Fenómenos Electrostáticos Electrostatics Phenomena Viviana Marcela Alvarez Avellaneda

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE CIENCIAS
Fenómenos Electrostáticos
Electrostatics Phenomena
Viviana Marcela Alvarez Avellaneda
________________________________________________________________________________________________
Resumen
En el presente trabajo se hace un estudio de los fenómenos electrostáticos, observando como diferentes materiales adquieren
carga eléctrica cuando entran en intimo contacto entre si. Se toman diferentes materiales y se frotan entre si notando la
diferencia de su carga al ponerlos cerca a un electroscopio. De esta manera se comprueba que luego del frotamiento, los
objetos adquieren carga de signo contrario entre si, ya sea por frotación directa o por inducción. También se hacen inferencias
sobre la influencia de la humedad y la llama de un fosforo respecto a la caga y descarga de los objetos y el electroscopio
particularmente.
Palabras clave: electróforo, electromagnetismo, electroscopio.
Abstract
in the present work there is done a study of the electrostatic phenomena, observing as different materials they acquire electrical
load when they enter in close contact between if. different materials take and rub between if noticing the difference of his load
on having put them nearby to an electroscope. hereby there is verified that after the rub, the objects acquire load of opposite
sign between if, already it is for direct rub or for induction. also inferences are done on the influence of the dampness and the
flame of a phosphorus with the electroscope particularly.
Key words: electróforo, electromagnetism, electroscope.
______________________________________________________________________________________________
1.
Introducción
Hace unos 2500 años, un sabio griego llamado Tales de
Mileto comprobó que el ámbar, una resina de color
amarillo, frotado con un trozo de lana, es capaz de atraer
cuerpos ligeros como papelitos, plumas, etc. El ámbar,
llamado “electrón” en griego, había adquirido, al frotarlo,
electricidad. Hacia finales del siglo XVII el científico
inglés Robert Boyle (1627-1691) designó la causa de este
fenómeno con el nombre de electricidad. Posteriormente,
el ingeniero y físico francés Charles - Augustin de
Coulomb (1736-1806) determinó la ley por la que se
regían las manifestaciones eléctricas y estableció que en
los cuerpos puntiformes electrizados "las acciones
eléctricas son directamente proporcionales al producto de
sus cargas e inversamente proporcionales al cuadrado de
su distancia, y dependen del medio (aire, agua, vacío,
etc.) La electricidad presente en estos cuerpos se llama
electricidad estática.
La parte de la Física que estudia estos fenómenos se
denomina ELECTROSTÁTICA, que se define como la
parte de la Física encargada del estudio de las cargas
eléctricas en reposo; o también como la parte de la Física
que trata de los fenómenos de la electricidad en equilibrio
sobre los cuerpos electrizados. En estos experimentos que
presentamos hacemos referencia al principio de la
electrostática, ya que presentaremos, en uno de ellos,
como es que se puede hacer electricidad con el solo
hecho de frotar un tubo de PVC con un trapo y, en el
otro, como fabricar un motor electrostático sin que haya
contacto entre las partes.
Es un instrumento que sirve para determinar la presencia
o ausencia de cargas eléctricas de un cuerpo. Para esto, el
cuerpo cargado se acerca o se pone en contacto a la
esferita metálica, en esta situación las hojas metálicas se
abrirán.
2.
a) Por inducción.- cuando la barra cargada positivamente
se acerca a la bola de metal (sin tocarla), se producirá una
inducción electrostática en el electroscopio.los electrones
serán atraídos por la barra trasladándose estas a la bola de
metal quedando
Las cargas positivas en las hojas, rechazándose entre si,
por lo cual éstas se abrirán. Al alejar la barra del
electroscopio, los electrones ubicados en la bola se
trasladarán a las hojas quedando neutro dichas hojas,
motivo por el cual éstas se cerrarán.
Aspectos teóricos
La electrostática es una parte de la electricidad que se
encarga de estudiar las cargas eléctricas en reposo. un
buen conductor de la electricidad es aquel cuerpo en el
cual las cargas eléctricas se mueven sin encontrar mayor
resistencia; ejemplo: los metales, el cuerpo humano, etc.
un aislador o dieléctrico es aquel cuerpo en el cual las
cargas eléctricas encuentran gran resistencia para poder
moverse.
Formas de electrizar un cuerpo
a) Por frotamiento: si se frotan dos materiales entre sí, los
electrones de uno de ellos pueden ser expulsados. si un
electrón recibe un exceso de energía, debido a un
fenómeno externo, el electrón puede escaparse del átomo,
entonces se habrá electrizado el cuerpo. el átomo tendrá
mayor cantidad de protones que electrones, se habrá
cargado entonces positivamente.
b) Por inducción: cuando un cuerpo cargado
negativamente (inductor) se acerca a un cuerpo
“conductor”, los electrones libres del conductor serán
repelidos hacia el otro extremo, de manera que un lado
del conductor (inducido) queda cargado positivamente y
el otro lado negativamente.
c) Por polarización: cuando un cuerpo cargado
positivamente. por ejemplo (inductor) se acerca a un
extremo de un cuerpo “aislador”, se produce un
reordenamiento de las cargas en dicho aislador ya que se
produce en él, un movimiento pequeño (menor que el
diámetro atómico) por parte de los electrones.
