Estudio de las Cargas Eléctricas

Materiales

Pre Laboratorio

• 1) ¿Por qué se dice que un átomo es eléctricamente neutro?

R: Porque un átomo en estado normal presenta la misma cantidad de electrones y protones, por lo que no posee ni carga negativa ni positiva y la carga de cada electrón es igual a la de un protón convirtiéndolo en neutro.

• 2) ¿Cuándo un cuerpo queda con carga negativa?

R: Se dice que un cuerpo queda cargado negativamente cuando gana electrones.

• 3) ¿Cuándo un cuerpo queda con carga positiva?

R: Se dice que un cuerpo se carga positivamente cuando se le desprenden electrones.

• 4) ¿Qué función tiene el recipiente de vidrio en el electroscopio?

R: Cumple la función de proteger las laminillas metálicas de las corrientes de aire.

• 5) Escribe la diferencia entre los conductores, aisladores y semiconductores.

R: La diferencia existente es que, los conductores permiten que las cargas eléctricas se desplacen con facilidad, por el contrario los aisladores tienen los electrones cercanos al núcleo dificultando la transferencia de electrones y por último los semiconductores como en el caso del silicio presenta propiedades intermedias entre conductores y aisladores.

• 6) Explica por qué al frotar un cuerpo conductor con otro ambos se cargan.

R: Esto ocurre debido a que cuando se frotan dos cuerpos uno de ellos pierde electrones, los cuales son recibidos por el otro cuerpo

• 7) Explica en qué consiste la carga por inducción.

R: Esta se lleva a cabo mediante la aproximación de un cuerpo cargado a otro neutro, en la cual se produce la separación de cargas en un conductor por el acercamiento de un cuerpo electrizado, donde las cargas adquiridas son de signos opuestos a la carga del inductor.

• 8) Explica cómo cargas un electroscopio con carga positiva por contacto y por inducción.

R: Por contacto: Al tocar con una barra de vidrio cargada positivamente la esferita del electroscopio, algunos electrones de las laminillas y de la barra metálica pasan hacia la barra de vidrio para compensar el déficit de electrones que ésta tiene, de esta forma el electroscopio queda con carga positiva. Por inducción: Al acercar una barra cargada negativamente, se aproxima a la esferita del electroscopio, esto ocasiona que las laminillas se abran por la repulsión de los electrones que se encuentran ahí, luego al tocar el electroscopio con un conductor para descargarlo este queda con carga positiva debido al déficit de electrones.

• 9) Explica cómo cargas un electroscopio con carga negativa por contacto y por inducción.

R: Por contacto: Al tocar la esferita del electroscopio con una barra de plástico cargada negativamente, estos pasan al electroscopio para compensar el déficit que este tiene y así queda cargado negativamente. Por inducción: Esto ocurre cuando se tiene un electroscopio con carga neutra, luego se le acerca una barra cargada negativamente, lo que ocasiona una repulsión entre los electrones de la barra con los de la esferita del electroscopio y por consiguiente el electroscopio se carga negativamente.

Experiencia 1:

Verificar la acción de las cargas eléctricas por frotamiento que presentan algunos cuerpos.

• Ubica sobre la mesa de trabajo los pedacitos de papel de seda que están previamente cortados.

• Frota la barra de plástico con el paño de lana y acércala a los pedacitos de papel. ¿Qué observas?

R: Se puede observar que los trozos de papel son atraídos por la barra de plástico.

• ¿Qué cargas adquirieron el paño de lana y la barra de plástico al ser frotados?

R: La barra de plástico quedo cargado negativamente y el paño de lana positivamente, ya que al frotarse el paño le cedió electrones a la barra.

• Repite la actividad anterior, pero ahora frota la barra de vidrio con el paño de seda y acércala a los papelitos. ¿Qué observas?

R: De igual forma los trozos de papel son atraídos por la barra de vidrio como en el caso anterior

• ¿Qué cargas adquirieron el paño de seda y la barra de vidrio al ser frotados?

R: El paño de seda quedo cargado negativamente y la barra de vidrio positivamente, debido a que la barra de vidrio perdió electrones los cuales fueron atraídos por el paño de seda.

• De las actividades anteriores escribe tus conclusiones.

R: Se puede concluir que al frotar dos cuerpos de distintas naturaleza se produce entre ellos una transferencia de electrones, como en el caso de la barra de plástico esta adquiere electrones del paño de lana y que luego al interactuar con los trozos de papel, estos son atraídos hacia la barra ya que los papelitos ganan electrones y se cargan negativamente. Luego de frotar la barra de vidrio, ésta se cargo positivamente y al ponerse cerca de los papelitos, se pudo notar como los trozos de papel se atraían a la barra de vidrio ya que la barra estaba ganando electrones debido a su déficit después de ser frotado con el paño de seda.

Experiencia 2:

Aprender a construir un péndulo eléctrico con materiales de fácil adquisición.

