practica 1 lab. electricidad y magnetismo, Apuntes de Electromagnetismo

¡Descarga practica 1 lab. electricidad y magnetismo y más Apuntes en PDF de Electromagnetismo solo en Docsity! INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS. Laboratorio de electricidad y magnetismo PRACTICA NO.1 “Electrostática y ley de Coulomb”. GRUPO: 11M23 EQUIPO: 1 INTEGRANTES: *Jimenez Alcantar Claudia *Manuel Hernández Ana Leticia *Nava Garcia Nyx Samara *Ortiz Gallardo Ulises *Sandoval Mendoza Miriam Nohe mi Profesores: Lilia Victoria Hernández ; Jesús Israel Guzmán Castañeda Fecha: 30-08-2021 OBSERVACIONES: Calificación. ÍNDICE Tabla de Contenidos Portada Índice... Objetivos............ Introducción teórica. Material y equipo. Cálculos Previos.. Diagramas de bloques Experiencia 1: Electrización por Frotamiento e Inducción.. e Experiencia 2: Electrización por contacto y aplicación de la ley de coulomb. Tablas........ Cuestionario Evidencia... e Observaciones y conclusiones Partes de un multímetro. Zo». la lista, 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. El nombre de la tabla hace referencia al método de electrización, puesto que "tribo" significa rozar. El orden de los materiales en la tabla se puede ver afectado por el estado de las superficies que se ponen en contacto, por ejemplo, humedad, rugosidad, velocidad y tiempo de fricción. b) Electrización por inducción. Cuando a un cuerpo neutro se le acerca un cuerpo con carga electrostática (q) ; el objeto neutro sufre desplazamiento interior de electrones, manifestándose en polos cargados eléctricamente. Sin embargo, la carga total del cuerpo sigue siendo nula. Esta electrización transitoria, dura mientras el cuerpo cargado se mantenga suficientemente próximo al neutro. Si se retira el cuerpo cargado, la carga inducida se redistribuye y el objeto regresa a su estado inicial de carga (neutro). c) Electrización por contacto. Electrización permanente, consecuencia de un flujo de cargas negativas de un cuerpo a otro. La repartición de cargas depende de la geometría y composición de los cuerpos. Tabla 1. Series triboeléctricas. MATERIALES ] Positivos Neutros Negativos Aire Piel humana Polietileno (PE) Vidrio pulido Algodón Teflón Cabello Humano Ebonita Nylon Acero Rayón viscoso Madera Piel de conejo Caucho Mica Resina Lana Cobre Seda Níquel Piel de gato Plata Plomo Azufre Aluminio Fibra de vidrio Papel Acetato (celuloide) Lucita Caucho natural Poliester (PS) Poliuretano. Polipropileno (PP) Cloruro de Polivinilo (PVC) Silicona Charles-Agustín de Coulomb, físico francés, desarrolla en 1777 la balanza de torsión; equipo que permite medir las fuerzas que producen las cargas electrostáticas y empleando este equipo propone la Ley de Coulomb (se expresa como indica la ecuación 1) que permite determinar la magnitud de la fuerza electrostática entre dos cargas eléctricas. La ecuación 1 se aplica sólo a cargas puntuales y no explica qué pasa cuando la distancia de separación entre cargas es nula. F q ”, Fp=K 2 ña Ec. (1) ía donde, F; = Fuerza electrostática o Coulombica, N Nm? K = Constante de Coulomb = 8.987 x 10? E Nm? 8982 x 10 2 qí = Cargas eléctricas, C Algunos ejemplos de genera estaa cinta son: la máquina de Wimshurst y el generador de Van der Graff; por otra parte, ejemplos de equipos que permiten medir las cargas eléctricas son el electrómetro, la balanza de torsión y el electroscopio. En el campo industrial, la acumulación de cargas electrostáticas puede ocasionar descargas electrostáticas a los trabajadores, que