Péndulo Electróstatico Lab N°3 5ypl

Facultad de Ingeniería, Programa Ingeniería Civil

LABORATORIO N° 3 PÉNDULO ELECTROSTÁTICO Laura Angélica Calvo Betancur e-mail: [email protected] RESUMEN: El péndulo electrostático se utilizó para analizar los campos eléctricos y magnéticos que se encuentran directamente relacionados con diferentes tipos de materiales o cuerpos cargados mediante los procesos de carga eléctrica por frotamiento con diferentes tipos de telas sobre un material aislante, también se implementó la carga por o e inducción estos tipos de carga se evidenciaron en el momento que se acercaban o se ponían en o los diferentes tipos de materiales. Al realizar este procedimiento se produce un desequilibrio eléctrico que consiste en la pérdida o aumento de electrones de los materiales relacionados, pues al aproximarse el globo a un cuerpo liviano en este caso una esfera recubierta de aluminio se produce en primer momento una atracción, debido al exceso de carga producido en el material que fue cargado por fricción, una vez los dos cuerpos están cargados de la misma energía se repelen.

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En este informe se presentan los procedimientos, los análisis y resultados de la elaboración de un péndulo electrostático con el fin de conocer y entender el funcionamiento de este tipo de péndulos, este sencillo aparato nos permite observar que un cuerpo liviano es atraído o se repele por un material aislante que ha sido frotado por lana u otro tipo de tela, es decir que se ha cargado por frotamiento. "La observación de estos fenómenos condujo a itir la existencia de un fluido o energía que se denominó ELECTRICIDA" (Roldán), esta manifestación atractiva o repulsiva, se consideró indicativa de dos maneras en la electricidad, positiva una y negativa la otra, dependiendo del signo de las cargas que interaccionan, la fuerza electrostática puede ser atractiva o repulsiva.

PALABRAS CLAVE: Campo Eléctrico, Carga eléctrica, Fuerza Electrostática, Triboelectricidad.

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ABSTRACT: The electrostatic pendulum was used to analyze the electric and magnetic fields that are directly related to different types of materials or bodies charged by the processes of electric charge by rubbing with different types of fabrics on an insulating material, also the loading was implemented and induction these types of load were evidenced when the different types of materials were approached or put in . In doing this, an electrical imbalance is produced which consists in the loss or increase of electrons of the related materials, because as the globe approaches a light body, in this case an aluminum-coated sphere is produced at first moment due to the excess charge produced in the material that was charged by friction, once the two bodies are loaded with the same energy they repel. KEY WORDS: Electric Field, Electric Electrostatic Force, Triboelectricity.

INTRODUCCIÓN

MARCO REFERENCIAL

Gracias a la electrostática es posible separar cargas eléctricas de dos cuerpos que están en desequilibrio, gracias a la carga por fricción o frotamiento, que es cuando “se transfieren electrones por fricción cuando un material roza con otro” (Soler Lozano, 2014) que es el principio general que utiliza el péndulo electico para realizar su movimiento característico.

Campo Eléctrico: El campo eléctrico es la zona del espacio donde cargas eléctricas ejercen su influencia. Es decir que cada carga eléctrica con su presencia modifica las propiedades del espacio que la rodea. (Beichner & Serway, 2001)

Charge,

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Carga eléctrica: La carga eléctrica es una propiedad de la materia que permite cuantificar la pérdida o ganancia de electrones, esta puede clasificarse como carga eléctrica positiva (protones) y carga eléctrica negativa (electrones). (Universidad Distrital Francisco José de Caldas, 2017)

Fuerza electrostática: Es la interacción que se da entre cuerpos que poseen carga eléctrica. (Martín Blas & Serrano Fernández, 2014)

Triboelectricidad: Se denomina triboelectricidad al fenómeno de electrificación por frotamiento. La electrostática, puede producirse por frotamiento o por influencia.1

Tabla Triboeléctrica: Es una lista de materiales dispuestos en un orden determinado (Tabla 1), de tal manera que en un extremo se encuentran los elementos más positivos y en el otro los más negativos eléctricamente. Considerando que cuanto más separados estén los materiales en la tabla, más intensa es su electrización. (Rojas, 2014)

Tabla 1: Series triboeléctricas. Fuente: (Rojas G. H., 2014)

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LEY DE COULOMB

Se establece como la fuerza entre cargas eléctricas, donde se atraen o repelen de acuerdo a sus signos; Conclusiones pertenecientes a los experimentos realizados por el físico e ingeniero francés Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), presentados a la Academia de Ciencias en París. La fuerza entre cargas o ley de coulomb de acuerdo a la información obtenida por Slurzberg y Osterheld “[…] (Slurzberg & Osterheld, 1971) es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente 1

Definición tomada del diccionario web:Lexiccon.org

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proporcional al cuadrado de la distancia que las separa […]”.

