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Informe N°1 de Laboratorio de Física 1.-Cargas eléctricas y cuerpos electrizados 2.-Objetivos Corroborar la trasferencias de electrones de un cuerpo a otro Vericar que podemos cargar a un cuerpo mediante varios métodos distintos Comprobar la eistencia de los campos eléctricos asi como de la fuer!a eléctrica "nali!ar que alg unos cuerp os se compor tan de manera dis tin ta con respecto a las cargas eléctricas# 3.-Materiales $%l equip o de electrost&tica '()*1+,, consta de un tab ler o de destellos- cubierta de electrodos os- rueda con punta- barra de fricci.n de pl&stico- con clavi/ero de ) mm- soporte de dep.sito- rodamiento de agu/as con clavi/a de conei.n - soporte con ganc0o para péndulo doble de bolitas de saco- clavi/a de conei.n en pantalla de seda en varilla- tro!os de médula de saco - tablero de base en clavi/a de conei.n 2 carril de rodamiento con bolas- cadenas de conei.n- esfera conductora de 3, mm de di&metro- con clavi/a de conei.n- cubierta con electrodos de punta- pie de soporte- varilla de soporte aislada- con manguitos de soporte 2 de conei.n 2 /uego de campanas# $ 4éndulos de tecnoport $ %lectroscopio $ 5arras de acetato 2 vinilita  $6&quina de 7ims0urst- modelo '1+31,# $ 8enerador de Van de 8raa9 1

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Informe N°1 de Laboratorio deFísica

1.-Cargas eléctricas y cuerposelectrizados

2.-Objetivos• Corroborar la trasferencias de electrones de un cuerpo a otro• Vericar que podemos cargar a un cuerpo mediante varios métodos

distintos• Comprobar la eistencia de los campos eléctricos asi como de la fuer!a

eléctrica• "nali!ar que algunos cuerpos se comportan de manera distinta con

respecto a las cargas eléctricas#

3.-Materiales$%l equipo de electrost&tica '()*1+,, consta de un tablero de destellos-cubierta de electrodos os- rueda con punta- barra de fricci.n de pl&stico- conclavi/ero de ) mm- soporte de dep.sito- rodamiento de agu/as con clavi/a de

conei.n - soporte con ganc0o para péndulo doble de bolitas de saco- clavi/ade conei.n en pantalla de seda en varilla- tro!os de médula de saco - tablerode base en clavi/a de conei.n 2 carril de rodamiento con bolas- cadenas deconei.n- esfera conductora de 3, mm de di&metro- con clavi/a de conei.n-cubierta con electrodos de punta- pie de soporte- varilla de soporte aislada- conmanguitos de soporte 2 de conei.n 2 /uego de campanas#

$ 4éndulos de tecnoport

$ %lectroscopio

$ 5arras de acetato 2 vinilita

 $6&quina de 7ims0urst- modelo '1+31,#

$ 8enerador de Van de 8raa9 

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4.-Fundaentos !e"ricos:e atribu2e a ;ales de 6ileto <=),$+)( "#C#> 0aber observado que un tro!o de&mbar frotado con un pa?o o una piel adquiere la propiedad de atraer cuerposlivianos# 7# 8ilbert <1+), @ 1=,3> comprob. que no s.lo el &mbar al ser frotadoatraía cuerpos ligeros- sino también lo 0acían muc0os otros cuerpos como el

vidrio- la ebonita- la resina el a!ufre- etc# Cuando sucede esto se dice que elcuerpo 0a sido electri!ado por frotamiento# "ceptamos que 0a aparecido enellos una Acantidad de electricidadB o una cierta carga eléctrica que es lacausante de las atracciones- o repulsiones entre ellas# %isten dos tipos decargas eléctricas# :e comprueba eperimentalmente que cuerpos con cargaseléctricas de igual tipo se repelen- mientras que los de tipo distinto se atraen#Los dos tipos de cargas eléctricas eistentes son denominadas cargas positivas2 cargas negativas# " un cuerpo que no esté cargado eléctricamente se ledenomina cuerpo electrost&ticamente neutro- en este caso decimos que tieneigual nmero de cargas de ambos tipos#

#$%$&'(O& $)$C!&O*!+!,CO M+/,%' ($ 0,M*/&*!