pueden conducir a fallas cardiacas y/o respiratorias, así como incendios y/o de explosiones si la descarga ocurre en la presencia de una atmósfera inflamable (niebla, vapor o gas inflamable, polvo combustible en el aire). (en el vacío) (en el aire) EXPERIENCIA 1: ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO E INDUCCIÓN MATERIALES UTILIZADOS DURANTE LA PRÁCTICA Práctica 1. “Electrostática y ley de coulomb”. Cantidad Material 1 Globo inflado 50 mínimo Cuadros de papel 0.5cm x 0.5cm 1 Tubo de PVC 20cm Tela de poliéster 20cm Tela de lana 1 Barra de vidrio 1 Regla de plástico 1 Regla de aluminio 1 Bolsa de plástico 1 Bola de unicel 1 Pedazo de aluminio 1 Pedazo de hilo CÁLCULOS PREVIOS masa de los cuadros de papel. (registrado en la tabla 2) m= (ANP) (0. 25cm")(0.00509/cm”) m= 1.25x10 gy m DIAGRAMA DE BLOQUES Experiencia 1 Cortar 50 papeles de Con la formula p, = E 0.5cm x 0.5cm e determinar la masa de un investigar su densidad cuadrito de papel Con la barra de vidrio y el pedazo de tela de lana frotamos por un lapso y una vez electrizada lo acercamos a los papeles y registramos cuantos se levantan Realizar el mismo Sabiendo el número de papeles procedimiento con levantados en cada experiencia todos los materiales determine la masa total de los papeles levantados con: m;, = Npap My Experiencia 2 De la serie triboeléctrica con los materiales mencionados contar las separaciones entre ellos Calcular la fuerza electrostática y ordene de mayor a menor lo obtenido teórico y experimentalmente Aluminio-lana 5 0.0625 3 6.131x10 "N Aluminio-PP 0 0 18 ON *De lo obtenido de acuerdo a las masas totales para cada experimento determinamos la fuerza eléctrica que estos tienen con la ecuación: FE= g* Ma FE FE oro plástico — (9.81m/s5)(2. 5x10 kg) = 2.452x10 *N = (9.81m/s')(0kg) = ON E idrio-lana = (9.81m/s (0kg) = ON E plástico—lana = (9.81m/s)(6. 25x10 kg) = 6.131x10 N aluminio—-lana _—— > 6 > PEovc=tana — (9-81m/s )(2.5x10 kg) =2.452x10 N Lo A AKáÁ 2 -5 _ -4 Y 0 E rrcvonesto = (9-81m/5 (2. 125x10 "kg) = 2.084x10 *N e 7 o: 2. W Eoninio-potiéster— ?-81M/S MOkg) = ON 2 =5 =5 l - E idrio-poliéster = (9.81m/s )(1x10 kg) = 9.81x10 "N b) Por inducción 2 =5 -4 E uso = (9.81m/s')(1.25x10 kg) = 1.226x10 N plástico—poliéster TABLA 4. Electrización por Frotamiento e inducción. Valores reordenados MATERIALES FROTADOS Teórico Experimental PVC-lana PVC-lana Mayor fuerza electrostática Vidrio-PP PVC-algodón PVC-algodón Pvc-PP Aluminio-PP Aluminio-lana Vidrio-algodón Vidrio-lana Vidrio-lana Aluminio-PP PVC-PP Vidrio-algodón Aluminio-lana Vidrio-PP Menor fuerza electrostática Aluminio-algodón Aluminio-algodón ¿Coincide el orden de la lista de intensidad de fuerza electrostática teórica (predicción dada por la tabla triboeléctrica), con los datos experimentales? No, los datos esperados no fueron exactamente los obtenidos, sin embargo, fueron suficientes ya que la carga eléctrica aún no estaba levantada. EXPERIENCIA 2. Electrización por contacto y aplicación de Ley de Coulomb. Masa, Mech [g] Mier T Angulo Y [*] Mildred) q 2 TE Fuerza electromagnética, FE [E] == 2 a Tseng = Moor 8=cos"(;) T= 1950N Fr=r-10=0 YFX= FET Y send = Mecn 9 FE = TCosg pañal FE = 1.950 (Cos 72.52”) e FE = 0.5857 Ya- Ep-Ty=0 F¿=Tcos8 Despejendo q de Ec. (1) dela práctica »Fy= Ty -W CARGA ELÉCTRICA DE ESFERAS DE UNICEL, q [C] Despejando q q = 40.33X10-6 C TABLA 5. Valores reordenados Propiedad Magnitud Pelota de unicel grande Masa, M., [9] 1.359 Diámetro, Dz [cm] 4.10 cm Pelota de unicel chica Masa, M., [9] 