EL CUBO DE HIELO DE FARADAY

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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 contacto.
• 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.

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