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universidad del Quindío en el espacio académico de electromagnetismo.

MONTAJE

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Para el montaje es necesario requerir de simples materiales prácticos y de fácil en cualquier lugar podemos realizarlo. Como primera parte se toma la bola de icopor y se recubre con papel aluminio y se amarra a un hilo de 41 cm de distancia (imagen 1), luego utilizando una mesa o un soporte ponemos un trasportador, de manera que podamos medir el ángulo que marque el hilo, al momento de poner a interactuar el globo.

ARTÍCULOS

El primer artículo que se consultó se titula “Sistemas de Aspersión Electrostática”, trata sobre los aspersores electrostáticos que utiliza una tecnología llamada “airassisted electrostatics” (electrostática con asistencia de aire), en donde este sistema es capaz de optimizar las labores de aplicación de capaz de diferentes sustancias a cualquier tipo de objetos. En donde este recurso ayuda a reducir los gastos y pérdida de sustancias hasta en un 50%. El aspersor electrostático funciona ya que la carga de las gotas en la aspersión es baja, pero la fuerza de atracción que se crea entre el objeto y las gotas es grande por lo que la fuerza eléctrica que atrae a las gotas es 40 veces más grande que la fuerza de la gravedad, este fenómeno se llama “Electrostática Envolvente”, dando así una cobertura de mayor calidad y uniformidad. El aspersor electrostático se usa en diferentes campos como por ejemplo: la agricultura, la aplicación de sustancias al cuerpo humano, la esterilización de objetos, entre otros, ya que este proceso resulta para los s más efectivos por la reducción de sustancias y de costos. (ESS, 2006) De acuerdo a la información anterior, se relaciona el Sistema de Aspersión Electrostática directamente al comportamiento de las cargas ya que estos sistemas funcionan con la atracción de cargas de signo contrario, es decir, se crea una fuerza de atracción entre el objeto y las gotas generadas por el aspersor.

Imagen 1: Adaptación de péndulo electrostático. Fuente: Autores.

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RECURSOS FÍSICOS       

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Globo Hilo Telas Gramera Transportador Papel aluminio Esfera de icopor

El segundo artículo que se consultó se titula Electrostática Industrial “Soluciones electrostáticas para el sector industrial” se trata acerca de la generación y la eliminación de cargas electrostáticas debido a procesos de o y separación que provocan las superficies involucradas en dichos procesos de transferencia de carga; provocando así un exceso de carga electrostática negativa o al revés afectando procesos industriales; para contrarrestar el exceso de carga se creó un proceso de eliminación de las mismas mediante la ionización; proceso que genera iones de ambas polaridades y los proyecta sobre la superficie que se pretende neutralizar, dando como resultado la estabilidad de la superficie. (SIMCO-ION).

RECURSOS HUMANOS

La elaboración de este proyecto estuvo a cargo de los estudiantes Laura Angelica Calvo Betancur, Cristian Gilberto Guevara Reyes y Luis Felipe Restrepo Romero del programa de ingeniería civil de la

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El artículo se relaciona con la creación y eliminación de carga electrostática como se evidencio anteriormente.

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PREGUNTAS 1)

¿Qué es y que estudia la electrostática? 6)

La Electrostática es la rama del electromagnetismo que estudia la interacción entre cargas eléctricas en reposo2 2)

La serie triboelectrica nos ayuda a comparar los resultados de las cargas obtenidos con los materiales utilizados en el laboratorio y así, comprobar si los resultados obtenidos son acertados de acuerdo a la secuencia triboelectrica.

¿Que se observa al acercar el globo cargado eléctricamente al péndulo?

Al aproximar el globo al péndulo se observa una atracción, esto es debido a un exceso de cargas en el globo. 3)

7)

¿Porque después de estar en o es rechazada?







¿Cuál carga dio mayor? La licra 𝑞1 = 42.94x10−4 C

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Cuando se produce la atracción, el tubo le cede la carga a la bola de aluminio es por esto que se repelen por que los dos cuerpos quedan con la misma carga. 4)

¿Qué es la serie triboelectrica? Una serie triboeléctrica es una lista de aquellos materiales que, durante la electrificación por fricción, quedan cargados positivamente hasta los que quedan cargados negativamente ¿Qué relación tiene la serie triboelectrica y el laboratorio realizado?