La m&quina de 7ims0urst es un generador electrost&tico de alto volta/edesarrollado entre 1((, 2 1((3 por el inventor brit&nico ames 7ims0urst<1(3D $ 1*,3># %l generador electrost&tico sirve para generar altas tensionesconstantes- no son peligrosas al contacto#

Partes del Generador Electrostático:

<1> Eisco de acrílico con placas de esta?o %l generador electrost&tico constade dos discos de cristal acrílico- de igual tama?o- montados sobre un e/e

0ori!ontal- paralelamente- 2 con escasa distancia entre sí#

<D> List.n de aislamiento- el cual se encuentra atornillado al e/e#

<3> 5arra de electrodos- stas se encuentran conectados con las barras deelectrodos- cu2os etremos tienen forma de doble esfera 2 entre las que seefecta la descarga de c0ispas#

D

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<)> 5otellas de Le2den#

<+> interruptor de aislamiento#

<=> Conductor transversal con pinceles de metal La cara eterna de los discosest& ocupada circularmente por 0o/as de esta?o# Frente a cada disco- se 0a/ado al e/e un conductor transversal- girable- con dos ApincelesB de metal- quefrotan las 0o/as de esta?o#

<G> %stribo con escobillas# 4ara la toma de corriente se emplean dos escobillas/adas a un estribo- en el etremo del list.n de aislamiento# La distancia entrelas escobillas 2 los discos es regulable- 2 debe ser de algunos milímetros#

<(> 4alanca de acoplamiento para conei.n de las botellas de Le2den#

Funcionamiento:

5a/o los pinceles- las cargas positivas o negativas de las 0o/as de esta?o deldisco D e/ercen una inHuencia sobre las del disco 1# estas- por otra parte-inHuencian las cargas de las 0o/as de esta?o del disco D- cuando estas pasanpor el pincel que se encuentra enfrente# Las cargas son entonces absorbidaspor las escobillas 2 se conducen- para su descarga- a las barras de electrodos olas botellas de Le2den por medio de las esferas conductoras# La longitud de lasc0ispas depende del di&metro del disco#

4.-rocediientos

'-1 Mauina de 0is5urst

,1#$ Identique las partes de las m&quinas electrost&ticas

,D#$ 8ire lentamente la manivela en sentido 0orario- los conductorestransversales deben se?alar- por arriba- 0acia la i!quierda 2 por deba/o- 0aciala derec0a- en un &ngulo de )+°- en relaci.n con la barra de aislamiento#

3

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 ,3#$ 6antenga el interruptor de aislamiento abierto#

 ,)#$ "0ora cierre el interruptor#

,+#$ Conecte las botellas de Le2den- anote lo observado# Los pasos D- 3 2 ) seefectan girando las manivelas del equipo#

,=#$ Eetermine la polaridad del generador electrost&tico por medio de unelectroscopio# %ste ltimo se carga con un electrodo 2 se toca luego con unabarra de pl&stico previamente frotada con lana- anote el signo de la carga#

,G#$ "0ora acerque una l&mpara de Huorescente 2 anote lo observado-identique la polaridad de la l&mpara#

,(#$ Eescarga de punta <gura $,)>J colocar la rueda de punta sobre elrodamiento de agu/as en el soporte- conectar la fuente de carga 2 transmitir lacarga#

,*#$ 4éndulo dobleJ <gura $,+> colocar un péndulo de bolitas de saco ensoporte con ganc0o- conectar a la fuente de carga 2 transmitir una carga através de ésta#

1,#$ Clavi/a de conei.n en pantalla de sedaJ <gura$,=> colocar la clavi/a de

conei.n en pantalla de seda sobre el soporte- conectar a las fuentes de carga2 acrecentar lentamente la carga aplicada#

11#$ uego de campanasJ <gura $,G> colocar sobre el /uego de campanas-conectar la fuente de carga 2 aumentar lentamente la carga suministrada#

1D#$ ;ablero de destellosJ <gura $,(> colocar el tablero de destellos en elsoporte- conectar las fuentes de carga 2 aumentar lentamente el volumen de lacarga suministrada#

