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Previos de la práctica 1 de laboraorio de electricidad y magneismo, ESIQIE
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
Subido el 15/01/2023
1 documento
1 / 15
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Laboratorio de:
Electricidad y Magnetismo
DIAGRAMA DE BLOQUES
Experiencia 1
5mm x 5mm de lado.
Registrar en la Tabla 2 el
valor del área de un
papelito (Ai).
densidad del papelito y
anotar en Tabla 2 en
unidades de g/cm
2
.
de densidad en la
ecuación 2, calcular la
masa de un papelito (mi) y
registrar en la Tabla 2.
Ec. 2.
triboeléctrica los pares de
materiales mencionados en
la Tabla 3, contar las
separaciones entre ellos
(Ns) y apunte en la Tabla 3.
y frotar con la tela de
algodón durante 10
segundos.
elecrizada a los pedacitos
de papel sin tocarlos.
papelitos se
adhirieron a la barra
(Npap) y registrar en
Tabla 3.
frotaminto con el resto de
combinaciones de materiales,
tratando de efectuar el proceso
con la misma intensidad y
dirección que el paso 5.
Registrar en T2.
de papelitos levantados
en cada combinación,
calcular la masa total de
papelitos levantados (mT)
con la ec. 3 y registrar en
Tabla 3.
Ec. 3. m
T
= N
pap
i
la fuerza electrostática experimental
() que permite levantar los papelitos
en cada caso y registrar en Tabla 3.
valores teóricos y experimentales de
la fuerza electrostática de la Tabla 3
y registrar en Tabla 4.
M.C. Lilia Luisa Victoria Hernández
C. Janani Karit Parra Flores
INVESTIGACIÓN PREVIA
Rama de la Física que estudia los efectos producidos en los cuerpos como
consecuencia de sus cargas eléctricas, es, decir, el comportamiento de las cargas
eléctricas en situación de equilibrio.
Dentro de cada átomo la zona central llamada núcleo, concentra unas partículas
subatómicas que tienen carga eléctrica positiva llamadas protones y otras
partículas neutras, desde el punto de vista de la carga eléctrica, llamados
neutrones.
Rodeando al núcleo se localiza la corteza. En esta zona se mueven los electrones,
que son partículas con carga eléctrica negativa, girando en orbitales que
envuelven al núcleo. Existen 2 maneras de relacionarse, con fuerza de atracción,
que ocurre entre cargas opuestas (+.-) y de repulsión entre cargas del mismo
signo (+.+), (-,-).
"La carga eléctrica total en un sistema aislado (la suma algebraica de la carga
positiva y negativa presente en un cierto instante) no varía nunca".
Las cargas puntuales son fuerzas que se pueden aplicar en un nodo o en un punto
junto con un miembro. En ambos casos, La locación, magnitud, y se debe
especificar la dirección de la señal. Las fuerzas que se aplican en ángulo al nodo o
miembro se pueden especificar proporcionando la X, Y, Componentes Z de la
fuerza.
5.1. Frotamiento.
La electricidad por frotamiento es generada por el desplazamiento de cargas
que ocurre cuando las superficies de dos materiales, al menos uno de los
cuales es un aislante, entran en contacto y luego se separan.
5.2. Inducción.
Explica cómo un campo magnético cambiante puede producir una
corriente eléctrica y, a la inversa, cómo una corriente eléctrica genera un
campo magnético a su alrededor.
5.3. Contacto.
La 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 átomos poseen un defecto de electrones, que se verá en parte
compensado por la aportación del cuerpo neutro cuando ambos entran en
contacto, El resultado final es que el cuerpo cargado se hace menos positivo y
el neutro adquiere carga eléctrica positiva. Aun cuando en realidad se hayan
transferido electrones del cuerpo neutro al cargado positivamente.
La secuencia triboeléctrica es una lista de materiales dispuestos en un orden
determinado. Frotando dos materiales de la secuencia, el que esté en la posición
más alta se cargará positivamente, mientras que el que se sitúe más abajo se
carga negativamente. Además, cuanto más separados estén los materiales en la
tabla, más intensa es su electrización. Los materiales se enumeran a menudo en
el orden de la polaridad de la separación de la carga cuando se tocan con otro
objeto. Un material hacia el fondo de la serie, cuando está tocando a un material
cercano al tope de la serie, logrará una carga más negativa, y viceversa. Cuanto
más lejos están los dos materiales en la serie, mayor es la carga transferida.
A partir de esta ley se puede predecir cuál será
la fuerza electrostática de atracción o repulsión
existente entre dos partículas según su carga
eléctrica y la distancia que existe entre ambas.
La ley de Coulomb debe su nombre al físico
francés Charles-Augustin de Coulomb, quien en
1875 enunció esta ley, y que constituye la base
de la electrostática:
“La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos
cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la
magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia que las separa y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es
de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo
contrario”.
Esta ley se representa de la siguiente manera:
C. Janani Karit Parra Flores
M.C. Lilia Luisa Victoria Hernández
BIBLIOGRAFÍA
WEBGRAFIA
http://tamarisco.datsi.fi.upm.es/ASIGNATURAS/FFI/apuntes/camposMagneticos/
teoria/variables/variables11/variables11.htm#:~:text=Principio%20de
%20conservacion%20de%20la,instante)%20no%20var%C3%ADa
%20nunca%22.