ANÁLISIS DE RESULTADOS

En la práctica de laboratorio del péndulo electrostático se obtuvieron los siguientes datos a causa de la manifestación de las cargas, por los diferentes materiales utilizados así:

Explique en qué consiste la carga eléctrica por frotamiento, o e inducción. CARGA ELÉCTRICA POR FROTAMIENTO: Al frotar distintos materiales de diferente naturaleza se fricciona entre si se produce un desequilibrio eléctrico que consiste que un cuerpo pierde electrones y el otro gana electrones y ahí se origina los estados eléctricos de los cuerpos, este tipo de carga se produjo en el momento que se frotaban los diferentes tipos de telas sobre el globo. CARGA ELÉCTRICA POR O: Esta se refiere a Cuando ponemos una barra cargada en o con un objeto neutro se transfiere una parte de la carga a éste. lo cual sucede en el momento que el globo genera la atracción de la bola de aluminio y estos quedan juntos por un breve periodo de tiempo. CARGA ELÉCTRICA POR INDUCCIÓN: La carga por inducción se caracteriza por cargar un objeto sin tener o directo con este. esto lo podemos observar en el laboratorio cuando se acerca al globo se está acercando a la bola de aluminio.

Peso de la esfera: 1.85x10−3 Kg Longitud de la cuerda: 0.41m Material No. 1: Licra Angulo: 13.67° Material No. 2: Lino Angulo: 4.33° Material No. 3: Nylon Angulo: 6° Por formula tenemos que q: Ecuación 1. Formula de carga

𝑚 ∗ 𝑔 ∗ 𝑡𝑎𝑛(𝜃) 𝑞 = 2𝐿 ∗ 𝑠𝑒𝑛(𝜃)√ 𝑘

Por lo tanto Para el material No. 1:

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Definición tomada de: http://laplace.us.es/wiki/index.php/Principios_de_la _electrost%C3%A1tica_(GIE)

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𝑞1 = 2(0.41)𝑚

Rojas, G. H. (2014). Domina análisis de circuitos (1 ed.). Medellín, Colombia.

𝑚 ∗ 𝑡𝑎𝑛(13.67°) 𝑠2 2 𝑁𝑚 8.99x109 𝐶2

1.85x10−3 Kg ∗ 9.81 ∗ 𝑠𝑒𝑛(13.67°)√

Rojas, G. H. (2014). Domina Análisis de Circuitos. Medellin, Colombia: 1 ed.

𝑞1 = 42.94x10−4C

1. Roldán, J. M. (s.f.). MÁQUINAS CIENTÍFICAS. Recuperado el 3 de 9 de 2017, de http://www.maquinascientificas.es/01p endulo_electrico.htm

Así mismo, utilizando la misma fórmula y con los datos obtenidos de los diferentes materiales utilizados se hallaron las siguientes cargas: 𝑞2 = 7.65x10−4C 𝑞3 = 12.49x10−4C

SIMCO-ION. (s.f.). SIMCO-ION. Recuperado el 03 de Septiembre de 2017, de http://www.electrostatica.net/pdf/catal ogo/INDUSTRIA.pdf

10 CONCLUSIONES Se evidenció el fenómeno de transferencia eléctrica mediante los procesos de fricción e inducción de carga entre dos elementos.

Slurzberg, M., & Osterheld, W. (1971). Fundamentos de ElectricidadElectrónica. MEXICO: McGRAW-HILL.

A través de la Ley de Coulomb se notó la reacción de los cuerpos con cargas de signos diferentes.

Soler Lozano, J. (2014). Academia © 2016. Recuperado el 03 de 09 de 2017, de https://www.academia.edu/6079199/E LECTROSTATICA_CARGA_POR_FRICCION _Y_POR_O

Es posible calcular la carga de un elemento a través de la distancia que se repelen, el ángulo generado por la fuerza electrostática y el peso del elemento.

11 REFERENCIAS

Universidad Distrital Francisco José de Caldas. (2017). Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Recuperado el 02 de 09 de 2017, de gemini.udistrital.edu.co: http://gemini.udistrital.edu.co/comunid ad/grupos/gispud/RAIZDC/contenidopr ogramatico/capitulo1/carga.html

Beichner, R. J., & Serway, R. A. (2001). FÍSICA para ciencias e ingeniería. México D,F.: McGraw-Hill. ESS. (02 de Abril de 2006). Electrostatic Spraying Systems. Obtenido de http://www.electrostaticas.com/Article s/Sistema%20de%Aspersion%20Electros tatica%20%20version%20Apr%202%202006.pdf Martín Blas, T., & Serrano Fernández, A. (OCTUBRE de 2014). Curso de Física Básica. Obtenido de http://acer.forestales.upm.es/basicas/u dfisica/asignaturas/fisica/electro/intro_ electro.html

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