga de
inducción, fricción y contacto. Consiste principalmente en dos
discos hechos de material dieléctrico que contienen laminillas
metálicas (aluminio o estaño) dispuestas en forma radial en
cada uno de los discos. Los discos se ubican se ubican de
forma paralela y separada por una pequeña distancia, de tal
manera que las caras con las laminas metálicas pegadas no se
encuentren y se les hace rotar en sentido contrario por medio
de un sistema de poleas y correas de transmisión.
En cada cara externa del platillo se encuentra una barra
conductora dispuesta como un diámetro que atraviesa el disco
y que contiene en sus extremos peines de otro material, por
ejemplo cobre, haciendo que cuando el disco gire, las
laminillas en cada extremo del disco tengan un contacto y
fricción con los peines.
En general, la máquina permite separar cargas provenientes
de las laminas de aluminio y por medio de sistemas
adicionales conducirlas hacia destinos de interés. La máquina
de Wimshurst permite transformar energía mecánica en
eléctrica. Un destino definitivamente importante, es la
conducción de la carga hacia las dos terminales esféricas
superiores que se pueden apreciar en la Figura 1, las cuales
permiten la descarga de la máquina cuando la distancia entre
las esferas es lo suficientemente cercana, y el potencial tenga
cierta magnitud. La presencia de estos terminales da
protección en el trabajo de laboratorio. El otro destino de
interés son dos condensadores eléctricos denominados botellas
de Leyden, (en la figura 1 situados en los extremos laterales),
cuya finalidad es almacenar las cargas que se separen por
acción de la máquina. En el laboratorio dicha separación se
aprovechó en la demostración de los fenómenos básicos de la
electrostática.
Figura 3. Interacción carga positiva y carga negativa.
II.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
ESTA PRÁCTICA DE LABORATORIO TRATÓ del estudio
detallado del funcionamiento y principios de la máquina de
Wimshurst, los dispositivos y materiales utilizados en el
laboratorio fueron:
 Máquina de Wimshurst.
 Botellas de Leyden
 Aceite de Ricino y Sémola de trigo.
 Cubeta de ondas
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Figura 1. Vista lateral de una máquina de Wimshurst. [3]
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El principio que rige el funcionamiento de la máquina
consiste en que el arranque y la construcción de carga, se
producen simplemente porque en principio, la máquina no es
perfectamente neutra. [4] Es decir que en las laminillas de
aluminio pegadas a los discos, existe un desequilibrio de
cargas. Las laminillas de aluminio funcionan en cierto trayecto
como objetos cargados por fricción, y en otro como objetos
cargados por inducción. La figura 2 muestra como se
distribuyen las cargas en la máquina durante su
funcionamiento.
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con un electróforo de volta y se puede entender mejor con la
siguiente figura
Figura 3. Carga por inducción de las laminillas en la máquina
de Wimshurst [4]
Cuando las cargas llegan a los extremos laterales son
conducidas por los alambres dispuestos en forma de U, muy
cercanos a las laminillas. Después de pasar por esta sección las
laminillas se neutralizan y reinician el ciclo.
La forma como la maquina dispone de los dos discos
girando, hace que la acumulación de cargas crezca en forma
exponencial.
Figura 2. Funcionamiento de la máquina [5]
Cuando la máquina empiece a girar, los peines de cobre
presentes en los extremos de la barra diámetro en el disco
barren las laminillas de aluminio generando una carga
negativa en la barra, puesto que los electrones del aluminio
por la fricción migran hacia desde la lamina hacia el peine y
por ende la barra, y dependiendo del desequilibrio de cargas
los electrones se conducirán hacia el extremo del disco donde
este indique un defecto de carga negativa, una vez iniciado
este flujo por efecto de la carga por inducción que se explica
adelante, el flujo de e- no cambiara su sentido, sino que se
verá obligado a aumentar en dicha dirección, finalmente dicha
lamina de aluminio hacia donde migran los electrones quedará
cargada negativamente, y la que es barrida por el peine y
despojada de sus e- quedara cargada positivamente. Además,
este mismo fenómeno ocurrirá en el otro disco, pero en
dirección contraria. En la Figura 2, los electrones migran
desde n2 hasta n1 y de n3 hasta n4. Las flechas indican el flujo
de corriente que es opuesto al flujo de electrones. Durante el
barrido, las laminillas cumplen la función de objeto cargado
por fricción.
