Laboratorio 1: Fenómenos Eléctricos – Carga Eléctrica
Objetivos
Conocer y explicar el fenómeno de la electrización de los cuerpos.
Explicar e interpretar las principales características de la carga eléctrica.
Estudiar experimentalmente la carga eléctrica a través de diferentes procedimientos.

Introducción
El filósofo griego Tales de Mileto, en el año 600 antes de Cristo , descubrió que una barra de ámbar frotada con un paño atraía objetos pequeños, como trocitos de papel. El fenómeno se observa también en muchos otros materiales, como plástico o vidrio y se le llama carga eléctrica a la propiedad que adquieren al frotarlos. La carga eléctrica es una magnitud física característica de los fenómenos eléctricos. Para que ocurra el fenómeno de electrización, deben participar al menos dos cuerpos. Todo cuerpo se compone de átomos, cada uno de los cuales posee igual número de electrones y protones. Los electrones poseen una carga negativa y los protones una carga positiva. Las cargas positivas corresponden a la carga del protón y las cargas negativas corresponden a la carga del electrón. Las cargas de un mismo tipo se repelen mutuamente, mientras que las cargas opuestas se atraen. En todos los fenómenos eléctricos que se originan en el interior de un sistema aislado, se encuentra presente la ley de la conservación de cargas , según la cual, la suma de las cargas eléctricas positivas, menos la de las cargas negativas se mantiene constante.

Es decir: q1+q2 +q3 …..+ qn =constante , donde q representa la carga de cada partícula.
La unidad con que se mide la carga eléctrica es el coulomb , en honor a Charles Coulomb. Un Coulomb es igual a 6.25x1018 electrones. Por lo que la carga del electrón es de 1.6x10-19 C. Para lograr que un cuerpo quede cargado eléctricamente, requerimos que haya en él un exceso de uno de los dos tipos de carga (+ o . Esto lo podemos lograr haciendo uso de diferentes procesos, como el frotamiento, el contacto y la inducción.
El frotamiento ocurre cuando al frotar dos cuerpos con el mismo tipo de carga (neutra ambos se cargan uno con carga positiva y otro con carga negativa. La electrización por contacto ocurre, cuando un cuerpo suele cargarse solo con tocar otro que ya esta previamente cargado, en este caso, ambos cuerpos terminan con el mismo tipo de carga. La electrización por inducción ocurre, cuando un cuerpo cargado eléctricamente atrae a otro cuerpo con carga neutra, ocasionando una interacción de cargas, donde el cuerpo electrizado induce una carga con signo contrario en el cuerpo con carga neutra para poder atraerlo.
En esta experiencia, se pondrán en práctica varios de los conceptos discutidos en el salón de clase y con la utilización de ciertos instrumentos de laboratorio tales como: la paila de Faraday, los sensores , el computador entre otros. Observaremos detalladamente el comportamiento de los cuerpos al ser electrizados y cómo varía este comportamiento según el método utilizado, yasea por inducción , frotamiento o por contacto.


Equipo y Materiales



a. Sensor de carga
b. Productores de carga
c. Jaula de Faraday
Procedimiento:
A. Montaje del Equipo
1. Conecte la interfase a la computadora, enciende la interfase y luego enciende la computadora.
2. Conecte el sensor de carga en la entrada análoga A de la interfase.
3. Conecte las grapas de caimán del cable del sensor a los cilindros interno y externo de la paila de Faraday.

I. Determine la Polaridad de los Productores de Carga
1. Conecte a tierra la paila de Faraday y aprieta el botón CERO en el sensor de carga para descargar el sensor.
2. Frote juntos varias veces con cuidado la superficie azul y blanca de los productores de carga.
3. Comience a grabar los datos oprimiendo START en el programa.
4. Vuelva a presionar el botón CERO del sensor para asegurar que esta descargado, esta reacción se puede observar en la gráfica.
5. Sin tocar la paila de Faraday, baje el productor de carga blanco en la paila de Faraday. Observe el medidor de carga análogo y el despliegue gráfico.
6. Quite al productor de carga blanco y entonces baje el productor de carga azul en la paila de Faraday. Observe los resultados.
7. Después de unos momentos, detenga el programa oprimiendo la tecla STOP.

II. Carga en el Productor de Carga Blanco
1. Conecte a tierra el ‘Cubo de Hielo’ y aprieta el botón CERO en el sensor de carga para descargar el sensor.
2. Frote juntos varias veces con cuidado la superficie azuly blanca de los productores de carga.
3. Comience a grabar los datos con un START en el programa.
4. Vuelva a presionar el botón de CERO del sensor para asegurar que está descargado, esta reacción se puede observar en la gráfica.
5. Baje al productor de carga blanco en el ‘Cubo de Hielo’. Frote con la superficie del productor de carga blanco contra el cubo interno y luego retira el productor de carga. Observe el metro y despliegues en el gráfico.
6. Después de unos momentos, detenga el programa oprimiendo la tecla STOP.

