Describa el comportamiento del plumero dentro de la Jaula de Faraday

1.- Describa el comportamiento del plumero dentro de la Jaula de Faraday

Estando en el interior de la Jaula de Faraday, el plumero no presenta ninguna respuesta física visible, a pesar de estar el sistema en funcionamiento o se encuentra activado.

El experimento de la jaula de Faraday se basa en el principio de la electrostática; en donde el campo eléctrico en el interior de un conductor siempre es cero (E = 0). Esto quiere decir que el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio sea nulo, anulando el efecto de los campos externos.

Esto se debe a que, cuando el conductor está sujeto a un campo electromagnético externo, se polariza, de manera que queda cargado positivamente en la dirección en que va el campo electromagnético, y cargado 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 a 0.

Al colocar el plumero dentro de la Jaula de Faraday, éste forma parte de la superficie interna. Entonces la jaula y el plumero tienen en conjunto una carga neta cero y no es afectado por el campo eléctrico, esto se conoce también como “Blindaje electrostático”.

2.- De acuerdo a lo observado en el experimento y basándose en ello responda. ¿Dónde se ubica la carga eléctrica que sacamos del Generador de Van Der Graaff? Explique el fenómeno.

La superficie de la polea inferior se electrifica al estar en contacto continuo con la cinta (o faja). Esto sucede porque la polea y la cinta están hechas de materiales diferentes. La superficie de la polea se carga positivamente y la de la cinta negativamente.

Se observa que la polea, tiene una mayor concentración de cargas que la superficie de la cinta debido a su reducida área superficial. Esto genera un campo muy fuerte que alcanza al peine metálico inferior, produciendo 2 efectos:

a) Repele los electrones de los extremos del peine metálico inferior, cercanos al complejo polea-faja.

b) Influye sobre las cargas del aire circundante “tirando de sus moléculas”, ionizándolo y separando sus electrones.

Las cargas de aire positivo se dirigen a los extremos lejanos del peine metálico inferior (cargado positivamente) y las cargas negativas del aire quedan circundantes al sistema. Comprime y aleja las cargas positivas del peine metálico lejos del complejo polea-faja. Finalmente, al activar el motor del generador, las cargas negativas del aire son atraídas por una alta concentración de cargas positivas de la polea, encontrándose con la faja, cargándola por inducción y transmitiendo su energía al resto del sistema.

3.- Explique porque los hilos del plumero se acercan al Generador Van Der Graaff.

Al encender el generador Van der Graaff, la fricción de la banda de goma adquiere una carga que proviene de tierra, esta carga es transportada por la banda hacia una polea en el interior del cascaron esférico, cuya superficie transmite íntegramente dicha carga. Esta transmisión continúa hasta que el campo eléctrico creado tenga un mayor valor que la rigidez dieléctrica del aire (3x106 M6) la cual es el máximo valor del campo eléctrico que puede soportar el aire hasta que se vuelva conductor.

Los hilos del plumero se acercan debido a que sus cargas internas se reorganizan y alinean en función al campo del generador eléctrico. Si el generador produce cargas negativas, los extremos de los hilos más próximos al generador tendrán carga positiva, encontrando cargas positivas acumuladas en los extremos más lejanos.

Así también la forma de las fibras del plumero pudo contribuir con este efecto, ya que se presentan altas concentraciones de cargas en aquellos cuerpos en forma de punta.

4.- Si los hilos del plumero estarían sucios el efecto sería el mismo que en la pregunta anterior.

Sí, pero el efecto de atracción es mucho menor, debido a que la fuerza gravimétrica es mayor que si estuvieran limpios, es decir, al aumentar el peso de los hilos del plumero debido al material nuevo presente en ellos produce una reacción menor en la fuerza de atracción de sus cargas contrarias. Además, claro está que influye de manera muy importante la naturaleza de estos cuerpos “sucios”, puesto que, si son materiales aislantes (minerales) o conductores (metales) que son propios de los suelos pero en diferentes proporciones dependientes de varios factores (fisiografía, clima, vegetación, etc.), lo cual influirá en el resultado final, ya sea total o parcial en la práctica experimental realizada.

5.- Que sucedería a la llama de la vela si se acciona el generador conectado a un voltaje de 220 V.

Al acercar la llama de la vela al conductor cónico, observamos que la llama sufría algunos cambios, como si hubiese una corriente de viento surgiendo de la punta de este, ya que la llama flameaba y se inclinaba hacia un lado.

Este fenómeno, se explica debido a la propiedad de los cuerpos con forma de punta, sucediendo en estos una elevada concentración de cargas, lo que sucedió con el cono metálico al estar conectado al generador Van der Graaff. Provocando que las cargas del aire circundante a la punta del cono se re distribuyeran y las de signo contrario a las del cono se atraerían instantáneamente a esta punta, empujando a las cargas del mismo signo en sentido de la punta del cono, es decir creando una especie de embudo en donde las cargas se trasladaban a la punta concentrándose en esta y emitiendo una fuerza de viento tal que hacia la llama de la vela flameara.

6.- Explique porque la esfera de tecnopor hace un movimiento similar al del Ping-Pong.

La esfera de tecnopor (material aislante) hace un movimiento Ping-Pong debido a que, cuando una de las placas es conectada al generador, la esfera se encuentra dentro del campo eléctrico generado por esta, reubicando sus cargas internas, estando las de signo contrario al de la placa hacia esta, atrayéndose (I).

Una vez que la esfera se encuentra adherida, cede sus cargas a la placa y seguidamente

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