Escuela de Química

Anteproyecto #1

Profesora asistente y de teoría:

Ivis González de Jiménez

Curso:

Fundamentos de física II

Fis:

172

Fecha de entrega:

1 de septiembre de 2024

Nombre:

Evelyn Mazzitelli

Carolina Herrera

Elia Villarreal

Cédula:

8-983-316

8-972-688

8-1059-612

La unidad estándar de carga eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es el Coulomb (símbolo: C).

La fuerza entre dos cargas puntuales se describe mediante la Ley de Coulomb, que establece que la fuerza es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas.

• Carga electroestática

• Atracción

• Repulsión

• Material del objeto

• Método de carga utilizado.

Detectar la presencia de cargas eléctricas en un objeto.

Objetivos Específicos:

• Determinar el signo de la carga eléctrica de un objeto.

• Observar la repulsión entre láminas metálicas cargadas con el mismo signo.

Hipótesis:

• Si un objeto cargado se acerca a un electroscopio, las láminas metálicas se separarán debido a la repulsión de cargas del mismo signo.

Posibles equipos o materiales:

• Un pedazo de tubo PVC

• Trozo de seda o lana

• Globo

• Peine de plástico

• Frasco de vidrio con tapa (de boca ancha)

• Papel de aluminio

• Corcho o pedazo de foam

• Alambre de cobre de 10cm.

Procedimiento:

• Para empezar necesitamos hacer un agujero en la tapa del bote, de la medida del tapón de corcho o de foam. Una vez comprobado que queda bien aislado, abriremos el bote y trabajaremos con el corcho y la tapa.

  Posteriormente, pasaremos el alambre a través del tapón de corcho, dando forma de gancho al extremo del alambre que quedaría en el interior del bote.

  A continuación, con un trozo grande de papel de aluminio haremos un bola, que la clavaremos en el extremo recto del alambre. Además, con otro trozo pequeño de papel de aluminio haremos una tira de aproximadamente 1 cm de ancho y 10 cm de largo y la doblaremos por la mitad, colgándola en el gancho.

  Finalmente, cerramos el bote, de manera que la bola de aluminio quede en la parte exterior y el gancho con las tiras en el interior.

• Carga los objetos, frotando la varilla de vidrio o plástico, el globo y el peine de plástico con el trozo de seda o lana durante unos 30 segundos.

• Acerca cada objeto cargado a la esfera del electroscopio (pelota de papel de aluminio) y observa cómo las láminas se separan.

• Si las láminas se separan, el objeto está cargado con el mismo signo que el electroscopio.

• Si las láminas se juntan, el objeto tiene una carga opuesta a la del electroscopio.

Observación:

Al cargar el pedazo de tubo con la lana cerca de la bolita de papel aluminio, las láminas de papel aluminio que se encontraban en el interior del frasco se separan. Lo mismo sucede cuando acercamos el globo o el peine.

Explicación:

El electroscopio funciona detectando la presencia de carga eléctrica a través de la repulsión entre cargas iguales. Cuando el alambre está cargado, las láminas metálicas se separan debido a la repulsión de cargas iguales. Esto demuestra que hay una carga presente en el electroscopio.

• Demostrar la ley de Coulomb y cómo las fuerzas electrostáticas actúan entre dos cargas.

Objetivos Específicos:

• Observar cómo la distancia afecta la fuerza electrostática.

Hipótesis:

Si se colocan dos cargas cerca una de la otra, experimentará una fuerza de atracción o repulsión que es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas.

Posibles equipos y materiales:

• un tubo de plástico o de vidrio (un tubo PVC funciona bien)

• Un pedazo de lana (también se puede utilizar un paño de lana o una bufanda de lana)

• Pedazos pequeños de papel.

Procedimiento:

• Coloca algunos pedazos de pequeños de papel en una superficie plana, como una mesa.

• Frota el tubo vigorosamente con el pedazo de lana durante unos 30 segundos. Esto transferirá electrones desde la lana al tubo, cargando el tubo negativamente.

• Luego, acerca el tubo cargado a los pedazos de papel sin tocarlos.

Observaciones:

Los pedazos de papel son atraídos hacia el tubo y a menudo se levantan de la mesa y se mueven hacia el tubo.

Explicación:
Cuando se frota el tubo con la lana, se transfieren electrones de la lana al tubo, cargando el tubo negativamente.

Los pedazos de papel, que inicialmente están neutros, tienen carga positivas y negativas distribuidas uniformemente. La proximidad del tubo cargado negativamente induce una redistribución de las cargas en los pedazos de papel: las cargas negativas en el papel se alejan del tubo, mientras que las cargas positivas se acercan. Esta separación de cargas crea una atracción entre el tubo y los pedazos de papel, haciendo que los papeles sean atraídos hacia el tubo.

Demostrar cómo la carga electrostática puede ser utilizada para atraer pedazos de papel mediante la manipulación del globo, facilitando la comprensión de los principios de electrostática.

Objetivos Específicos:

• Demostrar el proceso de carga electrostática de los globos y los pedazos de papel, y cómo esta carga se ve reflejada en la atracción de los papeles al cargar el globo.

• Analizar el comportamiento de los pedazos de papel bajo diferentes niveles de carga electrostática y condiciones de superficie.

Hipótesis:

Si se carga electrostáticamente un globo se acerca a unos pedazos finos de papel, los pedazos de papel se sienten atraídos por el globo debido a la atracción o repulsión electrostática.

Posibles materiales:

• Hojas de papel

• un globo

• tela de algodón o seda

• una superficie plana como una mesa o el piso.

Procedimiento:

• Primero, infla el globo y átelo.

