INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA Zacatenco

Electricidad y Magnetismo
Práctica 1: Electrostática

Equipo: 3
Integrantes:
Villanueva Castillo Erika
Ramos López Daniela
Cruz Bruno Jessica Berenice
Paredes Hernández Alejandro
Villareal Legorreta David
José Luis Macías Alvarado

Fecha de entrega: 6 -Octubre-2015

ELECTROSTÁTICA
OBJETIVO:
Que el alumno
-Verifique que los cuerpos son susceptibles de electrizarse
-Identifique los diferentes procedimientos de electrización de los cuerpos.
-Compruebe la existencia de los tipos de electrización que pueden adquirir los
cuerpos.
-Diferencie los conductores de los aisladores.
-Describa los espectros de los campos eléctricos obtenidos entre electrodos de
diversas geometrías.
-Concluya que en la región que rodea a un cuerpo electrizado existe una fuerza de
origen eléctrico que recibe el nombre de campo eléctrico.

MARCO TEÓRICO
¿Qué se entiende por electrización?
La electrización es el proceso mediante el cual un cuerpo adquiere una carga, esta
electrización puede ser por:

A.-Electrización por Frotamiento

Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros, ambos se cargan, uno con carga
positiva y el otro con carga negativa.

B.- Electrización por Contacto

Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro previamente cargado. En este
caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si toco un cuerpo neutro
con otro con carga positiva, el primero también queda con carga positiva.
C.- Electrización por Inducción
Al acercar un cuerpo cargado al conductor neutro, las cargas eléctricas se mueven
de tal manera que las de signo igual a las del cuerpo cargado se alejan en el
conductor y las de signo contrario se aproximan al cuerpo cargado, quedando el
conductor polarizado. Si se hace contacto con tierra en uno de los extremos
polarizados, el cuerpo adquiere carga del signo opuesto.

La electrostática se subdivide en dos situaciones:

 Electrostática en el vacío:
Supone que las cargas están inmóviles flotando en el espacio.
 Electrostática en medios materiales:
Supone que las cargas se encuentran en el interior o en la superficie de medios
materiales. A su vez, éstos se suelen clasificar en dos tipos:
- Conductores:
Son aquellos materiales que permiten el movimiento de cargas por su interior. En
electrostática esto implica que las cargas se encuentran en equilibrio ya que
pudiendo moverse no lo hacen.
- Dieléctricos:
Son aquellos materiales que no permiten el movimiento de cargas por su interior.
En electrostática esto implica la existencia de cargas ligadas, que no pueden
abandonar los átomos a los que pertenecen.

Desde la antigüedad ya los griegos habían observado que cuando frotaban

enérgicamente un trozo de ámbar, podía atraer objetos pequeños.
Posiblemente el primero en realizar una observación científica de ese fenómeno fue
el sabio y matemático griego Thales de Mileto, allá por el año 600 A.C., cuando se
percató que al frotar el ámbar se adherían a éste partículas del pasto seco, aunque
no supo explicar la razón por la cual ocurría ese fenómeno.
No fue hasta 1660 que el médico y físico inglés William Gilbert, estudiando elefecto
que se producía al frotar el ámbar con un paño, descubrió que el fenómeno de
atracción se debía a la interacción que se ejercía entre dos cargas eléctricas
estáticas o carente de movimiento de diferentes signos, es decir, una positiva (+) y
la otra negativa (–). A ese fenómeno físico Gilbert lo llamó “electricidad”, por
analogía con“elektron”, nombre que en griego significa ámbar.

En realidad lo que ocurre es que al frotar con un paño el ámbar, este último se
electriza debido a que una parte de los electrones de los átomos que forman sus
moléculas pasan a integrarse a los átomos del paño con el cual se frota. De esa
forma los átomos del ámbar se convierten en iones positivos (o cationes), con
defecto de electrones y los del paño en iones negativos (o aniones), con exceso de
electrones.
El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante
un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de
naturaleza eléctrica.1Se describe como un campo vectorial en el cual una carga
eléctrica puntual de valor sufre los efectos de una fuerza eléctrica dada por la
siguiente ecuación:
E= 1/4π €o ⌠ dq/r² * r