13#$ Ean!a eléctricaJ < gura $,*> colocar el tablero de base sobre el soporte-

colocar sobre él bolitas de saco de + a ( unidades- 2 poner encima de lacubierta con electrodos esféricos invertida- conectar la fuente de carga 2aumentar lentamente la cantidad de carga suministrada#

1)#$ "parato fumívoroJ <gura @ 1,> colocar el tablero de base sobre el soporte-invertir sobre %ste la cubierta con electrodos de punta 2 conectar la fuente decarga# Kacer penetrar en la cubierta el 0umo de un cigarro o de una vela de0umo#

)

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1+#$ Carril de rodamiento con bolasJ <gura $11># Colocar sobre el soporte laplaca de base- 2 el carril de rodamiento de bolas# "l 0acerlo- asegrese de quela distancia del carril de rodamiento con bolas no caiga 0acia un lado# Coloca labola- limpia 2 seca- sobre la placa de base de tal manera que entre en contactocon el canto del electrodo esférico superior# Conectar la fuente de alimentaci.n

2 suministrar lentamente la carga#

+

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=

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6. 7%(/)O $)7C!&,CO.

1# "cerque cualquiera de las barras- sin frotarla- a la esfera de tecnoport queest& suspendida en el péndulo eléctrico como muestra la ilustraci.n +#

D# Frote la barra de acetato con el pa?o de seda- luego acérquela a la esfera detecnoport# epita la operaci.n frotando la barra de vinilito#

3# 4onga frente a frente dos esferas de tecnoport suspendidas en los péndulos

eléctricos# " continuaci.n frote la barra de vinilito con el pa?o de lana- luegotoque a la esfera 1 2 a la esfera D#

)# Frote nuevamente la barra de acetato con el pa?o de seda 2 la barra devinilito con el pa?o de lana 2 toque la esfera 1 con la barra de acetato 2 a laesfera D con la barra de vinilito#

+# "signe el nombre que usted desee a las cargas eléctricas obtenidas en lospasos 3 2 )#

=# Frote nuevamente la barra de acetato con el pa?o de seda- luego toque la

esfera 1 2 la esfera D#G# Frote nuevamente la barra de vinilito con el pa?o de lana- luego acérquela ala esfera 1 2 esfera D#

 (# "cerque sin tocar la barra de acetato a la esfera 1- simult&neamenteacerque sin tocar# La barra de vinilito a la esfera D#

G

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*# La ilustraci.n 3 nos muestra un electroscopio- aparato que nos permiteobservar si un cuerpo est& electri!ado o no lo est&# "cerque la barra de acetatopreviamente frotada con el pa?o de seda a la esfera met&lica del electroscopio#

1,# 6anteniendo cerca de la esfera met&lica- la barra de acetato- coloque un

dedo de su mano sobre la esfera#11# 6anteniendo cerca de la esfera met&lica la barra de acetato- retire el dedoque 0abía colocado sobre ella#

1D# etire la barra de acetato de la vecindad de la esfera met&lica#

13# epita los pasos G- (- * 2 1, con la barra de vinilito que 0a sidopreviamente frotada con el pa?o de lana#

8.-Cuestionario

8.1.- 9C"o puede usted deterinar el signo de las cargasde las es:eras de tecnoport;< e=pliue.4or medio de la inducci.n magnética cargamos con carga positiva #Mcarga negativa a la de la esfera de tecnoport# Lo acercamos lentamentea la m&quina de Van de 8ra9 cargada negativamente 2 observamos si seatrae o repele

Carga de tecnoport

Atrae el tecnoport  Positiva +

 Repele el tecnoport  Negativa – 

  8.2.- 9$n las e=periencias e:ectuadas< 9C"o podr>aaplicar el principio de superposici"n; $=pliue.:abemos que le principio de superposici.n es una 0erramientamatem&tica que permite descomponer un problema <que es difícil decomprender si se ven todo el sistema> en dos o m&s sub problemassimples <f&ciles de abstraer>#Ee este modo usando los sub problemas secomprende el original- esto es- la suma o superposici.n de los sub