III. Carga en el Productor de Carga Azul
1. Repite pasos 1 al 4 de la parte II.
2. Baje al productor de carga azul en el ‘Cubo de Hielo’. Frote con la superficie del productor de carga azul contra el cubo interno y entonces luego retira el productor de carga. Observe el metro y despliegues en el gráfico.
3. Después de unos momentos, detenga el programa oprimiendo la tecla STOP.

IV. Cargar por Inducción
1. Repite pasos del 1 al 4 de la parte II.
2. Sin tocar al ‘Cubo de Hielo’ con el productor de carga, baje al productor de carga blanco en el ‘Cubo de Hielo’.
3. Mientras el productor de carga se encuentre dentro del cubo interno, use el dedo de una mano conectando momentáneamente con tierra el ‘Cubo de Hielo’. Observe el metro y los despliegues gráficos.
4. Después de que usted conecto a tierra el ‘Cubo de Hielo’, quite su mano y luego retire el productor de carga.
5. Después de unos momentos, detenga el programa con un STOP.

Gráficas
Primera parte: InducciónSegunda parte: contacto parte azul













Segunda parte: contacto parte blanca













Tercera parte: contacto parte azul












Tercera parte: contacto parte blanca











Analisis de Datos:
1. sQue polaridad tiene el productor de carga blanco?
a- Positivo
sQué polaridad tiene el productor de carga azul?
b- Negativo
2. sQué pasa con la carga en la pila de Faraday cuando usted toca la parte interna con el productor de carga blanco y luego retira el mismo?
- Se observa en la grafica un aumento en carga positiva el cual permanece constante, lo que indica que la pila adquiere una carga positiva y permanece positiva cuando se remueve el productor de carga
3. sQué pasa con la carga en la pila de Faraday cuando usted toca la parte interna con el productor de carga azul y luego retira el mismo?
- La pila adquiere una carga negativa y permanece negativa cuando se remueve el productor de carga.
4. sQue pasa con la paila de Faraday cuando se conecta a tierra momentáneamente mientras el productor de carga esta todavía dentro del cubo interno?
- Al poner el dedo, conectándolo a tierra momentáneamente, la carga en la pila es cero.
Preguntas Teóricas

1. sQué experimento realizarías para demostrar que un cuerpo que ha sido frotado adquiere carga eléctrica?
-Se puede utilizar un electroscopio que no tenga carga. Luego, se frota un objeto con algún paño de seda o lana, y se acerca alelectroscopio. Si la aguja del mismo se mueve o se altera de su posición neutral, esto significa que el objeto adquirió una carga y la misma pasó al electroscopio. Si la aguja no se mueve, esto significa que el objeto no estaba cargado.

2. sCuál es el origen de la palabra electricidad?
-Origen griego
3. Cita ejemplos de fenómenos eléctricos similares a los que se describen. sQué característica común está presente en todos ellos?
-La característica común es que estos fenómenos provienen de la interacción entre al menos dos objetos o cuerpos. Algunos ejemplos son cuando se frotaban ciertos materiales como el ámbar, plástico, vidrio, y se observaban varios fenómenos relacionados a la atracción de objetos pequeños o cuando se repelen los mismos luego de estos objetos ser cargados.
4. sCuándo se dice que un cuerpo se ha electrizado?
-Cuando un cuerpo provoca fenómenos eléctricos.

5. Tareas experimentales
a) Coloca sobre la mesa de trabajo dos grupos de pedazos pequeños de papel. Será diferente el resultado obtenido al electrizar una varilla de plástico y otra de vidrio, al aproximar por separado las varillas electrizadas a los pedazos de papel?

-Al electrizar una varilla de plástico y otra de vidrio se obtendrá resultados iguales al aproximar los mismos por separados a pedazos de papel, ya que los materiales de ambas varillas, tanto el plástico como el vidrio se pueden electrizar con facilidad, y por consiguiente las varillas frotadas adquieren propiedades de atraer cuerpos que se encuentran essus proximidades.

b) Toma una regla de plástico y colócala cerca de la hornilla eléctrica, de forma que reciba calor. Después frótala con un pedazo de papel de periódico y acércala a un chorro fino de agua, o aproxímala a los vellos de tu brazo o a pedazos pequeños de papel .Que ocurre? Describe en tu libreta los fenómenos que observes.

-Al tomar la regla de plástico y colocarla cerca de una hornilla eléctrica, después frotarla con un pedazo de papel de periódico, al acercar la misma a los vellos de la piel hubo atracción, indicio de que esta regla fue cargada eléctricamente y tenían cargas opuestas tanto los vellos como la regla.

6. Cómo demostrar que la carga eléctrica que adquiere una varilla de vidrio frotada con un pedazo de seda, es distinta de la carga que adquiere una varilla de plástico frotada con un pedazo de papel?