En los modelos relativistas actuales, el campo eléctrico se incorpora, junto con

el campo magnético, en campo tensorial cuadridimensional, denominado campo
electromagnético
Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas eléctricas como
en campos magnéticos variables. Las primeras descripciones de los fenómenos
eléctricos, como la ley de Coulomb, sólo tenían en cuenta las cargas eléctricas, pero
las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk
Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que también se tiene en
cuenta la variación del campo magnético.
Esta definición general indica que el campo no es directamente medible, sino que
lo que es observable es su efecto sobre alguna carga colocada en su seno. La idea
de campo eléctrico fue propuesta por Faraday al demostrar el principio de inducción
electromagnética en el año 1832.
Faraday durante sus investigaciones consideró que el campo eléctrico por sus
propiedades físicas podía ser representado mediante líneas imaginarias de fuerza,
las cuales son radiales a las cargas eléctricas pero tangentes a la dirección del
campo eléctrico para cualquier punto, de esta manera explicó la existencia de la
fuerza de atracción o de repulsión cuando interactúan cuerpos electrizados.
La gran cantidad de energía eléctrica del mundo se produce de diversas maneras, siendo
las principales los combustibles fósiles, fisión nuclear, agua y viento. Por ejemplo, en los
generadores Michael Faraday, bobinas de alambre de cobre rotativas entre los polos de
un imán, producen corriente eléctrica constante con el movimiento. Ese movimiento debe
realizarse haciendo girar un gran disco, cuyo eje se une a una turbina que lo mantiene en
movimiento constante. De esta manera, la gran cantidad de energía eléctrica se genera
a partir del funcionamiento de estas turbinas, lo cual se logra de diferentes maneras.
De sus investigaciones, Faraday comprobó experimentalmente que las líneas de
fuerza emergen o salen de las cargas eléctricas positivas, pero inciden o entran a
las cargas eléctricas negativas, como resultado de sus estudios experimentales,
en 1934 Faraday concluyó que las líneas de fuerza tienen las siguientes
propiedades físicas:
Las líneas de fuerza del campo eléctrico salen de las cargas eléctricas positivas y
entran a las cargas eléctricas negativas.
En cada punto del espacio solo pasa una línea de fuerza, pero si se cruzan dos o
más, entonces deberá calcularse la línea de fuerza resultante a través de una suma
vectorial.
La densidad de líneas de fuerza de campo eléctrico es proporcional a la intensidad
de campo eléctrico a la que llamó Flujo Eléctrico.

Con base a las conclusiones obtenidas por Faraday, el espectro del campo eléctrico
se puede definir como: la representación gráfica del campo eléctrico para cada una
de las cargas eléctricas.
Estable que: al interactuar dos cargas eléctricas del mismo signo se ejerce una
fuerza de repulsión mientras que si las cargas son de signo contrario se manifiesta
una fuerza de atracción.
La electrostática es una carga eléctrica sin movimiento. Todos los materiales están
hechos de átomos. Un átomo es la partícula más pequeña de un material que
todavía conserva las propiedades de dicho material. Cada átomo está formado por
un núcleo con carga positiva alrededor del cual se mueven uno o más electrones
negativos. En reposo, la carga positiva del núcleo es igual a la suma de las cargas
negativas de todos los electrones que giran a su alrededor. Esto significa que la
carga es neutra. Si el núcleo gana o pierde electrones, se produce un desequilibrio.
Un átomo que pierde uno o más electrones pasan a tener carga positiva, mientras
que un átomo que gana uno o más electrones pasan a tener carga negativa, y se
conoce como ion. Solo existen dos tipos de carga: positiva y negativa. Los átomos
que tienen el mismo tipo de carga se repelen, mientras que los que tienen cargas
opuestas se atraen.

