Tema 1. Experimentos. Repulsión de Cargas Eléctricas

Tema 1: Experimentos. Repulsión de cargas eléctricas.

Encarnación Marín Caballero Página 1 de 8

ÍNDICE

1. GLOBOS Y PELOS DE PUNTA 2

2. LA LATA MISTERIOSA 3

3. ELECTROSCOPIO GIGANTE 3

4. GLOBOS CON CHISPA 5

5. ¿CÓMO DESVIAR UN CHORRO DE AGUA SIN TOCARLO? 5

6. Y SE HIZO LA LUZ 6

7. ¿CÓMO CONSTRUIR UNA PILA ELÉCTRICA EN CASA? 7



1. GLOBOS Y PELOS DE PUNTA

En esta actividad vamos a experimentar con las fuerzas de repulsión entre cargas eléctricas.

Para ello nos vamos a ayudar unos cuantos globos hinchados.

Qué necesitas:

Globos.

Hilo fuerte y flexible (sale muy bien con el hilo que utilizan en las pastelerías para atar los

paquetes).

Cómo lo hacemos:

El dispositivo es muy simple. Basta con inflar los globos y atar cada uno con un hilo, uniendo

todos los hilos por un extremo.

Globos y pelos de punta:

Si frotamos los globos hinchados con un trapo o un jersey o los sacudimos enérgicamente en el

aire, al acercarlos a la cabeza conseguiremos ponernos los pelos de punta.

Péndulo “globoelectrostático”:

Si ahora los juntamos en racimo y agitamos con fuerza los globos, varias veces, arriba y abajo,

podemos observar como al dejarlos en reposo ya no se juntan. Aparecen fuerzas de repulsión entre

ellos que nos los dejan llegar a juntarse.

¿Por qué ocurre esto?

Lo observado es un efecto electrostático muy común que puede explicarse teniendo en cuenta

que la materia contiene cargas positivas (protones) y negativas (electrones), siendo estas últimas las

más accesibles. En condiciones habituales, hay el mismo número de cargas positivas que de negativas,

por lo que la materia es neutra.

Al frotar dos cuerpos, se arrancan electrones de uno y pasan al otro por lo que el primero queda

con carga positiva y el segundo con negativa. Si los cuerpos son malos conductores de la electricidad

(plástico, lana, cabello) la carga no puede repartirse ni viajar rápidamente por el material por lo que

queda localizada en el cuerpo un cierto tiempo (carga "electro-estática"). Las cargas de igual signo se

repelen, mientras que las de signo contrario se atraen: esto es consecuencia de la tendencia de la

materia a recuperar su neutralidad. Al acercar el globo, cargado eléctricamente, al cabello, se polarizan

las cargas en éste, situándose hacia el globo las de signo contrario por lo que el cabello y el globo se

atraen.

Por otra parte, en el racimo de globos todos adquieren la misma carga, lo que hace que se

repelan entre ellos y dado que son muy ligeros se separan sin llegar a juntarse.

Estos fenómenos se observan mucho peor en días de tormenta en los que el aire se encuentra

ionizado y se hace mejor conductor.



2. LA LATA MISTERIOSA

Todos tenemos en casa latas de refresco de las que bebemos el contenido y luego tiramos el envase

al contenedor amarillo, para que pueda ser reciclada. Pero antes de realizar este gesto ecológico

podemos aprovechar para jugar y aprender. Con pequeños conocimientos de electrostática

conseguiremos que las latas se muevan, sin tocarlas en ningún momento.

Material:

Latas de refresco vacías.

Globos.

Paño de lana.

¿Qué hacemos?

Colocamos la lata encima de una mesa o en el suelo. Inflamos un globo y lo frotamos bien con una

paño de lana (también sirve un jersey, prendas acrílicas, etc.). Al acercar el globo a la lata, sin tocarla,

observaremos que ésta empieza a moverse hacia el globo, si vamos retirando el globo la lata intentará

acercarse a él y conseguiremos que haga un pequeño recorrido.

Si tenemos un compañero podemos hacer carreras de latas para ver quién hace un recorrido

mayor.


Los globos se electrizan fácilmente, es suficiente con frotarlos con un paño de lana. Al frotar,

algunos electrones (cargas negativas) del paño pasan al globo, quedando entonces éste cargado

negativamente.

La lata es de aluminio, está formada por muchos átomos que contienen cargas positivas

(protones) y negativas (electrones) repartidas uniformemente por todo el metal, neutralizándose

mutuamente.