Una lámina cargada por fricción positivamente induce una
carga negativa en la superficie cercana de la laminilla del
disco contrario. La otra superficie de dicha laminilla puesta
queda parcialmente cargada positivamente, pero cuando recibe
electrones que provienen de la barra la laminilla obtiene una
carga neta negativa. Así laminas opuestas en el mismo disco y
laminas cercanas en discos opuestos estarán cargadas con
signos opuestos. Esta parte del proceso constituye la carga por
inducción de las laminillas, se puede relacionar perfectamente
El signo de la carga que sea conducida por los alambres
hacia las botellas de Leyden no se puede conocer con
seguridad debido a que nunca se sabe en qué punto se
encuentra el desequilibrio natural de cargas inicial, pero si se
ubica por ejemplo un pedazo de piel en los discos, se
asegurara que los discos siempre se carguen igual y se podrá
conocer cuál es la carga de cada uno. [4]
Una botella de Leyden junto con una máquina electrostática
de fricción permite desarrollar potenciales muy altos, del
orden de kilovoltios. Las cargas que se conducen desde los
alambres en U del la máquina de volta, se almacenan en estas
botellas. Este dispositivo consiste en un frasco de vidrio o
material dieléctrico, que contiene dos armaduras.
Figura 4. Botella de Leyden tradicional
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La armadura interna es el conjunto de sustancias
conductoras que pueda contener el frasco, como un electrolito
o laminillas metálicas. La armadura externa constituye una
lámina metálica de estaño que recubre la botella y que está
conectada a tierra. La botella contiene un tapón de corcho
atravesado por un alambre conductor que no toca el fondo de
la botella. Un flujo de cargas que venga de un generador
electrostático inducirá cargas en la armadura exterior de la
botella. La superficie de la placa de estaño (armadura exterior)
queda polarizada de tal manera quela cara que se encuentre
mirando hacia la botella quedará cargada opuestamente a la
carga almacenada (que viene del generador electrostático), y la
otra superficie queda con la misma carga interna. Esta última
es repelida a tierra, de tal forma que las dos armaduras quedan
cargadas netamente con el signo opuesto y por atracción
electrostática, la carga en el interior se almacenará. [6]
Descripción del montaje
Para observar los fenómenos electrostáticos simples como
la interacción de los campos creados por distintas cargas
eléctricas se utilizó una cubeta de ondas que contenía aceite de
Ricino, y sémola de trigo, y un conjunto de anillos y canicas
metálicas para crear diferentes configuraciones de campo y
que cada una produjera un efecto diferente.
La máquina de Wimshurst se hace funcionar para acumula
cargas en las botellas de Leyden, las cuales a través de varios
conductores transmiten su carga a diferentes estructuras
conductoras dispuestas en una cubeta de ondas.
III.
4
RESULTADOS Y ANÁLISIS
A CONTINUACIÓN SE MUESTRAN ALGUNAS de las
configuraciones realizadas en clase con las cubetas de ondas y
la disposición de las semillas de sémola según dicha
configuración, además se da una breve explicación de la forma
que adquiere el campo electico.
Este montaje (Figura 6) consistía en unir uno de los cables,
conectados a una de las botellas de Leyden, a un tubo metálico
corto y observar la forma que tomaba la sémola de trigo. Se
obtuvo una configuración semejante a la que se muestra en la
figura (vista superior de la configuración), lo que llevó a
pensar que el aro metálico se comportaba como una carga
puntual y por tanto era capaz de generar las líneas de campo
eléctrico correspondientes. Sin embargo al observar en el
interior del cilindro, se tenía que la sémola no adquiría
ninguna configuración en particular y esto se atribuyó a que
como la lámina adquiría toda la misma carga, entonces las
líneas de campo eléctrico se cancelaban unas con otras
internamente y por tanto dentro del cilindro no habían líneas
de campo.
Figura 6. Montaje 1
Figura 5. Montaje general de procedimientos.
En la figura 5 las esferas negras representan distintas
configuraciones que se trabajaron en el laboratorio para
observar el comportamiento de los campos generados por
cargas en reposo.
Anillos metálicos cerrados, barras
rectangulares metálicas y esferas fueron algunos de los
conductores que permitieron tener una gran variedad de
configuraciones.