La fuerza electromagnética es la interacción que se da entre cuerpos que poseen

carga eléctrica. Cuando las cargas están en reposo, la interacción entre ellas se
denomina fuerza electrostática. Dependiendo del signo de las cargas que
interaccionan, la fuerza electrostática puede ser atractiva o repulsiva. La interacción
entre cargas en movimiento da lugar a los fenómenos magnéticos.
En el Sistema Internacional, la unidad de carga eléctrica es el Culombio (C). Un
Culombio es la cantidad de carga que pasa por la sección transversal de un
conductor eléctrico en un segundo, cuando la corriente eléctrica es de un amperio.
La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia que poseen algunas
partículas subatómicas. Esta carga puede ser positiva o negativa. Todos los átomos
están formados por protones (de carga positiva) y electrones (de carga negativa).
En general, los átomos son neutros, es decir, tienen el mismo número de electrones
que de protones. Cuando un cuerpo está cargado, los átomos que lo constituyen
tienen un defecto o un exceso de electrones.
La carga eléctrica es discreta, y la unidad elemental de carga es la que porta un
electrón. La carga del electrón es una constante física fundamental. El protón tiene
la misma cantidad de carga que un electrón pero con signo opuesto.
La carga eléctrica está cuantizada, por lo que, cuando un objeto está cargado, su
carga es un múltiplo entero de la carga del electrón.
Una carga puntual: es una carga eléctrica localizada en un punto sin dimensiones.
Este concepto es una idealización, y resultará muy útil a la hora de estudiar los
fenómenos eléctricos.
Una distribución continúa de carga: es un objeto cargado cuyas dimensiones no son
despreciables.
MATERIAL
1 Péndulo Eléctrico
1 Paño de Lana
1 Paño de nylon
1 Barra de vidrio
1 Barra de Poliestireno
1 Barra de Hierro
1 Electrodo de Prueba
1 Soporte aislante
1 Cuba electrostática
Aceite de Ricino
1 Juego de Accesorios de la cuba electrostática
1 Generador de Van de Graaff
4 Cables de Conexión
1 Agitador

DESARROLLO EXPERIMENTAL

1.- Electrización de un Cuerpo

Existen tres procedimientos por medio de los cuales los cuerpos pueden
electrizarse: por frotamiento, por contacto y/o por inducción.
1.1.- Electrización por Frotamiento
Dispositivo: Se emplea un péndulo eléctrico, Figura 1
figura 1
Procedimiento:
Realice las actividades siguientes y explique sus observaciones en cada caso:
a) Frote la barra de vidrio con el paño de lana. Acérquela a algunos trocitosde
papel.
OBSERVACIONES: Observamos que los trocitos de papel son atraídos a la barra
debido a que esta adquirió una carga eléctrica contraria a la carga de los trocitos
de papel es por esto que se atraen.
b) Nuevamente frote la barra de vidrio con el paño de lana y aproxímela, sin tocar,
a la esfera de sauco del péndulo eléctrico.

OBSERVACIONES: En este caso la manifestación fue parecida al inciso a por que

la esfera de sauco se atrajo a la barra como si estuviera imantada.
c) Ahora frote la barra de poliestireno y aproxímela al péndulo eléctrico, sin tocar la
esfera de sauco.
OBSERVACIONES: NO RECUERDO BN QUE PASA AQUI :)
Repita el procedimiento anterior con el electrodo de prueba plano en su parte
metálica. Explique detalladamente sus observaciones.
1.2.- Electrización por Contacto
Procedimiento:
Tome la barra de vidrio, cargada previamente por frotamiento con el paño de lana,
y póngala en contacto con el electrodo de prueba plano, y acérquelo a la esfera
del péndulo eléctrico.

Anote sus observaciones:

Repita el procedimiento anterior usando la barra de poliestireno. Descargando
previamente el electrodo de prueba con los dedos.
Discusión:
Explique sus Observaciones.
¿Por qué es necesario aislar el electrodo de prueba?
Conclusiones:

1.3.- Electrización por Inducción

Dispositivo: Ármelo Frote la barra de vidrio con el paño de lana y acérquela a la
barra de metal, sin tocar, observe la esfera del péndulo eléctrico. Sin dejar de
observar aleje la barra de vidrio cargada.
Repita el experimento anterior, pero ahora, antes de retirar la barra de vidrio
cargada eléctricamente, toque con su dedo la barra de metal .Explique sus
observaciones y, en ambos casos, anote sus conclusiones.

II.- Clases de Carga Eléctrica y Fuerzas de Origen Eléctrico

Procedimiento:
Toque con la barra de vidrio, frotada con el paño de lana, la esfera de medula de
sauco del péndulo durante un corto intervalo de tiempo.
Anote sus observaciones:
Descargue la esfera tocandola con sus dedos y repita el procedimiento anterior
empleando la barra de poliestireno.
Al tocar con el dedo la barra de metal, esta pierde la carga y por ello no realiza
algún movimiento la esfera del péndulo.
Anote sus observaciones:
Explique lo ocurrido, obtenga sus conclusiones.
Nuevamente la esfera de medula de sauco, poniendola en contacto con la barra
de vidrio, previamente frotada con el paño de lana.
Explique sus observaciones.
Ahora acerque suficientemente la esfera cargada del péndulo eléctrico, sin hacer
contacto, primero a la barra de vidrio cargada y después a la barra de poliestireno
frotada con el paño de lana.
Explique sus observaciones y señale que sucede con el espacio que rodea a un
cuerpo cargado.
Anote sus conclusiones.
III.- Conductores y Aisladores
figura 5
Procedimiento:
IV.- Espectros del Campo Eléctrico