(

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problemas es equivalente al problema original# %n los eperimentosreali!ados se puede usar el principio de superposici.n en la comprensi.nde los fen.menos observados por e/emplo %valuar que carga tiene cadabola de acero- a qué distanciase encuentran- en qué sentido gira lam&quina de 7ims0urst si esta tiene un ob/eto que 0ace que las cargasse orienten siempre al mismo sentido- que tanto afecta la 0umedad enla m&quina de 7ims0urst- si la m&quina de 7ims0urst est& conectada aotro ob/eto del eperimento- porque se atraerían o repelerían- etc# %sdecir al anali!ar cada parte del sistema comprenderíamos el sistema 2su funcionamiento completo

8.3.- (el e=periento realizado< 9*e puede deducir ue tipode carga se traslada de un cuerpo a otro;

*

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:i- para comprender que cargas se trasladan de un cuerpo a otroprimero se debería 0aber probado que tipo de carga posee el cuerpo-

esto se puede lograracercando una cargade prueba <de cargapositiva 2 que seapuntual> sise repelaentonces el cuerpoposee carga positivamientras si es atraídael cuerpo est&cargadanegativamente# Luegode 0aberlas

identicado podemosdeducir que tipo decargas se trasladan-estas cargas son Hu/o

de electrones que ir&n del cuerpo que est& cargado negativamente <coneceso de electrones> al cuerpo que est& cargado positivamente <condécit de electrones>- una ve! concluida este proceso los cuerpos seneutrali!aran#

8.4.- $nuncie los tipos de electrizaci"n< e=pliue cada caso.

$)$C!&,?'C,O% O& F&,!'M,$%!O "l frotar un cuerpo fuertementecon un pa?o- este se carga positiva o negativamente dependiendo de sutendencia a perder o ganar electrones respectivamente# 4or e/emplo alfrotar una barra de vidrio- ésta se cargar& positivamente#

$)$C!&,?'C,@% O& CO%!'C!O Cuando un cuerpo cargado se pone en contacto con otro- la cargaeléctrica se distribu2e entre los dos 2- de esta manera- los dos cuerposquedan cargados con el mismo tipo de carga#

$)$C!&,?'C,O% O& ,%(/CC,O%'n cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que est&neutro# Cuando acercamos un cuerpo electri!ado a un cuerpo neutro- seestablece una interacci.n eléctrica entre las cargas del primero 2 elcuerpo neutro #Como resultado de esta relaci.n- la redistribuci.n inicialse ve alterada las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpoelectri!ado se acercan a éste# %n este proceso de redistribuci.n de

1,

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cargas- la carga neta inicial no 0a variado en el cuerpo neutro- pero enalgunas !onas est& cargado positivamente 2 en otras negativamente#Eecimos entonces que aparecen cargas eléctricas inducidas# %ntonces elcuerpo electri!ado induce una carga con signo contrario en el cuerponeutro 2 por lo tanto lo atrae#

$F$C!O !$&MO,@%,CO%s la ioni!aci.n producida por el calor# " altas temperaturas loselectrones que vibran cada ve! m&s fuerte- pueden escapar del cuerpoJeste quedar& por tanto positivo# %se efecto es la base de la electr.nicade v&lvulas#

8.8.- 9orue el cuerpo 5uano es un buen conductor de laelectricidad; $=pliue detalladaente.%l cuerpo 0umano conduce electricidad porque el mismo consta de aguaioni!ada- un buen conductor de electricidad#Ee acuerdo con la electrosiología- ciencia que estudia las reaccionesque produce la corriente eléctrica- cada uno de los te/idos de nuestrocuerpo reacciona cuando una descarga circula por el organismo 2 losefectos biol.gicos dependen de su intensidad# :e 0a descubierto que laspartes m&s sensibles son la retina 2 el globo ocular- pues ante cualquierestimulo eléctrico producen una sensaci.n luminosa# Le sigue la lengua-la cual maniesta un sabor alcalino#

8.A.- $n la ilustraci"n A considere ue la bola1 tiene unacarga y la bola 2 esta descargada. Considere adeBs uelas bolas tiene igual radio r. 9ué sucederB;"l estar la bola 1 con carga O 2 estar cerca del a bola D esta reacciona ala primera 2 se establece una interacci.n eléctrica entre las cargas delprimero 2 el cuerpo neutro# Como resultado de esta relaci.n- laredistribuci.n inicial se ve alterada las cargas con signo opuesto a lacarga del cuerpo electri!ado se acercan a éste# %n otras palabras la bolaD se acercara a la bola 1#

