Práctica 9: Física ; Electrostática

Objetivos:

• Conocer la naturaleza eléctrica de la materia así como las experiencias que la ponen de
• manifiesto.
• Interpretar el fenómeno de electrización y las interacciones entre cargas eléctricas.
• Demostrar que existen cargas de dos signos, que las del mismo signo se repelen y las de signos opuestos se atraen.

Fundamento teórico

La materia está formada por átomos eléctricamente neutros. Cada átomo posee un pequeño núcleo que contiene protones cargados positivamente y neutrones sin carga y rodeando al núcleo existe un número igual de electrones cargados negativamente. El protón y el electrón son partículas muy distintas. Así la masa del protón es aproximadamente 2000 veces mayor que la del electrón. Sin embargo, sus cargas son exactamente iguales pero de signos opuestos. La carga del protón es e y la del electrón es –e, siendo e la unidad fundamental de la carga. Todas las demás cargas se presentan en cantidades enteras de la del electrón. Es decir, la carga está cuantizada.

Las cargas del mismo signo se repelen y las de signos opuestos se atraen.

Formas de cargar un cuerpo:  

 1) Electrización por contacto

Consiste en cargar un cuerpo poniéndolo en contacto con otro previamente electrizado. En este caso, ambos quedarán cargados con carga del mismo signo. Esto se debe a que habrá transferencia de electrones libres desde el cuerpo que los posea en mayor cantidad hacia el que los contenga en menor proporción y manteniéndose este flujo hasta que la magnitud de la carga sea la misma en ambos cuerpos.

2) Electrización por frotamiento

Se caracteriza por producir cuerpos electrizados con cargas opuestas. Esto ocurre debido a que los materiales frotados tienen diferente capacidad para retener y entregar electrones y cada vez que se tocan, algunos electrones saltan de una superficie a otra.

3) Electrización por inducción

La inducción es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo.

Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Esto es justamente lo que pasa cuando atraemos pequeños trozos de papel mediante un objeto cargado por frotamiento.

Cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y las del cuerpo neutro.

Como resultado de esta interacción, la distribución inicial se altera: el cuerpo electrizado provoca el desplazamiento de los electrones libres del cuerpo neutro.

En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas se carga positivamente y en otras negativamente.

ACTIVIDAD 1. ELECTROSCOPIO

Objetivo

Fabricar un electroscopio casero sencillo y con materiales cotidianos.

Fundamento teórico

El electroscopio, un artefacto sencillo y económico, fue concebido para detectar la presencia de cargas eléctricas estáticas o también conocidas como cargas electrostáticas, permite averiguar la clase de carga eléctrica que tiene un cuerpo electrizado.

Se basa en la acción recíproca de las cargas eléctricas. Al tocar la esfera superior con un cuerpo electrizado las laminas se cargan con electricidad del mismo signo y, por lo tanto, se separan. Para descargar el electroscopio basta tocar la esfera con la mano, es decir se establece 'contacto con tierra' a través de nuestro cuerpo

Si a un electroscopio cargado positivamente se le acerca (sin tocarlo) otro cuerpo cargado también positivamente, las láminas se separan más (acción entre cargas del mismo nombre) y si se acerca un cuerpo cargado negativamente las láminas se juntan.

Material y recursos necesarios:

Papel de aluminio

Cable de cobre

Frasco de vidrio con tapón de material aislante.

Procedimiento:

• Perfora la tapa y haz pasar a su través el cable de cobre. Si la tapa es de metal, debes forrar el entorno del orificio con cinta aislante.
• Coloca el cable de cobre recto sin que toque el fondo del frasco y dobla de parte inferior

a modo de gancho.

• Corta dos trozos pequeños de papel de aluminio y cuélgalos del gancho.
• Cierra el bote

Cuestiones:

¿Qué ocurriría si la tapa fuera de metal?

  

ACTIVIDAD 2: PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD ESTÁTICA

Fundamento teórico

Positivo +

•Cuero

•Piel de conejo

•Vidrio

•Cuarzo

•Mica

•Cabello humano

•Nylon

•Lana

•Plomo

•Piel de Gato

•Seda

•Aluminio

•Poliester

•Papel

Algodón - 0 - Acero

•Madera

•Ambar

•Acrilico

•Poliestireno

•Goma elástica

•Resinas

•Cobre

•Níquel

•Azufre

•Bronce

•Plata

•Oro

•Platino

•Poliester

•Espuma de Poliestireno (Foam)

•Polietileno

•Vinil (PVC)

•Poliuretano

•PVC

•Silicio

•Teflón

•Silicón

•Ebonita

Negativo -

Algunos átomos tienen más facilidad para perder sus electrones que otros. Si un material tiende a perder algunos de sus electrones cuando entra en contacto con otro, se dice que es más positivo en la serie Triboeléctrica. Si un material tiende a capturar electrones cuando entra en contacto con otro material, dicho material es más negativo en la serie triboeléctrica.

Se han ordenado las sustancias en la llamada 'serie triboeléctrica' en la cual ,al frotar dos de ellas, la que está más arriba en la serie se carga positivamente y la que está más abajo negativamente.

Así, la lana se carga negativamente al ser frotada con vidrio y positivamente con plástico.

Material

• 1 barra de vidrio.
• 1 barra de plástico (canuto de un bolígrafo*).
• 1 globo.
• 1 pedazo de seda seca.
• 1 pedazo de lana seca.
• Papelitos
• Un electroscopio.
• Péndulo electrostático: una bolita de papel de aluminio colgando de un hilo.

* Los bolígrafos BIC están hechos de:

- PS (poliestireno cristal) - el cuerpo

- PE (polietileno) - la tapa, el capuchón y el tubo interior de la tinta

Procedimiento

Con el péndulo electrostático:

• Frota un globo con lana y acércalo al péndulo sin tocar la bolita. ¿Qué observas? Ahora toca la bolita con el globo, vuelve a acercar el globo y observa qué ocurre.

Con el electroscopio:

• Frota vigorosamente la varilla de plástico con la lana y acerque el extremo frotado al electrodo central del electroscopio sin tocarlo. ¿Qué le sucede a las laminillas del electroscopio?.
• Se frota vigorosamente la varilla de vidrio con la tela de seda gruesa  y se le acerca sin tocar la esfera del electrodo del electroscopio. En caso de que las laminillas del electroscopio se abriesen más, la varilla de vidrio tendrá carga del mismo signo que la del electroscopio. En caso contrario la varilla tendrá signo opuesto.

Por último, frota una de las varillas con lana y acércala a los trocitos de papel ¿Qué observas? Explícalo.

Cuestiones:

1) Si frotamos vidrio con seda, ¿qué carga eléctrica adquiere cada material?

2) Si frotamos seda con lana, ¿qué carga eléctrica adquiere cada material?      

3) Si frotas mucho el globo y lo acercas al electroscopio puede que observes e incluso oigas un “chispazo”. ¿Qué ha ocurrido? Compáralo con el rayo.

4) Investiga sobre el funcionamiento de un pararrayos.