• Corta unos pedazos de papel (ya sea blanca o de raya) de modo que los pedazos queden finos y delgados y colóquelos sobre una superficie plana.

• Frota el globo contra una superficie de lana durante unos 30 segundos. Esto hará que el globo adquiera una carga eléctrica negativa debido al efecto de fricción, donde los electrones se transfieren al globo desde la superficie de lana.

• Luego, acerca el globo cargado a los pedazos de papel que has colocado en una superficie plana. Los pedazos de papel deben estar cerca del globo pero sin tocarlo.

Observación:

Los pedazos de papel se ven atraídos hacia el globo y a veces incluso pueden levantarse de la superficie donde están colocados.

Explicación:

Cuando se frota el globo, adquiere una carga negativa, y los pedazos de papel, que inicialmente están neutros, también adquieren una carga inducida. Los electrones en los pedazos de papel son repelidos por el globo cargado negativamente, lo que provoca que los átomos de los papeles tengan una carga positiva en la región más cercana al globo.

Esta diferencia de cargas crea una fuerza de atracción entre el globo y los pedazos de papel, demostrando el principio de que las cargas opuestas se atraen.

• Observar y analizar los efectos de un campo eléctrico generado por una fuente de poder variable de corriente directa (DC) en un medio líquido, utilizando partículas de pimienta como indicadores visuales.

Objetivos específicos:

• Observar la descomposición del agua en oxígeno e hidrógeno cuando se aplica una corriente directa, y cómo las burbujas de gas afectan la distribución de las partículas de pimienta.

• Utilizar las partículas de pimienta para visualizar el campo eléctrico generado entre los electrodos.

Hipótesis:

• Si se aplica un campo eléctrico a una solución de agua con partículas de pimienta, entonces las partículas se moverán en la dirección del campo eléctrico debido a la polarización inducida y las fuerzas electrostáticas.

Posibles materiales:

• Un recipiente transparente con agua.

• Pimienta negra molida.

• Fuente de poder variable de corriente directa.

• Electrodos

• Cables de conexión.

Procedimiento:

• Se llena el recipiente con agua y se espolvorea una capa uniforme de pimienta negra en la superficie.

• Posteriormente, se conecta los electrodos a la fuente de poder variable y se colocan en el agua, asegurando de que no se toquen.

• Repetimos el experimento variando la posición de los electrodos para observar cómo la dirección del campo eléctrico afecta el movimiento de las partículas.

• Aislantes:

Globo, tubo de PVC, hoja blanca, aceite, envase de plástico, semillas de chía, pimienta, corcho, frasco de vidrio con tapa y trozo de lana.

• Conductores:

Fuente de voltaje, cargas puntuales, agua, alambre de cobre, papel aluminio y sal.

La hipótesis resultó ser verdadera. ¿Por qué?

La presencia de una carga cercana en el electroscopio induce a la separación de cargas en objetos neutros y esto provocó la separación de las láminas de aluminio en el interior del frasco.

Por otro lado, cuando nuestro electroscopio de cargó con una carga eléctrica, los componentes metálicos se repelen entre sí. Y esto ocurre porque las cargas del mismo signo se repelen.

EXPERIMENTO #2 - Electricidad estática

Las hipótesis resultó ser verdadera. ¿Por qué?

Cuando frotamos el tubo con la tela, rápidamente se procede a transferir electrones, cargando el tubo negativamente. Es importante saber, que los pedacitos de papel inicialmente son neutros y estos experimentan una inducción de carga cuando están cerca del tubo cargado.

Por lo tanto, cuando acercamos el tubo a los pedazos de papel, la carga positiva de estos papeles se vieron atraídas hacia el tubo que teníamos cargado negativamente y por esto los papeles se adhieren al tubo de PVC.

EXPERIMENTO #3 - El globo y los pedazos de papel

La hipótesis resultó ser verdadera. ¿Por qué?

Al igual que el experimento anterior, cuando frotamos el globo con el suéter, el suéter le transfirió electrones negativos al globo. Como ya sabemos, los pedazos de papel inicialmente son neutros, lo que significa que tienen un número equilibrado de cargas positivas y negativas.

Por otro lado, cuando acercamos el globo cargado negativamente observamos como los electrones del globo repelen a los electrones de los papeles. Las cargas positivas del papel son atraídas hacia las cargas negativas del papel. Por eso observamos como al colocar el globo encima de los papeles sin tocarlos, los papeles fueron atraídos fuertemente al globo.

EXPERIMENTO #4 - Líneas del campo eléctrico

La hipótesis resultó ser verdadera. ¿Por qué?

El experimento demostró que al aplicar un campo eléctrico a una solución de agua con partículas de pimienta, estas se movieron hacia los electrodos, ya que las partículas de pimienta, al ser neutras, se polarizan en presencia del campo eléctrico, con la parte positiva de la partícula siendo atraída hacia el electrodo negativo y la parte negativa hacia el electrodo positivo. Además, se observaron burbujas formándose alrededor de los electrodos, lo que sugiere la electrólisis del agua, liberando gases como hidrógeno y oxígeno.

• Explorar y comprender los conceptos de campo eléctrico y potencial electrostático mediante la manipulación de cargas positivas y negativas.

Objetivos específico:

• Observar cómo las cargas eléctricas generan campos eléctricos.

• Experimentar con diferentes cargas para entender sus efectos en el campo eléctrico.

• Observar la relación entre las líneas equipotenciales y el campo eléctrico.

  
  

Hipótesis:

• Si se colocan cargas eléctricas diferentes en un espacio, entonces se generará un campo eléctrico cuya dirección y magnitud dependerán de la cantidad y disposición de las cargas.