Electrización- Espol

RESÚMEN

En la práctica realizamos una serie de actividades que nos permitieron observar e identificar los materiales conductores, aislantes y los procesos de carga.

En los conductores (metal en el electroscopio y electróforo) se pudo evidenciar fácilmente la electrización por inducción y contacto; mientras que en los aislantes predominó la electrización por frotación. En este último, las cargas no se movilizan en su interior pero éstas se redistribuyen por un proceso llamado polarización. Las cargas en los aislantes debido a las propiedades del material tuvieron poca durabilidad en ciertos casos.

Analizamos el movimiento de las cargas en el generador de Van de Graaff, la utilidad de los electrodos metálicos localizados en su interior y la transferencia de carga al acercar una esfera metálica.

INTRODUCCIÓN

La electrostática es la parte de la física que se preocupa de la medida de la carga eléctrica o cantidad de electricidad presente en los cuerpos y, en general, de los fenómenos asociados a las cargas eléctricas en reposo o con movimiento despreciable a efectos de que casi no se observan fenómenos magnéticos por parte de esas cargas.

La esencia de la electricidad es la carga eléctrica. Existen dos clases distintas, que se denominan cargas positivas y negativas. Estas tienes dos cualidades fundamentales:

 Cargas iguales se repelen.

 Cargas distintas se atraen.

Las cargas eléctricas no son engendradas ni creadas, sino que el proceso de adquirir cargas eléctricas consiste en ceder algo de un cuerpo a otro, de modo que una de ellas posee un exceso y la otra un déficit de ese algo (electrones).

Cuando un cuerpo neutro es electrizado, sus cargas eléctricas, bajo la acción de las fuerzas correspondientes, se redistribuyen hasta alcanzar una situación de equilibrio. Algunos cuerpos, sin embargo, ponen muchas dificultades a este movimiento de las cargas eléctricas por su interior y sólo permanece cargado el lugar en donde se depositó la carga neta. Otros, por el contrario, facilitan tal redistribución de modo que la electricidad afecta finalmente a todo el cuerpo. Los primeros se denominan aislantes y los segundos conductores.

Esta diferencia de comportamiento de las sustancias respecto del desplazamiento de las cargas en su interior depende de su naturaleza íntima. Así, los átomos de las sustancias conductoras poseen electrones externos muy débilmente ligados al núcleo en un estado de semi-libertad que les otorga una gran movilidad, tal es el caso de los metales. En las sustancias aislantes, sin embargo, los núcleos atómicos retienen con fuerza todos sus electrones, lo que hace que su movilidad sea escasa.

FORMAS DE ELECTRIZACIÓN

Electrización por frotamiento

Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa. Si se frota una barra de vidrio con un paño de seda, hay un traspaso de electrones del vidrio a la seda. Si se frota un lápiz de pasta con un paño de lana, hay un traspaso de electrones del paño al lápiz. Ej : Un globo lo frotas en tu cabeza y luego lo pones cerca de la cabeza de una persona, veras que su cabello se levanta.

El vidrio adquiere una carga eléctrica positiva al perder un determinado número de cargas negativas (electrones); estas cargas negativas son atraídas por la seda, con lo cual se satura de cargas negativas. Al quedar cargados eléctricamente ambos cuerpos, ejercen una influencia eléctrica en una zona determinada que depende de la cantidad de carga ganada o perdida, dicha zona se llama campo eléctrico.

Electrización por contacto

Se puede cargar un cuerpo neutro con solo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si se toca un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero debe quedar con carga positiva.

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.

Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros, el número de electrones será igual al número de protones.

Electrización por inducción

La electrización por influencia o inducción es un efecto de las fuerzas eléctricas. Debido a que éstas se ejercen a distancia, un cuerpo cargado positivamente en las proximidades de otro neutro atraerá hacia sí a las cargas negativas, con lo que la región próxima queda cargada negativamente. Si el cuerpo cargado es negativo entonces el efecto de repulsión sobre los electrones atómicos convertirá esa zona en positiva. En ambos casos, la separación de cargas inducida por las fuerzas eléctricas es transitoria y desaparece cuando el agente responsable se aleja suficientemente del cuerpo neutro.

