Informe De Laboratorio No. 2 Jaula De Faraday 6z6337

EL CUBO DE HIELO DE FARADAY

PRESENTADO POR: David Cárdenas Cristian Rojas Denni Calzada Jonathan Rodríguez

FISICA II Wilson Palomino Plazas

UNIVERSIDAD CENTRAL DE COLOMBIA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA INGENIERÍA AMBIENTAL 2016-I

OBJETIVOS General 

Estudiar el fenómeno de inducción electrostática usando el cubo de hielo de Faraday.

Específicos  

Comparar los mecanismos de carga por inducción y de carga por o. Verificar la ley de Gauss para conductores.

MARCO TEÓRICO El fenómeno de la inducción electromagnética es la producción de corrientes eléctricas por campos magnéticos, el efecto descubierto por el científico, Michael Faraday (1791-1867) (H. I. Sharlin, 1961). En el año 1831. Fue un físico y químico británico, que estudio el electromagnetismo y la electroquímica, la inducción electromagnética como se mencionó fue uno de los trabajos más relevantes, en los que también se atribuyen trabajos como el diamagnetismo y la electrolisis (H. I. Sharlin, 1961). A pesar de su escasa formación formal recibida, Faraday fue uno de los científicos más influyentes en la historia. Fue debido a su estudio del campo magnético alrededor de un conductor por el que circula corriente continua, en el que él estableció las bases para el desarrollo del concepto de campo electromagnético. Faraday también estableció que el magnetismo podía afectar los rayos de la luz, en la cual existía una relación subyacente entre ambos fenómenos. Aunque posteriormente centro sus trabajos en la electricidad estática, demostrando que la carga eléctrica se centra en las caras exteriores de los conductores, de forma independiente a lo que hubiera en su interior. Esta conclusión fue el principio para el descubrimiento de, el cubo de hielo de hielo de Faraday en el año 1845 (H. I. Sharlin, 1961). El efecto cubo de hielo de Faraday provoca que el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio sea nulo, anulando los efectos de los campos externos. Lo cual se conoce como la ley de Gauss (L. P. Williams, 1963-1964). Esto se debe a que, cuando el conductor está sujeto a un campo electromagnético externo, se polariza, de manera que queda cargado positivamente en dirección en la que va el campo electromagnético, y cargando negativamente en el sentido contrario. Puesto que el conductor se ha polarizado, este genera un campo eléctrico igual en magnitud pero opuesto en sentido al campo electromagnético, luego la suma de ambos campos dentro del conductor será igual acero (L. P. Williams, 1963-1964).

Este fenómeno tiene una importante aplicación en aviones o en la protección de equipos electrónicos delicados. Una manera de comprobarlo es con un radio sintonizado en una emisora de onda media. Al rodearla con periódico, el sonido se escucha correctamente. Sin embargo, si se sustituye el periódico con un papel aluminio la radio de emitir sonido, el aluminio es un conductor eléctrico y provoca el fenómeno del cubo de hielo de Faraday (N. J. Nersessian, 1984). La electrostática es la rama de la física que estudia los fenómenos eléctricos producidos por distribuciones de cargas estáticas, esto es, el campo electrostático de un cuerpo cargado. La existencia del fenómeno electrostático es bien conocido desde la antigüedad, existen varios ejemplos ilustrativos que hoy forman parte de la enseñanza moderna; como el de comprobar como ciertos materiales se cargan de electricidad por simple frotadura con un paño (D. K. C. MacDonald, 1966). Materiales aislantes, conductores: los materiales se comportan de forma diferente a la hora de adquirir una carga eléctrica. Esto se debe a que ciertos materiales, típicamente en los metales, los electrones más alejados de los núcleos respectivos adquieren fácilmente libertad de movimiento en el interior del sólido. Estos electrones libres son las partículas que transportan la carga eléctrica. Al depositar electrones en ellos, se distribuyen por todo el cuerpo para compensar la pérdida de la carga (N. J. Nersessian, 1984). Estas sustancias se denominan conductores. En contrapartida de los conductores eléctricos, existen materiales en los cuales los electrones están firmemente unidos a sus respectivos átomos. En consecuencia, estas sustancias no poseen electrones libres y no será posible el desplazamiento de carga a través de ellos. Al depositar una carga eléctrica en ellos, la electrización se mantiene localmente. Estas sustancias son denominadas aislantes o dieléctricos. El vidrio, ebonita o el plástico son ejemplos típicos. Electrómetro Electrómetro o electroscopio dotado de una escala. Consiste en una caja metálica en la cual se introduce, debidamente aislada, una varilla que soporta una varilla de oro muy fina o una aguja de aluminio, apoyada de tal manera que pueda girar libremente sobre una escala graduada. En 1909 Theodor Wulf desarrollo el primer electrómetro, un instrumento diseñado la tasa de producción de iones dentro de un contenedor sellado herméticamente.