11

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8..- *iguiendo con la ilustraci"n A< suponga ue ediantealgDn deslizaiento del 5ilo la es:era 1< ue contiene unacarga < se pone en contacto con la es:era 2< ue estBdescargada 9ué es lo ue se observarB;. 9CuBl serB lacarga ue aduiere de la es:era 2;:e observar& que se quedar&n pegadas por un momento 0asta que serepelan eso ocurrir& cuando ambos cuerpos adquieran la misma carga#

La carga que adquirir& la segunda esfera ser& de OPD debido a queambas esferas est&n 0ec0as del mismo material 2 tienen el mismovolumen# %ste proceso se llama electri!aci.n por contacto#

8.E.- &especto a la pregunta 8< suponga a5ora ue la bola 1tiene un radio 2r y la bola 2 un radio r. *i la bola 1< uecontiene una carga < se pone en contacto con la bola 2

9CuBl serB la carga ue aduiere de la es:era 2;Cuando dos esferas de diferente radio <por tanto volumen> entran encontacto se produce transferencia de electrones 2 la transferencia deelectrones dependen de esta f.rmula

q1

r1

2=

q2

r2

2

:e tiene como informaci.n que carga de esfera 1 es O 2 tiene un radiode Dr 2 piden 0allar la carga de la esfera D <q> de radio r#

eempla!ando datos

Q

(2 r)2 =

 q

r2

4or lo tanto la carga de la segunda esfera <q> ser&

1D

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q Q OP)

8..- $n un e=periento de electrostBtica se observa ue la

distancia entre las es:eras idénticas 1 y 2< inicialentedescargadas es de 12 c< G,lustraci"n AH. )uego detransitirles la isa carga a abas es:eras estas seseparan 5asta 1A c. 9CuBl es el valor de esta carga< si laasa de cada una de ellas es de 8 g y la longitud de los5ilos en los ue estBn suspendidas las es:eras es de 3Ic;INCIO:

E%:4'%: E% ;"N:6I;I C"8" " L": 5ML":

 ;"5"%6M: %:4%C;M L" 5ML" A"B <EI"8"6" E% C'%4M LI5%>

13

d0Q 3,

dQ 1D

Eatos iniciales

• 5olas idénticas• 4eso de las 5olas Q +g• Eistancia entre las bolas Q 1Dcm• Eistancia del 0ilo Q 3,cm

Eatos

• 5olas con las misma carga Q q• Ka2 fuer!a de repulsi.n Q F• Eistancia nueva Q 1= cm• Forma un &ngulo de elevaci.n Q R

Rd0Q 3,

dQ 1D" 5

EQ 1=mQ D mQ D

Mbservaciones

• Ka2 3 fuer!as que intervienen enel ECL de la 5ola A"B

o FQFuer!a de repulsi.no  ;Q ;ension de la cuerdao 6gQ%l peso de la bola

 ;

dQDcm

R

"

m

d0Q 3,

F

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4or primera le2 de NeSton tenemos

:abemos por Coulumb que la fuer!a

especto a nuestro problema sería la fuer!a así

Igualamos la fuer!a 0allada con la fuer!a de la le2 de Coulumb

 ;enemos

 

Eesarrollando la ecuaci.n nal- la carga que nos piden seria

1)

FQ;T

sinα  FQmgT   tanα 

Eonde

UQ*T

FQ

k ∗   2

FQk ∗q

2

(16∗10−2)2

mgT   tanα  Q

k ∗q2

• mQ +g

• gQ*#( mPsD

• tan R Q2

√ 302−22  

Q,#,=G

5∗10−3∗9,8∗0,067  Q

9∗109∗q2

q Q*#== T

 

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8.1I.- /n objeto cargado positivaente se acerca a la

es:era de un electroscopio y se observa ue las lainillasse cierran y cuando se sigue acercando< sin tocar la es:era<de pronto las 5ojuelas se abren. 9ué tipo de carga tiene elelectroscopio;

"l acercar el ob/eto las laminillas se cierran- pues est& 0abiendo unacomodamiento de cargas- al acercar m&s el ob/eto a la esfera met&licadel electroscopio sin llegar a tocarla estas laminillas se abren- pues 2a0ubo un me/or acomodamiento 2 la parte de la esfera del electroscopio

est& cargada positivamente parcialmente- por lo que en la parte inferiorlas laminillas se cargan negativamente parcialmente por lo que serec0a!an# %ntonces la carga del electroscopio es neutra solo 0ubo unreordenamiento de cargas que sumadas dan cero 2a que es porinducci.n#