Al acercar el globo a la lata, los electrones del globo repelen a los electrones de la lata de

forma que en la parte de la lata cerca del globo habrá un exceso de cargas positivas y, en el lado

contrario, de cargas negativas. Como cargas positivas y negativas se atraen la lata será atraída hacia el

globo.

3. ELECTROSCOPIO GIGANTE

Los cuerpos que nos rodean, en condiciones normales, son eléctricamente neutros; bajo ciertas

circunstancias pueden perder su neutralidad, decimos entonces que el cuerpo se ha cargado

eléctricamente.

En esta experiencia vamos a construir un electroscopio, que es un dispositivo que nos permite

detectar si un cuerpo está cargado. Incluso, nos puede ayudar a comparar, de forma cualitativa, la

cantidad de carga de dos cuerpos.

Material:

Tira larga de papel de aluminio.

Tubo de cartón estrecho.

Globo.

Paño de lana.

Hilo.



¿Qué hacemos?

Cortamos un tira larga de papel de aluminio, la doblamos por la mitad y la dejamos caer apoyada

en el tubo de cartón (sirve el tubo donde viene envuelto el papel de aluminio, un tubo hecho con

cartulina o cualquier otro material aislante), conviene que el tubo sea estrecho para que nos queden dos

láminas de aluminio cerca una de otra.

Con un hilo colgamos el conjunto de una lámpara, del pomo de una puerta, etc. las láminas no

deben tocar el suelo. El electroscopio ya está listo para funcionar. En la foto se ha utilizado una barra

vertical como soporte del tubo de cartón.

¿Cómo funciona?

Inflamos un globo y lo frotamos con un paño de lana y tocamos con él la parte superior del

electroscopio, (también podemos frotar en un jersey o con nuestro propio pelo). Observaremos como

las láminas de aluminio se separan un poco, por lo tanto el globo

tiene carga eléctrica.

Si repetimos la acción varias veces podemos conseguir

que las láminas lleguen a separarse bastante más.

Realmente, los electroscopios utilizan dos

láminas muy pequeñas (con muy poco peso) y se

consigue que la separación sea bastante mayor. Sin

embargo, hemos querido construir un electroscopio

gigante para ilustrar el fenómeno de forma más

espectacular.


Todos los cuerpos están formados por átomos, en ellos existen partículas con carga eléctrica

positiva (protones) y partículas con carga eléctrica negativa (electrones), ambas en igual cantidad y

distribuidas uniformemente por todo el cuerpo, de manera que la carga neta total es cero, decimos que

el cuerpo es neutro. Pero los electrones pueden pasar fácilmente de un cuerpo a otro, rompiendo el

equilibrio entre cargas, el cuerpo deja de ser neutro, se habrá cargado eléctricamente.

Al frotar el globo con el paño de lana hacemos pasar electrones del paño al globo quedando éste

cargado negativamente ya que ahora tiene un exceso de electrones. Al tocar el aluminio hay una

redistribución de cargas en el metal, ya no se distribuyen de manera uniforme sino que los electrones

de éste son repelidos por los electrones del globo (cargas del mismo signo se repelen entre sí). Cerca

del globo quedará un exceso de cargas positivas y en el resto de la lámina exceso de cargas negativas;

al quedar las dos láminas con cargas de igual signo la repulsión entre ellas hará que se separen un poco.

Si retiramos el globo, parte de la carga negativa quedará en el metal y las láminas permanecerán

un poco separadas. Al repetir la acción varias veces, cada vez quedará más carga en el metal.

Podemos descargar el electroscopio tocándolo con un dedo, ya que nuestro cuerpo es conductor,

las láminas vuelven a su posición inicial y podemos empezar de nuevo.

Sigue experimentando:

Podemos frotar y electrizar otros cuerpos como por ejemplo una botella de cristal, un peine, un

palo de escoba, etc. y observar si adquieren carga eléctrica.



4. GLOBOS CON CHISPA

La carga eléctrica es una propiedad de la materia que podemos poner de manifiesto de forma

sencilla. Basta con frotar un cuerpo y obtener así electricidad que denominamos estática. En este

experimento conseguiremos iluminar un tubo fluorescente con la electricidad obtenida al frotar un

globo de plástico.

Material:

Globo.

Tubo fluorescente.

Paño de lana o medias de lycra.

¿Cómo lo hacemos?