La cubeta de ondas contiene aceite de ricino y sémola de
trigo. Cuando la configuración esta lista y las cargas fluyen
hacia sus dispositivos, la sémola de trigo se alinea
representando las líneas de campo respectivas a dicha
configuración de cargas
Este montaje (Figura 7) consistía en poner un cilindro
metálico dentro de otro de mayor radio y conectar cada
cilindro a un terminal diferente en la máquina de Wimshurst,
es decir que a una botella de Leyden se le conectaba un cable
y éste a un cilindro; y a la otra se le conectaba otro cable y éste
al otro cilindro, es decir que cada cilindro quedaba con una
carga diferente (opuesta al otro). Se obtuvo entonces la
configuración mostrada en la figura. La forma como se
distribuyó la sémola en el espacio indica que cada cilindro se
comporta como una carga puntual en el espacio y que por
tanto genera sus propias líneas de campo. Para el cilindro
exterior se observa que tiene sus líneas de campo eléctrico
tanto en su interior como en su exterior; mientras que el
cilindro de menor radio apenas tiene líneas de campo en su
exterior. Como cada cilindro tiene una carga diferente, es
posible entonces observar líneas de campo en el espacio que
los separa, dichas líneas son producto de la interacción entre
las dos cargas (positiva y negativa), así estas líneas van del
cilindro con carga positiva hacia el de carga negativa, se
podría pensar incluso que cada punto interior (cilindro grande)
y exterior (cilindro pequeño) se comporta como una carga
puntual y se sabe que la línea de campo eléctrico más potente
es la que une a ambas cargas en una línea recta, por tanto es la
línea que más se nota y corresponden a las líneas que se
visualizan entre ambos cilindros. Exteriormente el cilindro de
mayor tamaño se comporta como una carga puntual y por
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tanto se observan sus líneas de campo eléctrico. Interiormente
el cilindro de menor tamaño tiene la misma carga sobre su
superficie y al igual que en el experimento anterior las líneas
de campo se cancelan unas con otras, haciendo que la sémola
no adquiera ninguna configuración en especial.
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ocurría. Cada una de las esferas se comportó como una carga
puntual y tenía sus propias líneas de campo eléctrico, tal y
como se muestra en la figura 9, pero debido a que estaban
relativamente cerca, sus líneas de campo pareciera que se
repelieran las unas con las otras, lo cual era de esperarse ya
que tienen la misma carga. Entre esfera y esfera no había
sémola de trigo, confirmando aún más el hecho de estar
cargadas igualmente. En el interior del aro no se observó
ninguna configuración en especial para la sémola, lo que hace
pensar nuevamente que las líneas de campo producidas por
cada una de las cargas se cancelan mutuamente y el interior
queda sin la presencia de líneas de campo eléctrico.
Figura 7. Montaje 2
Este montaje (Figura8) consistió en tomar un
“semicilindro” (cilindro cuya circunferencia no cierra por
completo) y conectarlo a una de las botellas de Leyden. En
cuanto a la parte contínua del cilindro se observaba que el
comportamiento de las líneas de campo eléctrico era como el
de una carga puntual, se observaban pues, líneas posicionadas
radialmente; sin embargo al llegar a la apertura del cilindro, se
observaron varios fenómenos, el primero de ellos es que en
medio de los extremos no había ninguna semilla, segundo, que
si se colocaban semillas en medio, éstas tendían a desplazarse
fuera de este espacio, tercero, que no había conexión por
medio de líneas entre un extremo y el otro, cuarto, que las
líneas que se formaban en ambos extremos parecían estar
repelidas las unas con otras, formando la curvatura que se
observa en la ilustración presentada y, por último, que al
interior del semicilindro, la sémola no adquiría ninguna
configuración en especial. Lo descrito anteriormente permitió
afirmar que cada uno de los extremos se comportaba como
una carga puntual y que tenían la misma carga, pues no
estaban interconectados por ningún tipo de línea, además que
por el hecho de tener la misma carga, sus líneas de campo
eléctrico se “repelían” entre sí y tendían a alejarse las de un
extremo de las del otro, generando la curvatura de la figura y
esta es la misma razón que hacía que no hubiera sémola de
trigo en medio de los extremos e interiormente como toda la
lámina tiene la misma carga entonces ocurre el mismo
fenómeno de cancelarse unas líneas de campo eléctrico con
otras.