SkyCiv Estructural 3D. (01 DE Marzo de 2021). Cargas puntuales. SkyCiv.
https://skyciv.com/es/docs/structural-3d/applying-loads/point-loads/
#:~:text=Las%20cargas%20puntuales%20son%20fuerzas,Componentes
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WIKIPEDIA. (S. F.). Máquina de Wimshurst. Wikipedia.
https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_de_Wimshurst
Francis W. Sears y Mark W. Zemansky. Física, Edt. Aguilar (1970) pág. 565.
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/graaf/
graaf.htm
https://materialeslaboratorio.com/electrometro/
S.A. (S. F.). Ley de Coulom. Significados.com. Consultado: 25 de agosto de 2022.
https://www.significados.com/ley-de-coulomb/
http://www.etitudela.com/Electrotecnia/principiosdelaelectricidad/
cargaycampoelectricos/contenidos/01d56993080930f36.html
Julián Pérez Porto y María Merino. (2011). Definicion.de: Definición de inducción.
https://definicion.de/induccion/
https://www.areatecnologia.com/electricidad/induccion-electrica-
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https://glossar.item24.com/es/indice-de-glosario/articulo/item//electricidad-por-
frotamiento.html
https://www.edu.xunta.gal/espazoAbalar/sites/espazoAbalar/files/datos/
1464947843/contido/11_la_carga_elctrica.html#:~:text=Una%20caracter
%C3%ADstica%20de%20las%20cargas,con%20diferente%20signo%20se
%20atraen.&text=La%20carga%20el%C3%A9ctrica%20es%20una,atracci
%C3%B3n%20y%20repulsi%C3%B3n%20entre%20ellas.
M.C. Lilia Luisa Victoria Hernández C. Janani Karit Parra Flores
CONCLUSIÓN
Conforme a la experimentación realizada, fue posible conocer más a detalle la
electrostática, es decir, aquella fuerza eléctrica que se da entre la interacción de
cargas, que, de acuerdo a las aportaciones de Coulomb, este postula en su Ley
que existen dos tipos de fuerzas, la de repulsión, que ocurre principalmente entre
cargas de la misma polaridad, es decir, positivas con positivas o negativas con
negativas; y la de atracción que surge entre cargas con polaridad negativa y
positiva.
En el desarrollo de la práctica se identificaron elementos que influyen en el campo
de estudio de la electrostática, como las cargas eléctricas y su interacción entre
ellas, reafirmando la ley de Coulomb. Además, gracias a la manipulación de la
máquina de Wimshurst, las cargas tuvieron la tendencia de separarse a una
distancia denominada con la letra “r” respecto a su punto de origen. Finalmente,
con la electrización por medio del frotamiento de los materiales utilizados y la
inducción de los mismos, fue posible determinar que los materiales con mejor
electrización fueron los correspondientes a PVC-Lana, ya que, gracias al
frotamiento de los cuerpos, estos pudieron levantar la mayor cantidad de papeles.
Esto es de gran ayuda en el campo industrial, pues se llegan a presentar
problemas que involucren tanto cargas en reposo como material ionizante, y así
poder determinar las opciones más factibles al momento de tomar una decisión.
OBSERVACIÓN
En la ejecución de la experiencia 1, los materiales se frotaron linealmente uno con
respecto del otro por un lapso de tiempo de 15 segundos cada uno, esto debido a
que el diámetro de los materiales de forma cilíndrica no bastaba con que se
frotasen durante 10 segundos, porque no se lograba transferir electrones de
manera eficiente. El material con mayor electrización fue el PVC-Lana y los
materiales con menor electrización fueron aluminio-lana y aluminio-algodón. En
cuanto a la experiencia 2 las distancias entre las cargas se tomaron desde una
distancia considerable respecto al campo de acción pues, si se acercaba
demasiado la regla de madera, las esferas de unicel tendían a romper el estado
favorable para la experimentación, por lo que se requería una buena manipulación
del sistema. Con todo esto, aun así, se lograron los objetivos y a su vez, la
experimentación fue factible, de igual forma fue posible conocer más a detalle el
funcionamiento y uso de dicha máquina.
C. Janani Karit Parra Flores
M.C. Lilia Luisa Victoria Hernández
CÁLCULOS EXPERIMENTALES
Experiencia 1. Electrización por frotamiento e inducción.