Infla un globo y una vez atado frótalo con una prenda de lana,

también puedes utilizar unas medias viejas.

Sujeta con una mano la parte metálica de uno de los extremos del

tubo y con la otra acerca el globo electrizado por otro extremo.

¿Observas luz dentro del tubo? Si no lo ves, repite el experimento

con la luz apagada.


Puedes probar a electrizar otros cuerpos como láminas de plástico, pelota de playa, peines, etc.

y acercarlos al tubo para ver si se ilumina o no. Recuerda que las prendas de lana, lycra o nylon

consiguen electrizar los cuerpos fácilmente.


Los átomos que forman la materia son neutros, contienen igual número de protones que de

electrones, al frotar se produce una descompensación debido a que parte de los electrones de un

cuerpo pasan al otro, conseguimos así que uno de ellos quede cargado positivamente y el otro

negativamente. El tubo fluorescente contiene un gas inerte que cuando recibe una descarga eléctrica

se ioniza y produce luminiscencia.

5. ¿CÓMO DESVIAR UN CHORRO DE AGUA SIN TOCARLO?

En esta experiencia vamos a ver cómo es posible desviar un chorro de agua sin llegar a tocarlo.

Para ello nos vamos a ayudar de las propiedades eléctricas de la materia.

Material:

Grifo con agua.

Un objeto que pueda cargarse eléctricamente con facilidad: peine, tubo de plástico, varilla

de vidrio, un vaso, un globo, etc.

Paño de lana o medias de lycra.



¿Cómo lo hacemos?

Lo primero que necesitamos conseguir es un chorro de agua fino y

regular. Para ello hay que abrir o cerrar un grifo lentamente hasta que el

chorro tenga las características que buscamos.

También tenemos que cargar un objeto eléctricamente (electricidad

estática). Para ello basta con frotar, con energía, el objeto con un paño de lana.

Acerca con cuidado el objeto al chorro de agua. Pero, sin llegar a

tocarlo. Observa cómo se desvía.


Puedes probar a electrizar otros cuerpos como láminas de plástico, pelota de playa, peines, etc.

y acercarlos al chorro de agua. Recuerda que las prendas de lana, lycra o nylon consiguen electrizar los

cuerpos fácilmente.


En toda la materia existen cargas eléctricas, sin embargo, en la mayoría de los casos, no

observamos sus efectos porque la materia es neutra: el número de cargas positivas es igual al de cargas

negativas, de forma que se compensan.

Cuando frotamos un objeto de plástico (también pasa para otros materiales) con un paño de

lana, uno de los dos cuerpos pierde electrones y el otro los gana, de forma que quedan cargados uno

positivamente y el otro negativamente.

Las moléculas de agua son neutras, tienen el mismo número de cargas positivas que negativas.

Sin embargo, tienen una peculiaridad las cargas no están distribuidas uniformemente dentro de la

molécula. De esta forma nos encontramos con que las moléculas de agua son asimétricas, desde el punto

de vista de la carga, y tienen un extremo positivo y otro negativo. Esto hace que en un campo eléctrico

tiendan a orientarse. Así, cuando acercamos el objeto cargado al chorro de agua, las moléculas se

orientan y el objeto atrae al extremo de la molécula que tiene signo contrario. El resultado es que el

chorro se desvía.

6. Y SE HIZO LA LUZ

Una lámpara es un dispositivo destinado a la producción de luz artificial; mediante el uso de

combustibles o por la transformación de energía eléctrica en luminosa. Así, existen lámparas de

petróleo, de gas, de aceite, de arco, de descarga, fluorescentes, etc. Pero sin duda, una de las más

importantes es la lámpara de incandescencia. Fue inventada por T.A. Edison empleando un filamento de

carbón que puso al rojo y que más tarde fue sustituido por otros más resistentes y por lo tanto

duraderos como es el wolframio. Estas lámparas, denominadas vulgarmente bombillas, constan de una

ampolla de vidrio en cuyo interior se encuentra el filamento.

Material:

Bote de cristal de boca ancha.

Tornillos.

Cable de cobre.

Pila de 4,5 V o generador de corriente.

Hilo metálico de diferentes grosores (puede utilizarse hilo de hierro de una esponja metálica o

el filamento de wolframio de una bombilla rota; en el laboratorio se utiliza hilo de nicrom).



¿Qué vamos a hacer?