-Las cargas eléctricas adquiridas por una varilla de vidrio y otra de plástico se pueden demostrar como distintas al hacer observaciones sobre sus respectivas interacciones sobre cuerpos proximales. Además, la carga eléctrica que adquiere el plástico no provoca el mismo efecto sobre la varilla de vidrio cargada que sobre la de plástico.

7. Cuántos tipos de carga eléctrica existen en la naturaleza? Cómo se les ha denominado y con cuales signos se representan?

-En la naturaleza existen dos tipos de carga eléctrica. Una es conocida como negativa (-) y la otra positiva (+). Estas determinan las interacciones de los cuerpos electrizados.

8. Como interactúan loscuerpos que poseen cargas de igual signo? Cómo lo hacen los cuerpos con cargas eléctricas de signos contrarios?

-Los cuerpos que poseen cargas eléctricas de igual signo se repelen y los cuerpos con cargas de signos opuestos se atraen.

9. Por qué durante la electrización por fricción, los cuerpos adquieren cargas iguales pero de signos contrarios?

-Los cuerpos adquieren cargas iguales pero de signos contrarios durante la electrización por fricción debido a que las cargas eléctricas de un cuerpo pasa al otro y se distribuyen uniformemente sus electrones.

10. sQué sucede cuando una esfera de metal cargada negativamente se pone en contacto con otra esfera idéntica que inicialmente se encontraba descargada? sCómo será la carga de una esfera en relación con la otra?
- Los cuerpos que han adquirido cargas eléctricas de un mismo tipo, se repelen mutuamente.

11. sQué experimentos realizarías para demostrar que unos cuerpos son conductores y otros no?
- Experimentos efectuados empleando cuerpos electrizados de ebonita, ámbar, plexiglas10, distintos tipos de plásticos, vidrios, entre otros.

12. Menciona algunos buenos y malos conductores.
- Buenos conductores: Metales: Cobre (Cu), Aluminio (Al), Oro (Au), Plata (Ag).
- Malos conductores: el plástico, la mica, el vidrio, la goma, la cerámica, entre otros.

13. sPor qué los cables eléctricos así como las herramientas de a€šlos electricistas poseen forros de goma?
-La goma es un aislador y se utiliza en las herramientas de loselectricistas y como forro para los cables porque los protege de cualquier accidente electrico.
14. sQué sucede cuando acercamos una varilla cargada a€špositivamente a un electroscopio descargado?
-Si el electroscopio se encuentra cargado y su aguja se mueve al acercar un cuerpo a su fase metálica es porque este ha adquirido la carga que tenía previamente. Mientras mayor sea la cantidad de carga , mayor será la desviación de la aguja del electroscopio.
Conclusión
Para este laboratorio se puede concluir con firmeza que se conocieron diferentes fenómenos eléctricos, entre ellos la transferencia de carga a través de inducción, contacto y fricción . Se realizo fricción entre los dos productores de cargas, el azul y el blanco, transfiriendo de esta manera electrones de un material al otro. Luego se encertaron los productores de carga a la pila de Faraday para medir la carga transferida por inducción. Se observo que con el productor de carga azul la carga de la pila bajaba de estar contante en cero a una carga negativa. En la grafica esto fue representado con un pico hacia abajo un poco ondulado. Al retirar el productor de carga de la pila la carga de la pila volvió a cero. Se concluyo que la razón por la cual se observo una pequeña onda en la curva hacia abajo fue por una sencilla razón, la humedad en el ambiente. Por otro lado se repitió el mismo procedimiento con el productor de caga blanco, en este caso se observo lo opuesto. La carga de la pila aumentaba de cero constante a un valor positivo y semantuvo en ese valor asta que se retiro el productor de carga blanco. Otra variante que se realizo fue incorporando el contacto, esta vez se introdujo el productor de carga y este fue adherido momentáneamente a una de las paredes de la pila. Al introducir el inductor de carga azul y adherirlo a uno de sus lados, la carga de la pila fue de cero constante a un valor negativo y ahí se mantuvo contante. En lo opuesto, el inductor blanco cambio la carga de la pila de cero contante a un valor positivo contante. El ultimo efecto que se observo fue observar el cambio de carga al conectar este a tierra momentáneamente. Para esto se introdujo el inductor de carga azul, sin hacer contacto con la pila, y un compañero hizo contacto con la pila utilizando su dedo. Lo observado fue que en el momento que se conecto a tierra, la carga fue de un valor negativo a cero. Y del otro modo con el inductor blanco la carga fue de un valor positivo a cero, por lo que se neutralizaron las cargas. Todos estos fenómenos se deben a la electrización, al frotar los dos productores de cargas uno transfiere sus electrones haciendo que el que los reciba tenga una carga negativa mientras que el que los perdió adquiere una carga positiva. A su vez, esto pudo ser observados gracias ala pila de Faraday. A través de esta se midieron las diferencias en cargas y sus efectos por inducción y por contacto.