Observamos que el acerrin se disparcia y el aceite tenia menos movimiento

Observamos que atrae el acerrin por la parte de arriba pero por abajo la repulsa

Observamos repulsa de los lados el acerrin y lo manda a los extremos de la cuba

Procedimiento:
Dibuje los espectros de los campos obtenidos para cada uno de los incisos
anteriores y explique sus observaciones en cada caso.
Indique el procedimiento a seguir para conocer el tipo de carga que proporciona la
esfera de Van de Graff y diga que tipo es.
Obtenga sus Conclusiones y Anótelas.

CUESTIONARIO
1. ¿Qué es la carga eléctrica?
La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas
subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre
ellas. La carga eléctrica de un material siempre es múltiplo de la carga eléctrica de
un electrón. El signo de la carga eléctrica indica si se trata de carga negativa o
positiva. La ley de conservación de cargas dice que dado un sistema aislado no hay
cargas que se creen ni se destruyan, sino que la carga se conserva.
En cualquier caso, la carga eléctrica de un cuerpo se dice que es:
Negativa, cuando tiene más electrones que protones.
Positiva, cuando tiene menos electrones que protones.
Neutra, cuando tiene igual número de electrones que de protones.

2. ¿Cuantas clases de carga identifico en este experimento?

En esta práctica se observaron la carga positiva y negativa

3. ¿Cómo se comportan las cargas eléctricas entre sí?

Los electrones (cargas negativas) son atraídos por los protones (cargas
positivas).es por eso que cuando hay dos cargas iguales están se repelen es decir
si las dos son positivas o negativas se ejerce una fuerza la cual hace se, a cuando
se tienen dos cargas diferentes estas se atraen positivas con negativas o
negativas con positivas

4. ¿Qué interpretación se da al principio de la conservación de la carga eléctrica,

cuando se carga la barra de vidrio por frotamiento con el paño de lana?
Esto se demostró por medio del frotamiento del paño de lana con la barra de vidrio
al realizar esto se produjo electrostática, cargando la barra de vidrio transmitiendo
electrones a esta, al colocarla junto a los cachos de papel y al péndulo, pudo notarse
cierta atracción causando que estos se movieran, por lo tanto al hacer fricción el
paño de lana con la barra de vidrio esta adquirió carga eléctrica positiva, logrando
provocar atracción con los cachos de papel y el péndulo.

5. ¿Cómo se podría usar una barra, cargada negativamente, para cargar, por
inducción, dos barras metálicas, de manera que una quede con carga positiva y
otra con carga negativa?
Pues se ponen las dos barras seguidas, es decir que estén por una leve
separación ya que estas se unen, ya sea solo tocándolas o por un cable o alambre
conducto, y lo que haces es inducir cualquiera de las dos barras, lo que pasara es
que al inducir en una, como la estas induciendo con una barra negativa los
electrones de esta, sentirán la otra barra por lo que se alejaran de la barra lo más
lejos que les sea posible,

6. ¿Cuál es la diferencia entre un conductor y un aislador?

Son materiales aislantes de la electricidad aquellos que dificultan e incluso
impiden el paso de la corriente eléctrica (electrones). Los materiales aislantes se
emplean en electricidad para evitar fugas y accidentes eléctricos.
Los materiales conductores de la electricidad dejan pasar fácilmente la corriente.
Son los componentes de todos los elementos del circuito eléctrico, especialmente
los cables. Los materiales conductores más comunes son los metales.

7. ¿Cómo afecta el medio ambiente a estos experimentos?

Afecta de manera sencilla ya que en ocasiones, por la humedad puede que las
cargas que flotan en el aire no se puedan adherir a algún cuerpo

8. ¿Cómo se descubrió que la carga eléctrica estaba cuantizada?