1.1.1. Determinación de la masa total de papelitos levantados:
m
T
=( Numero depapelitos levantados ) ( masa unitaria de los papelitos )= g
a) Vidrio – Algodón
m
T
=( 4 pap ) ( 0.00343 g )=0.01372 g
b) Vidrio – Lana
m
T
=( 0 pap ) ( 0.00343 g ) = 0 g
c) Vidrio – PP
m
T
=( 3 pap ) ( 0.00343 g )=0.01029 g
d) PVC – Algodón
m
T
=( 6 pap ) ( 0.00343 g ) =0.02058 g
e) PVC – Lana
m
T
=( 11 pap ) ( 0.00343 g )=0.03773 g
f) PVC – PP
m
T
=( 27 pap ) ( 0.00343 g ) =0.09261 g
g) Aluminio – Algodón
m
T
=( 0 pap ) ( 0.00343 g ) = 0 g
h) Aluminio – Lana
m
T
=( 0 pap ) ( 0.00343 g ) = 0 g
i) Aluminio – PP
m
T
=( 0 pap ) ( 0.00343 g ) = 0 g
C. Janani Karit Parra Flores M.C. Lilia Luisa Victoria Hernández
1.1.2. Determinación de la fuerza eléctrica Fe:
Realizamos la sumatoria de fuerzas existentes en ambos
planos:
∑
F
x
= 0
∑
F
y
: Fe − W = 0
Por lo tanto, podemos decir que:
Fe = W ≫ ≫ Fe = m ∗ g
Siendo esta fórmula la herramienta para calcular la Fe en
cada caso.
a. Vidrio – Algodón
− 5
(
m
s
2
)
=1.346 x 10
− 4
N
b. Vidrio – Lana
Fe =( 0 kg )
(
m
s
2
)
= 0 N
c. Vidrio – PP
− 5
(
m
s
2
)
=1.009 x 10
− 4
N
d. PVC – Algodón
− 5
(
m
s
2
)
=2.019 x 10
− 4
N
e. PVC – Lana
− 5
(
m
s
2
)
=3.701 x 10
− 4
N
f. PVC – PP
− 5
(
m
s
2
)
=9.085 x 10
− 4
N
g. Aluminio – Algodón
Fe =( 0 kg )
(
m
s
2
)
= 0 N
h. Aluminio – Lana
Fe =( 0 kg )
(
m
s
2
)
= 0 N
i. Aluminio – PP
M.C. Lilia Luisa Victoria Hernández C. Janani Karit Parra Flores
Menor fuerza
electrostática
Aluminio – Lana Aluminio – Lana
Aluminio – Algodón Aluminio – Algodón
PVC – PP Aluminio – PP
Experiencia 2. Electrización por contacto y aplicación de ley de coulomb.
Desarrollamos los siguientes cálculos con el fin de obtener la magnitud de la carga
eléctrica presente en las esferas:
M
ECh
=
M
EG
( D
ECh
3
)
D
EG
3
=
(0.9 g )(0.3 cm )
4.5 cm
=0.06 g ≫ 6 x 10
− 5
kg d =
r
12
2
=
10 cm
2
= 5 cm
Ɵ =cos
− 1
d
L
=cos
− 1
5 cm
20 cm
=75.52 °
∑
F
y
: T
y
− W = 0
Tsenθ = M
ECh
g ∴ T =
M
ECh
g
senθ
=
− 5
9.81 m
s
2
sen 75.52 °
=6.0791 x 10
− 4
N
∑
F
x
: F
E
− T
x
= 0
F
E
= T cos θ =
6.0791 x 10
− 4
N
cos 72.52 °
) =1.826 x 10
− 4
N
Despejando “q” de la Ec. (1) de la práctica:
q =
F
E
r
12
2
K
∴
q =
(1.826 x 10
− 4
N )(0.07 m )
2
8.982 x 10
9
N m
2
C
2
q =1.4231 x 10
− 15
C
Tabla 5. Resultados de experimento 2.
Propiedad Magnitud
Pelota de
unicel grande
Masa, M EG
(g) 0.9 g
Diámetro, D EG
(cm) 1.65 cm
Pelota de Masa, M ECh
(g) 0.06 g
C. Janani Karit Parra Flores
M.C. Lilia Luisa Victoria Hernández
unicel chica Diámetro, D ECh
(cm) 0.66 cm
Longitud de hilo, L (cm) 20 cm
Distancia entre esferas de unicel, r 12
(cm) 7 cm
Ángulo θ (°) 75.52°
Fuerza electromagnética,
⃗
F
E
(N)
1.826 x 10
N
Carga eléctrica de esferas de unicel, q (C) 1.4231 x 10
C
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
El alumno será capaz de analizar e identificar los elementos que influyen en la
generación de cargas eléctricas; así como observar y comprender la interacción
entre dos cargas electrostáticas. Adicionalmente desarrollará las habilidades
necesarias para analizar un sistema de fuerzas estáticas para calcular la carga
electrostática puntual aplicando la ley de Coulomb.
Objetivo (Competencia)
Esta competencia pretende desarrollar el pensamiento científico en los alumnos, a
través de la observación, la experimentación, comparación de resultados, el
análisis y la argumentación, promoviendo el uso de las habilidades necesarias
para llevar acabo la aplicación de los conocimientos, adquiridos teórica y
experimentalmente, en situaciones reales.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
variables que afectan la generación de cargas en cada uno de estos métodos.
ser frotados entre sí, producen mayor cantidad de cargas eléctricas y comparar
estas aproximaciones con los resultados experimentales.
los equipos de generación de carga electrostática.
C. Janani Karit Parra Flores
M.C. Lilia Luisa Victoria Hernández