Figura 9. Montaje 4
Se hizo una configuración similar a la de los cilindros, se
tomó un aro con esferas de cierto radio y se ubicó dentro de
otro de mayor radio y cada uno se conectó a una botella de
Leyden diferente. Debido a la configuración que se apreció
fue posible deducir que los aros estaban cargados con cargas
de signo contrario y que cada esfera se comportaba como una
carga puntual en el espacio, ya que cada una tenía sus propias
líneas de campo y se conectaba con la esfera más próxima del
otro aro por medio de unas líneas que dibujaba la sémola de
trigo. Las esferas del aro exterior emitían unas líneas de
campo eléctrico que interactuaban con las esferas más
cercanas de la misma carga, así las líneas de campo parecían
tener una ligera curvatura, producto, posiblemente, de la
repulsión que experimentan las cargas de mismo signo.
También se observaba una curvatura en las líneas de campo
cuando las esferas de signo contrario interactuaban las unas
con otras, las líneas estaban totalmente direccionadas. Al
interior del aro más pequeño la sémola no adquiría ninguna
configuración en especial, debido al fenómeno ya explicado de
cancelación de la líneas de campo eléctrico, evidenciando así
su carácter vectorial. (Figura 10)
Figura8.Montaje 3
Otra de las configuraciones que se llevó a cabo en el
laboratorio fue la de conectar un aro que tenía unas esferas
pegadas a él, a una de las botellas de Leyden y observar lo que
Figura10. Montaje 5
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Se tomó una esfera y se conectó a una de las botellas de
Leyden. Alrededor de dicha esfera la sémola de trigo se
acomodó en líneas distribuidas radialmente como se observa
en la figura 11, líneas que se identificaron como líneas de
campo eléctrico. La esfera se comportó como una carga
puntual, permitíendo entonces deducir que una carga en el
espacio tiene de por sí líneas de campo eléctrico sin importar
si hay otra carga interactuando con ella, es decir que se
comprobó que una carga tiene campo eléctrico (evidenciado
por las líneas de campo eléctrico dibujadas por la sémola) por
el simple hecho de existir.
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mostrando una vez más que las cargas eran contrarias y que
las líneas de campo van de una a la otra. El exterior del
cilindro tenía unas líneas de campo eléctrico ubicadas
radialmente, mostrando así una vez más que sin importar si la
carga está o no interactuando con otra, el campo eléctrico
siempre está por el simple hecho de existir. (Figura 13).
Figura 13. Montaje 8.
Figura 11. Montaje 6.
Otra configuración que se hizo consistió en tomar dos
esferas y conectarla cada una a una de las 2 botellas de
Leyden. Se observó que entre las esferas, la sémola que allí
había se organizó formando una línea casi recta justo entre los
puntos medios de ambas esferas y para conectar el resto de
puntos se iban formando líneas que a medida que se alejaban
de los puntos medios iban curvádose cada vez más hasta llegar
a puntos donde la curvatura era casi imperceptible. La forma
de acomodarse de la sémola permitío concluir que ambas
cargas tenían signos contrarios y que si en el espacio hay dos
cargas de signo contrario, las líneas de campo eléctrico fluirán
de la una (positiva) hacia la otra (negativa) y que a medida que
se alejan del punto más cercano de una esfera a la otra se van
curvando más y más hasta parecer que dejan de conectarse,
pero por la teoría se sabe que estas líneas se conectan en el
infinito. (Figura 12)
Una esfera se conectó a una de las botellas de Leyden y a la
otra botella se conectó una placa metálica. Una de los eventos
que se observó fue que la línea que era más recta, hecha por la
sémola de trigo, era aquella que representaba la menor
distancia entre la esfera y la placa, a medida que las otras
líneas se alejaban de este trayecto, iban volviéndose cada vez
más curvas (entre la esfera y la placa). En la placa se presenció
un fenómeno interesante y fue que las líneas de campo
eléctrico que no estaban en contacto con la esfera eran
completamente paralelas entre sí y esto se atribuye a que como
la lámina tiene la misma carga, entonces las líneas de campo
tratan de estar lo más alejadas posible las unas de las otras y la
forma más cercana a esto es que sean paralelas para nunca
cruzarse y se podría decir entonces que cada punto de la
lámina se comporta como una carga puntual que emite su
propio campo eléctrico.(Figura 14)
Figura 14. Montaje 9.