¿Cómo funciona el electroscopio? el electroscopio
funciona cumpliendo la cualidad de fuerzas de atracción
y repulsión entre cuerpos cargados eléctricamente así
como la conductividad en los metales.
b) Por contacto.- cuando la barra cargada positivamente
toca a la bola de metal, los electrones del electroscopio
pasan a la barra creando en él una deficiencia de
electrones quedando cargado positivamente; como quiera
que ahora las láminas tienen cargas del mismo signo, se
rechazarán y por lo tanto se abrirán. Al alejar la barra del
electroscopio, éste quedará cargado positivamente (signo
de la barra) y por lo tanto las hojas permanecerán abiertas
(debido a la repulsión electrostática).
Leyes de la electrostática
1ra ley (ley cualitativa): “cargas del mismo signo se
repelen y cargas de signos diferentes se atraen”.
2da ley (ley cuantitativa): “la fuerza de atracción o
repulsión qué existe entre dos cuerpos cargados es
directamente proporcional a la carga de cada cuerpo e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia
que las separa”. Se le llama también ley de Coulomb.
Principio de superposición: en el caso de la presencia de
varias cargas, la fuerza resultante es la suma vectorial de
las fuerzas debido a cada una de las cargas.
Conservación de la carga
En la electrización de un cuerpo, las cargas eléctricas no
se crean ni se destruyen, tan sólo sufren un intercambio
de éstas, en otras palabras la carga total se ha conservado.
El electroscopio
Campo eléctrico: es aquella región de espacio que rodea
a una carga eléctrica y que está conformada por la
materia en estado disperso. Este campo funciona como
un transmisor mediante el cual una carga interacciona
con otra que está a su alrededor.
Carga de prueba (q): carga ficticia que sirve para
verificar si un punto está afectado del campo eléctrico
generado por “q”; si “q” sufre repulsión o atracción,
significa que dicho punto está afectado del campo.
3.
Aspectos experimentales
En
la parte experimental se hacen diferentes
frotamientos entre diferentes materiales. Para empezar se
frota una hoja de acetato con un paño y una lamina de
plexiglass, luego se comprueba la carga adquirida en
cada una de ellas usando el electróforo.
En la segunda parte se carga el electroscopio por
inducción, y se verifican las cargas con el electróforo. En
este punto se hacen pruebas poniendo en contacto el
electroscopio con una cinta aislante y colocándole un
polo a tierra, y también acercándole una llama y
observando lo que sucede.
4.
Resultados y análisis
En la primera parte en la que se frotan las láminas de
acetato y plexiglass con un paño y sobre estas se coloca
el electróforo (sobre cada una),
se puede notar
acercando el electróforo al electroscopio que el
electróforo adquiere en la parte cercana a la lámina una
carga negativa y en la parte superior una carga positiva.
Esto ocurre porque al frotar las laminas con el paño, este
gana electrones y las laminas quedan con una carga
positiva en la superficie, lo cual hace q cuando se pone
sobre ella el electróforo, el material de su base desplace
sus electrones a la parte cerca a la lamina y deje cargada
positivamente la parte superior del mismo. Existe
además una película de pintura en la base del electróforo
que cumple la función de evitar el contacto metálico
entre la lámina y el electróforo, lo cual no permitiría una
adecuada carga del mismo. De esta manera se puede
decir que cuando la deflexión del electroscopio
disminuye, el objeto que se acerco ha de ser de signo
contrario a la del electroscopio, si en cambio aumenta es
porque el objeto acercado tiene carga del mismo signo
que el electroscopio.
Si se acerca un objeto cargado al electroscopio, sus
laminas se separan y se puede comprobar que dicho
objeto posee una carga eléctrica, cuando se retira, el
electroscopio queda cargado mientas no se acerque a
algo que lo despolarice, si luego acercamos nuevamente
el objeto cargado, las laminas del electroscopio se abren
aun mas, de esta manera se concluye que la fuerza
resultante de varias cargas es la suma vectorial de las
mismas.
Cuando ponemos en contacto el electroscopio cargado
con una cita aislante, comprobamos que efectivamente
esta cumple la función de aislante eléctrico, ya que el
electroscopio demora demasiado en descargarse, en
comparación a si se coloca un alambre unido a un polo a
tierra, en este caso el electroscopio se descarga
inmediatamente, verificando la calidad conductora de los
metales como el cobre. Si se coloca fuego cerca al
electroscopio cargado, este se descarga rápidamente, ya
que la atmosfera que se crea alrededor del mismo es
semiconductora, permitiendo que este se descargue aun
sin contacto directo con algún material.
5.
Conclusiones
Los cuerpos pueden ser electrizados por contacto o por
inducción.
Con el frotamiento no sólo se electriza el cuerpo frotado
sino también el utilizado para frotar, y ambos de tal
forma que adquieren idéntica cantidad de electricidad,
pero de signo contrario.
Un objeto cargado eléctricamente se descarga más
rápidamente en presencia de fuego (llama).
En presencia de varias cargas, la fuerza resultante es una
suma vectorial de estas.
Si la deflexión del electroscopio disminuye, el objeto que
se acerco ha de ser de signo contrario a la del
electroscopio, si en cambio aumenta es porque el objeto
acercado tiene carga del mismo signo que el
electroscopio
6.
Bibliografía
BAUTISTA, E., ORTIZ, M., Guías de laboratorio de
Física II, Electromagnetismo, Facultad de Ciencias,
Departamento de Física, Universidad Nacional de
Colombia, 2001, Pág. 11-16
GIANCOLI. Douglas, Física principios con aplicaciones,
Cuarta edición, editorial Prentice Hall, México 2004
SERWAY, Raymond, Electricidad y Magnetismo,
tercera edición, editorial Mc Graw Hill interamericana
editores, Pág. 3-11
http://www.rcf-online.org/vol37_1/articulos
http://raulcaroy.iespana.es/FISICA/33%electrostatica%20
i.pdf