MATERIALES   

Cubo de hielo de Faraday Productores de Carga Electrómetro

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 4.1 Carga producida por fricción Lo primero que se desea es medir la carga producida en diferentes objetos debido a la fricción con otro cuerpo. La forma de medir la carga será por inducción. • Coloque el productor de carga blanco dentro de la jaula interna sin tocarla. Si el electrómetro indica la presencia de carga, toque con él la malla exterior hasta que se descargue. Realice lo mismo para cada productor de carga que se vaya a usar. • Frote los diferentes productores de carga e insértelos separadamente dentro de la jaula. ¿Qué observa? ¿Qué tipo de carga posee cada uno? Calcule la carga que posee cada uno de los productores de carga. Rpt Metal: Frotamos el metal con dos materiales lana y paño y lo medimos en el electrómetro con con una escala de 3 donde cada línea era de 0.15 pudimos observar que el metal luego de ser frotado con lana genero una carga de -0.30c y que al frotarlo con paño genero una carga de 0.9c indicando que con laña tubo una carga negativa y con paño positiva. Piel: La piel lo frotamos con lana y paño pero en estos se observó la misma carga implementamos el electroscopio en una escala de 10 donde cada línea indicaba 0.5 y nos dio que la piel quedo cargado con -4.5c quedando así con una carga negativa Plástico: El plástico lo cargamos igual con paño y lana en este material se generó la misma carga con ambos materiales una carga negativa implementamos el electroscopio con una escala de 10 donde cada línea marcaba 0.5 y nos dio que el plástico se cargó con -3c generando así también una carga negativa • Frote ahora dos productores de carga al tiempo, teniendo cuidado de que estén en o e introdúzcalos independientemente en la jaula . ¿Qué relación hay en la carga que posee cada uno? Rpt Primero frotamos el plástico con la de metal observando que el plástico es cargado de forma negativo y el metal de forma positiva donde la de plástico se analizó a una escala de 3 dando así una carga de -0.6c y el metal a una escala de 10 generando una carga de +3c

Plástico con piel al frotar estos dos materiales observamos que la vara de plástico fue cargada de forma negativa la de piel de forma positiva en donde la de plástico fue analizado con una escala de 3 genero una carga de -0.75c y la piel igual a una escala de 3 genero una carga +1.8c. Observamos que en las dos situaciones la vara de plástico se cargó de forma negativa y los otros materiales de forma positiva generando una carga mucha mayor que la del plástico.

Ilustración 1. Montaje

Ilustración 2. Medición con plástico

4.2 Carga producida por inducción No se pudo generar un análisis ni fue posible realizar medición alguna ya que el material o los implementos de la práctica (electrómetro) no genero ninguno dato ya que luego de frotar con varios materiales no fue posible producir carga. Esto se puede presentar porque el equipo no está calibrado o por alguna avería de los equipos.

CUESTIONARIO 6.1 Un material se puede cargar positiva o negativamente. ¿De qué depende el signo de esta carga? Respuesta: La carga de pende de si el material en cuestión cede o recibe electrones. Si cede electrones queda cargado positivamente; si los acepta, resultará en un exceso de carga negativa Cómo se carga el material es otro asunto; puede ser por fricción, por inducción, por un fenómeno fotoeléctrico, termoeléctrico, etc. 6.2 Usted observó lo que ocurre con dos cuerpos que se frotan cuando están juntos. ¿A qué se debe esta relación entre la carga de cada uno de los cuerpos? Respuesta: En base a lo observado cuando Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado junto a otro y estos os cuerpos se frotan lo que ocurre es que se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro.

6.3 Realice el siguiente experimento en su casa: con el receptor de radio sintonice una emisora que se oiga bien y con potencia. Envuelva el receptor en el papel de periódico y observe lo que ocurre. Verá que la radio sigue oyéndose normalmente. Vuelva a realizar el experimento, pero ahora con papel de aluminio. ¿Qué ocurre? Observe qué en cuanto queda cubierto con el papel de aluminio, el aparato de radio deja de sonar. ¿Por qué ocurre esto? Respuesta: Esto sucede debido a que en el momento en que la radio es envuelta con periódico y con aluminio cambia el receptor debido a que esto dependerá del material y el aluminio genera un efecto como una jaula de acero el sonido se dispersa lo cual impide en el interior la influencia de los campos eléctricos exteriores y no se escucha nada generando un cubo de hielo de Faraday que impide que capte los campos electromagnéticos que transportan la señal.

CONCLUSIONES 

A partir del laboratorio realizado se concluye que la transferencia de materia depende del material y el objeto con el que se trasfiera electrones.

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El cubo de Faraday genera un campo magnético el cual se encarga de electrones tanto dentro como fuera del campo anulando el sonido.

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Se puede concluir que dentro el cubo de hielo, el fenómeno de campo eléctrico es nulo, por lo cual los campos electromagnéticos que lo rodean no ingresan dentro del mismo.

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El cubo de la jaula de Faraday no solo lo vemos experimental, por ejemplo en un ascensor las paredes están hechas de metal lo cual restringe la entrada de las ondas y es por esta razón que los celulares no tienen buena recepción. El cubo de hielo de Faraday se basa en las propiedades de un conductor en equilibrio electrostático, en la cual se pudo observar, que la carga se concentra en las caras exteriores de los conductores, de forma independiente a lo que hubiera en su interior.

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dispersar los

BIBLIOGRAFIA 1.

H. I. Sharlin, "From Faraday to the Dynamo". Scientific American, mayo de 1961. 2. L. P. Williams. "Faraday's Discovery of Electromagnetic Induction", Contemporary Physics, 1963-1964, 5. 3. D. K. C. MacDonald. Faraday, Maxwell y Kelvin. EUDEBA, 1966. 4. N. J. Nersessian. Faraday to Einstein: Constructing Meaning in Scientific Theories. Kluwer Academic Publishers, Londres, 1984.