8.11.- ue :unci"n cuple las botellas de )eyden en laBuina de 0is5urst< e=pliue detalladaente.6ediante las botellas de Le2den se puede aumentar la c0ispa de energíaacumulada 2a que son dos condensadores eléctricos cu2a nalidad esalmacenar las cargas que se separen por acci.n de la maquinaJadecuado para la alta tensi.n- con los frascos en el interior de las placasconectados en forma independiente a cada una de las terminales desalida 2 conectados con las placas eteriores entre sí#

8.12.- (urante el uso del generador electrostBtico sepercibe un color caracter>stico<investigue a ue se debe. $=pliue

detalladaente.Cuando se producen las c0ispas el oígenode aire <MD>- los enlaces entre estas dosmoléculas cercanas a las c0ispas sedestru2en- 2 si encuentran a una molécula de MD- entonces tras lareacci.n química de M 2 MD se obtendría M3- desprendiendo un color

1+

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acre 2 a grandes concentraciones de o!ono este toma un color a!uladooscuro#

4or lo tanto en el uso del generador electrost&tico como no se traba/.durante muc0o tiempo 2 no se concentr.- por ende no pudimos observar

el color no obstante si percibimos el color a acre# 

8.13.- $=pliue el poder de las puntas< y sus aplicaciones.

%n %lectrost&tica- el poder de las puntas est& íntimamente relacionadocon el concepto de la rigide! dieléctrica# sta es el ma2or valor decampo eléctrico que puede aplicarse a un aislante sin que se vuelvaconductor# %ste fen.meno fue descubierto 0ace D,, a?os por 5en/aminFranlin- al observar que un conductor con una porci.n puntiaguda en su

supercie- descarga su carga eléctrica a través del agu!amiento 2 por lotanto no se mantiene electri!ado#

"ctualmente se sabe que esto se produce debido que en un conductorelectri!ado tiende a acumular la carga en la regi.n puntiaguda# Laconcentraci.n de carga en una regi.n casi plana es muc0o menor que laacumulaci.n de carga eléctrica en un saliente acentuado# Eebido a estadistribuci.n- el campo eléctrico de las puntas es muc0o m&s intenso queel de las regiones planas# %l valor de la rigide! dieléctrica del aire en laporci.n m&s agu!ada ser& sobrepasado antes que en las otras regiones-

2 ser& por ello que el aire se volver& conductor 2 por allí escapar& lacarga del conductor#

"4LIC"CIMN%:

- 4ararra2os

- "ntena de televisi.n

8.14.- Mencione al enos 8 aplicaciones del euipo de Jan(e #raaK.

"4LIC"CIMN%:

- a2os

1=

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- %sterili!aci.n de alimentos

- %perimentos de Física de partículas

- Física nuclear

- "celerador de 4artículas

.-Conclusiones

8racias al estudio de las cargas eléctricas podemos comprender

m&s el vasto mundo a nuestro alrededor- 2a que al observar su

comportamiento- en algunos casos err&ticos 2 en otros pasivos-aprendemos a poder controlar 2 aplicar en distintas &reas denuestra vida el poder de la electricidad#

  :e comprueba eperimentalmente que los cuerpos con cargaseléctricas de igual especie se repelen mientras que los tienecargas de distinto signo se atraen#

No son engendradas ni creadas las cargas eléctricas- sino que en

el proceso de adquirir cargas consiste en ceder algo de un cuerpoa otro- de modo que una de ellas posee un eceso 2 la otra un

décit# " ese algo nos referimos a los electrones# 4odemos utili!ar la energía eléctrica como una energía limpia e

inagotable /unto con el magnetismo# Como futuros ingenieros-basarnos en las teorías eistentes para crear e implementarnuevas tecnologías#

E.-6ibliograLa

•  M'N8 F%%E6"N: %":W%6"N:U$AFísica 'niversitaria confísica moderna Vol#DB$ Le2 de Coulomb2 c&lculos del campo eléctrico

1G

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1(