Figura 12. Montaje 7.
Se hizo un montaje en el que se tomó una esfera y se colocó
dentro de uno de los cilindros metálicos y cada uno de los
objetos se conectó a una de las botellas de Leyden. Cada
objeto se comportó como una carga puntual, pues tenía sus
propio campo eléctrico (evidenciado por las líneas de campo
eléctrico) y había una clara interacción entre el campo de la
esfera y el del cilindro, puesto que en medio de ambos se
observó que la sémola de trigo se acomodaba en líneas que
conectaban una superficie con la otra de forma radial,
Dentro de los experimentos se incluyó una configuración
con un material no-conductor como un tubo de PVC, el cual
fue conectado a una de las botellas de Leyden. Lo que se
observó fue que la sémola se empezó a acomodar en forma de
líneas, pero no estaban alrededor del tubo de PVC, sino que se
acomodaron alrededor de la pinza que conectaba al tubo con la
botella de Leyden. Lo anterior evidenció la existencia de
materiales no-conductores, porque el tubo no tenía ningún
indicio de poseer campo eléctrico, pues no había líneas de
campo eléctrico. La pinza estaba conectada en la parte donde
coinciden las líneas de campo, que en la figura 15 se ven un
poco exageradas, pero es para poder apreciar mejor el efecto.
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(dieléctrica) del aire es vencida y se da un flujo de electrones a
través de éste, emitiendo luz y sonido.
¿Qué sucedería si se separan más las esferillas y se le acerca
el dedo?
Figura 15. Montaje 10
Por último se le permitió a cada grupo de trabajo en el
laboratorio realizar su propio montaje de objetos para lograr
una nueva configuración de las líneas de campo eléctrico,
representadas por la sémola de trigo en el aceite de ricino. El
montaje propuesto por el grupo fue el de poner 3 esferas y
conectar dos de ellas a una misma botella de Leyden y la
restante a la otra botella. Lo que se obtuvo fue una
configuración como la que se muestra en la figura 16. Se
observó que las esferas conectadas a la misma botella de
Leyden no estaban conectadas por ninguna línea, mientras que
sí se conectaban a la tercera esfera que estaba conectada a la
otra botella de Leyden. Nuevamente se observó la curvatura
presente en las líneas de campo, no sólo producto de la
repulsión entre las dos cargas iguales sino también producto
de la interacción entre las cargas de signo diferente y se
presenció una vez más que la línea más semejante a una línea
recta era aquella que conectaba los puntos más cercanos de
cada esfera con la otra. Se probó entonces el carácter vectorial
de las líneas de campo eléctrico debido a que están dirigidas y
tienen cierta magnitud.
Cuando dos cuerpos cargados interactúan un potencial
eléctrico se genera entre ellos. Ese potencial estpa relacionado
con el trabajo que pueda hacer una carga cuando se encuentra
sometida al campo eléctrico de la otra. Si dos materiales
cargados se separan de manera que las cargas no varíen, es
decir que no tengan efecto de recombinarse, como cuando la
cercanía y la interacción, permite un flujo de electrones desde
un material a otro, entonces la capacidad disminuye por efecto
de ese alejamiento (La capacitancia es una propiedad de un
conductor de recibir una carga cuando es´ta sometido a un
potencial; si alejamos dos materiales cargados, la facilidad con
la que un pueda recibir la carga del otro será menor), por lo
cual el potencial entre los materiales cargados aumentará
siguiendo con el análisis matemático de la siguiente expresión.
Ecuación 1. Capacitancia.
Donde C = capacitancia o capacidad, Q = carga, V = potencial
eléctrico.
Como el potencial aumenta, si acercamos el dedo a una de las
esferillas, las cargas de las moléculas de nuestro dedo se
redistribuirán fácilmente, y al acercar el dedo a la otra esferilla
se producirá una descarga.
¿Por qué se puede decir que la distribución de las semillas en
la cubeta con aceite representan las líneas de campo
eléctrico?