Durante la práctica, al momento de frotar el paño de lana con la barra negra y al
mismo tiempo esta colocarla por encima de la barra de metal no hubo atracción ya
que al hacer esto el péndulo debía moverse y no hubo ninguna acción. Por lo que
hay un valor mínimo de carga. Pues como la carga eléctrica no se puede dividir
indefinidamente se pudo comprender que se tiene una carga mínima.
9. Explique la ley de Coulomb
La ley de Coulomb puede expresarse como: La magnitud de cada una de las
fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es
directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y tiene la
dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de
igual signo, y de atracción si son de signo contrario.

10. Defina los siguientes términos:

a) Campo
Es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la
interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.
Se toma como la dirección de la fuerza que ejercería sobre una carga positiva de
prueba. El campo está dirigido radialmente hacia fuera de una carga positiva y
radialmente hacia el interior de una carga puntual negativa.
b) Polarización
Es el campo vectorial que expresa la densidad de los momentos eléctricos
dipolares permanentes o inducidos en un material dieléctrico. El vector de
polarización P se define como el momento dipolar por unidad de volumen. La
unidad de medida en el SI es coulomb por metro cuadrado.
c) Dipolo
Un dipolo eléctrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre sí.
d) Ionización
La ionización es el fenómeno químico o físico mediante el cual se producen iones,
estos son átomos o moléculas cargadas eléctricamente debido al exceso o falta
de electrones respecto a un átomo o molécula neutra.

e) Carga puntual
Una carga puntual es una carga eléctrica hipotética, de magnitud finita, contenida
en un punto geométrico carente de toda dimensión, en otras palabras una carga
puntual consiste en dos cuerpos con carga que son muy pequeños en
comparación con la distancia que los separa.
f) Gradiente de Potencial
El gradiente de potencial es la relación que da el valor de un campo eléctrico en
cualquier punto del aislamiento, en función de la posición de ese punto.

11. ¿Por qué las líneas de Fuerza nunca se cruzan?

Nunca se cruzan dos líneas de campo, porque el campo eléctrico tiene magnitud y
dirección definidas en cualquier punto en el espacio. Si se cruzaran dos o más
líneas de campo en algún punto, entonces la dirección del campo eléctrico en ese
punto sería ambigua.

12. Obtenga el valor de E, entre las placas de un condensador, a partir de la Ley

de Gauss:

E = K Q/r^2
E: intensidad de campo eléctrico
K: constante de Coulomb 8,98x10^9
Q: Carga de la partícula en Coulomb(C)
r: distancia

13. ¿Qué es una superficie equipotencial?

Una superficie equipotencial es el lugar geométrico de los puntos de
un campo escalar en los cuales el "potencial de campo" o valor numérico de la
función que representa el campo, es constante. Las superficies equipotenciales
pueden calcularse empleando la ecuación de Poisson.

14. Dos cargas, de magnitud y signos desconocidos, están separadas una

distancia d. La intensidad del campo eléctrico es cero en un punto situado entre
ellas, en la línea que las une. ¿Qué se puede decir respecto a las cargas?
Se encuentran junto a una superficie gaussiana y dependiendo de los signos se
repelen o se atraen hacia la superficie

15. Explique la ley de Gauss

La ley de gauss dice que cuando hay una distribución de carga tiene una simetría
sencilla, es posible calcular el campo eléctrico por medio del flujo eléctrico.
El flujo del campo eléctrico se define de manera análoga al flujo de masa. El flujo
de masa a través de una superficie S se define como la cantidad de masa que
atraviesa dicha superficie por unidad de tiempo.
El campo eléctrico puede representarse mediante unas líneas imaginarias
denominadas líneas de campo y, por analogía con el flujo de masa, puede
calcularse el número de líneas de campo que atraviesan una determinada
superficie.

CONCLUSION

Durante esta práctica pudimos reafirmar lo aprendido en clases de teoría ya que

nuestro profesor Tovar nos cómo se comportan las cargas puntuales provocando
un campo eléctrico. Comprobamos el método de frotación para cargar
eléctricamente materiales con un paño de tela, acercándolo a trozos de papel y
debido a estas cargas los papeles son atraídos hacia los distintos materiales, así
mismo realizamos el método de inducción, comenzando con una frotación en un
material haciendo contacto a un metal y este provoca en el efecto de atracción al
péndulo.
Realizamos experimentos con campo eléctrico en una superficie de plástico con
aceite y un poco de rebaba para lograr observar el campo eléctrico que se genera
con las distintas formas a tierra que se colocaron en el dispositivo.