Polarización

Se entiende por polarización a la modificación de la distribución de carga que ocurre en un material aislador por efecto de un campo eléctrico. en otras palabras, la presencia de un campo eléctrico suficientemente fuerte produce deformación en las moléculas de los materiales aislantes. Si bien esto es casi como una separación de cargas, no es posible en estos materiales extraer una carga (negativa por ejemplo) al menos que el campo eléctrico sea extremadamente grande. En ese caso se dice que el dieléctrico o la molécula están polarizados.

EL ELECTROSCOPIO

El electroscopio es un aparato que permite detectar la presencia de carga eléctrica en un cuerpo e identificar el signo de la misma.

El electroscopio sencillo consiste en una varilla metálica vertical que tiene una esfera en la parte superior y en el extremo opuesto dos láminas de oro o de aluminio muy delgadas. La varilla está sostenida en la parte superior de una caja de vidrio transparente con un armazón de cobre en contacto con tierra. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electriza y las laminillas cargadas con igual signo de electricidad se repelen, separándose, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido. La fuerza de repulsión electrostática se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera y las láminas, al perder la polarización, vuelven a su posición normal.

Cuando un electroscopio se carga con un signo conocido, puede determinarse el tipo de carga eléctrica de un objeto aproximándolo a la esfera. Si las laminillas se separan significa que el objeto está cargado con el mismo tipo de carga que el electroscopio. De lo contrario, si se juntan, el objeto y el electroscopio tienen signos opuestos.

EL ELECTRÓFORO

El electróforo es un generador de electricidad estática de tipo capacitivo formado por un condensador de plato simple, operado manualmente. Produce cargas electrostáticas mediante un proceso de inducción electrostática.

El objetivo es cargar positivamente un disco de material conductor.

Está formado por:

 Un disco de material conductor, generalmente metálico, con un mango aislante para sostenerlo (en el dibujo superior se ve el mango, en los esquemas debajo no está representado).

 Una lámina de material aislante. En la versión original era una torta de resina.

 Piel de gato (en la versión original), piel de conejo, o un simple tejido de lana bien seco, más fácil de conseguir.

GENERADOR DE VAN DE GRAAFF

Es una máquina electrostática que utiliza una cinta móvil para acumular grandes cantidades de carga eléctrica en el interior de una esfera metálica hueca. Las diferencias de potencial así alcanzadas en un generador de Van de Graaff moderno pueden llegar a alcanzar los 5 mega voltios. Las diferentes aplicaciones de esta máquina incluyen la producción de rayos X, esterilización de alimentos y experimentos de física de partículas y física nuclear.

Se basa en los fenómenos de electrización por contacto y en la inducción de carga. Este efecto es creado por un campo intenso y se asocia a la alta densidad de carga en las puntas.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Actividad 1: De los materiales descritos, clasificamos cada uno de acuerdo a sus propiedades conductoras o aislantes.

Actividad 2: Frotamos una lámina de acetato con un abrigo de lana e intentamos pegarla a la pared de ambos lados y en espacios diferentes para poder observar los efectos producidos; luego realizamos el mismo procedimiento con la mano aislada y lo repetimos con un globo.

Para finalizar con esta actividad friccionamos el globo y lo acercamos a un chorro de agua.

Actividad 3: Con el abrigo frotamos dos láminas de acetato y las juntamos sin que se toquen, anotamos los resultados.

Después acercamos las láminas pero del lado opuesto al frotamiento. Luego realizamos el mismo procedimiento, pero con la cinta adhesiva.

Actividad 4: En esta sección realizamos varios experimentos.

En el primero (confetis saltarines), esparcimos trocitos de papeles en un recipiente de vidrio, frotamos el acetato con un pañuelo de seda y lo acercamos al recipiente. Acercamos también el lado opuesto del acetato al recipiente.

Para realizar la práctica del globo atrayente, sobre una hoja espolvoreamos un poco de sal, frotamos el globo con una franela y lo acercamos a la sal sin tocarla.

Por último en esta actividad, frotamos una regla plástica con celofán y juntamos sin tocar a los trozos de papel (regla pegajosa).

Actividad 5: Realizamos

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