Se toma el bote de cristal, que

va a hacer las veces de la ampolla de

vidrio en la bombilla, y se realizan dos

agujeros en la tapa del mismo. En ellos

se van a colocar los dos tornillos

convenientemente aislados de la tapa

con cinta aislante, si ésta es metálica.

En las puntas de los tornillos se enrolla firmemente el hilo metálico, de forma que los tornillos

con el hilo permanecerán en el interior del bote una vez que éste se haya cerrado.

Los otros extremos se conectan a una pila a través de cable de cobre. Se observa que al cerrar

el circuito el hilo metálico se pone incandescente, llegando incluso a quemarse y romperse. Esto hace

que el circuito se abra y la bombilla deje de lucir, se ha fundido.

Completa tu experimento:

Si se aumenta el potencial (añadiendo pilas en serie) para un mismo hilo metálico éste se

quemará antes. Además, se observará que cuanto menor sea el grosor de dicho hilo menos resistente es

y que no todos los materiales resisten por igual. Así, el hilo de hierro se quema antes que el de nicrom.

El hilo, y por lo tanto la bombilla, son más duraderos si se realiza vacío en su interior, lo que se

puede conseguir, por ejemplo, calentando el bote al baño María, ya que así se desplaza parte del aire

existente en su interior.

Si se desea, se puede construir con dos chinchetas y un clip un interruptor casero que nos

permita encender y apagar la bombilla siempre que lo deseemos.

7. ¿CÓMO CONSTRUIR UNA PILA ELÉCTRICA EN CASA?

Una pila es un dispositivo que permite obtener una corriente eléctrica a partir de una reacción

química. En esta experiencia te vamos a enseñar a construir una pila casera que, además, funciona.

Material:

Un vaso.

Una botella de vinagre.

Un trozo de tubería de cobre (de las que se usan para las conducciones de agua).

Un sacapuntas o afilalápices metálico.

Cables eléctricos.

Un aparato que vamos a hacer funcionar con la pila. Se obtienen buenos resultados con los

dispositivos musicales que llevan algunas tarjetas de felicitación. También puede servir un

reloj despertador de los que funcionan con pilas..

¿Cómo construir la pila?



Toda pila consta de dos electrodos (generalmente dos metales) y un electrolito (una sustancia

que conduce la corriente eléctrica). En este caso vamos a utilizar como electrodos los metales cobre y

magnesio. En concreto, vamos a utilizar una tubería de cobre y un sacapuntas, cuyo cuerpo metálico

contiene magnesio. Como electrolito vamos a utilizar vinagre.

Construir la pila es muy sencillo sólo tienes que introducir

los electrodos en el interior del vinagre contenido en un vaso y unir

un cable a cada uno de ellos (tal como muestra la figura).

Debes tener cuidado de que la tubería de cobre se

encuentre bien limpia. Para limpiarla puedes frotarla con un papel

de lija.

¿Cómo hacer que funcione?

Para hacerla funcionar sólo tienes que unir los dos cables que salen de los electrodos a un

aparato que funcione con pilas. El problema es que esta pila proporciona una intensidad de corriente

muy baja, debido a que tiene una alta resistencia interna, por ello no siempre vas a conseguir que

funcione. Tienes que elegir el dispositivo adecuado: un aparato que requiera una potencia muy pequeña.

Ejemplo:

Un dispositivo de los que tocan una canción en los juguetes para bebés o de los que llevan

incorporado algunas tarjetas de felicitación (musicales)

Un reloj a pilas (sirve un despertador)

Sólo tienes que unir los cables de la pila a los dos polos del portapilas del aparato. Pero no

olvides que hay que buscar cuál es la polaridad correcta, sino puede que el aparato no funcione.

NOTA: Mientras no se utilice, hay que tener el sacapuntas fuera del vinagre para evitar que

reaccionen. Observarás que cuando entran en contacto, el magnesio del sacapuntas reacciona con el

ácido del vinagre y se desprenden numerosas burbujas. Se trata de gas hidrógeno.


Puedes intentar hacer funcionar otros aparatos con esta pila. Probablemente lo consigas con un

pequeño motor eléctrico.

También puedes intentar construir otras pilas utilizando otros metales y otros electrolitos. El

problema que vas a encontrar es que la intensidad que obtienes es muy baja y te va a resultar difícil

hacer funcionar los aparatos. Pero, si tienes un polímetro (aparato para medir intensidades y

diferencias de potencial eléctricas) a mano podrás detectar la corriente obtenida.

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