0.1975g Diámetro, Dz [cm] 0.6 cm Longitud de hilo, L [cm] 10 cm Distancia entre esferas de unicel, r12 [cm] 5 cm 10 Ángulo G [9] 86.76" Fuerza electrostática FE (N) 0.5857N Carga eléctrica de esferas de unicel, q [C] 40.33X10-6 C CUESTIONARIO 1. Si se comparan la fuerza gravitatoria, con la fuerza electrostática o Coulombica, ¿Cuáles son sus semejanzas y/o diferencias? A) Son totalmente diferentes en tipo de fuerza, modo de cálculo y origen de la fuerza. C) Tanto su ecuación de cálculo, como sus sentidos y orígenes son similares D) Se diferencian en que una fuerza emplea masas como su origen y la otra fuerza cargas eléctricas. 2. Si todo átomo tiene cargas positivas y negativas, y las cargas positivas atraen a las negativas, ¿Por qué los electrones no colapsan sobre el núcleo? A) Por la fuerza centrífuga. B) Porque estas fuerzas sólo se aplican a cargas eléctricas estáticas. 11 Jimenez Alcantar Claudia OBSERVACIONES: En esta práctica pudimos observar diversos fenómenos por ejemplo lo que el frotamiento causa a distintos materiales con los cuales experimentamos y vimos diferentes reacciones, dicho frotamiento tenía que hacerse de con velocidad y fuerza constante por cierto tiempo. Vimos como dicho frotamiento generaba carga electrostática y cómo reaccionaba PVC- lana, aluminio-algodón, etc. En la segunda experimentación vimos la importancia del ángulo, al acercar la regla de madera no alteraba el campo eléctrico de las esferas, pero no contemplamos que nuestra mano si altero el campo eléctrico. CONCLUSIÓN: Basado en los experimentado en la práctica se puede conocer el comportamiento de las cargas electroestáticas y su comportamiento al interactuar con diversos materiales un ejemplo de ello fue cuando vimos la inducción de los 14 papeles pues las cargas entre sí eran opuestas, así como también el comportamiento del campo eléctrico. De acuerdo con la segunda experimentación podemos decir que se trata de una repulsión entre las esferas, en general deducimos que la ley de coulomb se ve confirmada en dicha práctica pues las fuerzas electroestáticas fueron directamente proporcionales al producto de las cargas que interactúan e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Manuel Hernández Ana Leticia OBSERVACIONES: Con la experimentación que realizamos se pudo observar cómo se lleva a cabo el frotamiento por inducción; para que, de esta forma, se pueda tener un mejor entendimiento del efecto donde se gana o pierde electrones, producido por un choque de partículas subatómicas. Conforme al frotamiento, algunos materiales son más propensos a ser mayormente atraídos unos a otros, esto lo podemos explicar mejor con la electrificación que se produce a estos entrar en contacto; pues cada unos de los objetos que utilizamos en nuestra práctica fueron expuestos al mismo sentido, velocidad y fuerza, también por el mismo tiempo. CONCLUSIÓN: Esta práctica se realizó para comprender de una mejor manera la Ley de Coulomb y la electrostática, pues con esta podemos aprender mejor la fuerza de atracción y repulsión entre distintos materiales; Con esto podemos identificar cuales son aquellos que son más útiles y efectivos para conducir una carga eléctrica. De acuerdo a los objetivos propuestos para esta práctica determinamos que efectivamente la fuerza electrostática es proporcional al producto de las cargas que interactúan inversamente proporcional al cuadrado de las distancias que las separan. Con estos fuimos capaces de identificar la acción y los elementos que se