Figura 16. Montaje 11
Preguntas de la guía
Observar y explicar lo que sucede cuando se hace funcionar
la máquina habiendo separado (una distancia aproximada de
2cm) las dos esferillas terminales de los excitadores.
Se observa que aparece una chispa. La chispa es producida
porque como cada esferilla está cargada con una carga de
signo contrario, se produce un potencial eléctrico, por tanto
cuando el potencial es muy alto, la capacidad aislante
Porque las líneas de campo nos están representado cual
sería la dirección en que una corriente se mueve influenciada
por el campo eléctrico. Si las semillas de sémola de trigo
forman un dipolo cuando se someten a una diferencia de
potencial alta, entonces conducirán cargas siguiendo el
alineamiento de los dipolos en las semillas, dipolos inducidos
por las cargas que se proporcionan a los conductores situados
en la cubeta desde el generador de wimshurst . Luego si las
cargas se conducen por las semillas, la distribución de las
semillas representa la dirección del movimiento de cargas
como una línea de campo.
¿Por qué se utiliza aceite de ricino y sémola de trigo en el
experimento?
Por qué las configuraciones diseñadas en el laboratorio se
montaron en un medio aceitoso lleno de semillas sémola de
trigo.
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La repuesta e la pregunta se basa en la conducción eléctrica
que tienen las moléculas de alguna sustancia en determinadas
condiciones. En primer lugar hay que habla del aceite. El
aceite es una mezcla de ácidos grasos cuya estructura se basa
principalmente en cadenas de hidrocarburos cuyos enlaces
covalentes apolares -C-H o C-C no permiten en condiciones
normales de temperatura y presión la formación de dipolos
eléctricos. Las moléculas de los compuestos que conforman
los aceites son por ende también apolares; nunca se disociaran
formando iones, ni inducirán polos opuestos en sus mismas
moléculas debido a las electronegatividades parecidas de los
elementos carbono e hidrogeno como principales
constituyentes. Eso quiere decir que si una carga se situara en
un medio aceitoso, muy difícilmente se desplazaría generando
una corriente.
Por otro lado la sémola de trigo puede favorecer la
conducción de una carga en condiciones especiales. La sémola
de trigo está constituida principalmente de carbohidratos y
proteínas, biomoléculas que debido a la presencia de átomos
de los elementos oxigeno, azufre y nitrógeno (estos últimos
dos solo en las proteínas), cuyas electronegatividades difieren
significativamente con las del C y el H, presentan polos con
un delta de carga. Las moléculas de las semillas de sémola de
trigo cuando son sometidas a una diferencia de potencial del
orden de miles de voltios convierten en dipolos que ayudan a
conducir en avalancha una carga, tal cual las moléculas del
aire se ionizan cuando son sometidas también a una diferente
de potencial alta, y en algunos casos iluminan describiendo el
efecto corona. [7] esto quiere decir que sobre la superficie del
aceite de ricino existe una capa fina conductora de semillas
que se pueden alinear representando físicamente las líneas de
campo de una configuración de cargas eléctricas en reposo.
IV.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
CONCLUSIONES
Una carga eléctrica posee campo eléctrico por el
simple hecho de existir, no requiere de interactuar
con otra carga para tenerlo.
Las líneas de campo eléctrico son evidencia de la
presencia de un campo eléctrico en cierto punto.
Las líneas de campo eléctrico tienen comportamiento
vectorial.
Las líneas de campo eléctrico de dos cargas del
mismo signo tenderán a nunca cruzarse; las líneas de
campo eléctrico de dos cargas de signo distinto
tenderán a unirse.
La interacción entre cargas (atracción/repulsión) se
debe a la presencia del campo eléctrico.
La línea más recta de las líneas de campo eléctrico
será aquella que represente la menor distancia entre
ambas cargas (diferente signo).
V.
BIBLIOGRAFÍA
[1] Tomado de http://lacienciaesdivertida.blogspot.com
/2010/02/maquina-de-wimshurst.html
[2] Tomado de
http://www.scribd.com/doc/21543535/botella-de-leyden
8
[3] Máquina de Wimshurst. (s.f.). Recuperado el 7 de marzo
de
2010,
de
http://www.dfis.ulpgc.es/imagenes/Maquina_Electrostatica.jp
g
[4] Como funciona la máquina de Wimshurst. (s.f.).
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[7]Recuperado el 11 de marzo de 2010,
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