relacionan en la generación de cargas, así como su interacción, también podemos agregar que la serie triboeléctrica al ser frotado por diferentes materiales producen mayor carga y estas fueron comparables con los resultados obtenidos. Nava García Nyx Samara OBSERVACIONES: En esta práctica pudimos observar la diferencia de electrización por frotamiento o inducción, y con esto nos ayuda ver la resistencia y conductividad de los materiales, un ejemplo de ello es el vidrio el cual tiene mucha resistencia pero no tiene conductividad, algo contrario a el es el PVC que tiene de igual manera mucha resistencia pero puede llegar a tener mucha 15 conductividad por medio de la induccion y frotacion, todo esto lo podemos observar mas a detalle con la tabla triboeléctrica. Algunos puntos a resaltar son las posibles fallas o variaciones que se pueden tener, aquí lo pudimos observar en la tabla 4, en la cual pudimos ver que aunque sean parecidos los resultados experimentales NO SON iguales a los teóricos, esto debido ligeramente a la diferencia de material que usamos en casa o a la fuerza que se aplicó en la experimentación. CONCLUSIÓN: Esta práctica nos ayudó a ver el funcionamiento de la tabla triboeléctrica y su vital relación con la Ley de Coulomb, que aunque no lo notemos a simple vista, esta va de la mano una con la otra. Además, realizando los cálculos nos dimos cuenta que los datos teóricos difieren un poco con los datos obtenidos de Manera experimental, también observé y pude entender mejor el funcionamiento de la máquina de Wimshurst; la cual consiste en una máquina construida con dos discos paralelos, que gracias a una manivela giran sobre el mismo eje. Ortiz Gallardo Ulises: OBSERVACIONES: Dentro de las observaciones de acuerdo a esta práctica noto que mas que un efecto de electrodinámica, pertenece a la electrostática, ya que como analizamos en cada una de las experiencias por medio de una electrización a cierto material podíamos notar el cambio que este tenía al estar en contacto en este caso con los papeles, claro que cada material tiene sus características particulares, tal es el caso de cómo el globo al cargarse eléctricamente con el cabello levantaba o dicho de manera correcta adquiere mayor fuerza de electrización, caso contrario del vidrio con la lana, esta fuerza parecía casi nula. Esto puede ser provocado por errores dentro de la experimentación, quizá fue el tiempo de frotación que se le daba a cada material o la fuerza con la que esta se le imprimía, sabemos bien que para ciertos materiales es inevitable al hacerlo de Manera manual que puedan adquirir dicha carga por lo tanto siempre se deben considerar las tablas de la serie triboeléctrica y de esta manera identificar los errores y demostrar que materiales tienen mayor fuerza electrostática. CONCLUSIÓN: Al cumplir los objetivos presentados al inicio de esta práctica de acuerdo a la presentación de la serie triboeléctrica podremos evitar accidentes hablando en cuanto a la seguridad industrial, es bueno especificar y tener en cuenta la importancia que tiene el manejo correcto de las cargas eléctricas, tal es el caso de la “tierra”, sabemos perfectamente que esta tiene la capacidad de repeler o mejor dicho hacer nula la fuerza que tiene una carga eléctrica. Los materiales o el equipo de protección utilizados en la industria de igual manera deben tener una mayor resistencia al flujo de electrones ya que de esta manera impiden que se “carguen” ya que como sabemos los cuerpos tienden a cargarse de 16