Pasos para armar el péndulo eléctrico:

• Marca el centro de la tabla donde abrirás un agujero, por donde debe pasar apretado el pie aislante.

• En la parte superior del pie aislante introduce un extremo del soporte en arco, asegurándolo en forma vertical. En el otro extremo del alambre has un ojal.

• Ensarta la aguja con el hilo y atraviesa la esfera de anime, haciéndole un nudo en el extremo más cercano a la esfera.

• Ata el extremo libre del hilo al ojal del alambre, de tal manera que la esfera quede a 5cm de la base.

Haciendo uso del péndulo eléctrico construido, realiza las siguientes actividades:

• Acerca a la esferita, primero la barra de plástico y luego la barra de vidrio sin frotarlas. ¿Qué observas?

R: Se ve como ambos cuerpos al estar neutros, es decir sin cargas no existe ni repulsión ni atracción entre la pelota y alguna de las barras.

• Frota una barra de ámbar o plástico con un paño de lana. Acerca la barra a la esferita sin tocarla. ¿Qué observas?

R: Se observa como la esfera se aleja de la barra ya que existe una electrización por inducción y la carga más próxima a la barra es de signo contrario, es decir, positiva puesto que la barra estaba cargada negativamente.

• Frota una barra de vidrio con un paño de seda. Acerca la barra de vidrio a la esferita sin tocarla. ¿Qué observas?

R: En este caso se atraen la esfera a la barra, ya que por la experiencia anterior la esfera quedo polarizada y al estar en contacto con la barra de vidrio cargada positivamente, ocasiono que la esfera comenzara a rodar y en algunos casos alejarse y acercarse.

• Frota nuevamente la barra de plástico con el paño de lana. Toca primero la esferita y retira la barra e intenta ahora acercarla sin tocarla. ¿Qué le sucede a la esferita? Explica el fenómeno.

R: Se notó como la esfera era atraída a la barra ya que al entrar en contacto con un conductor esta conservo una carga opuesta a la del inductor de la primera experiencia y por ende al ser signos opuestos (la barra negativa y la esfera positiva) se atraían.

• De las actividades anteriores escribe tus conclusiones.

R: Pudimos concluir que al aproximarse un cuerpo electrizado a otro neutro, este se polariza y que más tarde al estar en contacto con un conductor adquiriría la carga opuesta al inductor. De igual forma observamos como al estar ambos cuerpos con carga neutro no ocurría nada pero al cargar uno de ellos se presenciaban fenómenos de atracción y repulsión dependiendo del caso, de esta manera pudimos reflejar que la inducción es un proceso en el cual se separan las cargas de un cuerpo a través de un conductor luego de ser electrizado por otro cuerpo.

Experiencia 3:

Comprobar la electrización de dos cuerpos por contacto.

• Cuelga de un soporte aislante las dos esferas. Trata de que ambas esferas queden a una misma altura y separadas entre sí a un 1cm.

• Con un paño de lana frota fuertemente la barra de plástico y toca por debajo de manera simultánea las dos esferas. Una vez retirada la barra observa las interacciones entre las dos esferitas. ¿Qué observas?

R: Se observa como ambas esferitas se repelen luego de de ser tocadas por la barra de plástico ya que esta le transfiere la misma carga a ambas esferas y ocasiona una repulsión entre ellas.

• Toca con los dedos las esferitas para que se descarguen y repite la actividad con una de vidrio frotada con seda. Una vez retirada la barra observa las interacciones entre las esferitas. ¿Qué observas?

R: Ocurre de igual forma que en el caso anterior, ya que la barra de vidrio se encuentra cargado positivamente, al ser tocadas las esferas ambas se cargan positivamente y se repelen entre sí.

• Descarga nuevamente las esferitas, tocándolas con los dedos. Frota enérgicamente uno de los extremos de la barra de plástico mientras un compañero frota la de vidrio y procedan a tocar simultáneamente cada esferita. Retira las barras. ¿Qué observas?

R: Se pudo notar como luego de que cada barra tocara una de las esferas, ambas esferas se atraían, puesto que cada barra le transfirió su respectiva carga siendo opuestas una de la otra y esto provoco la atracción.

• De las actividades y observaciones realiza tus conclusiones.

R: Podemos decir que al interactuar físicamente un cuerpo neutro con otro electrizado, el primero adquiere la carga del segundo, y en el caso de estar presentes cuerpos de cargas iguales estos se repelaran y de lo contrario al estar presentes cargas diferentes, se atraerán. Por lo que cargas de igual signo se repelan, de diferente signo se atraen.

Experiencia 4:

Comprobar el tipo de carga que presenta un cuerpo a través de la elaboración de un electroscopio con materiales de fácil adquisición.

El electroscopio es un aparato que sirve para determinar si un cuerpo está electrizado y si es así, con qué tipo de carga.

Este aparato está construido por un frasco de vidrio incoloro con un tapón de corcho o de goma, el cual es atravesado por una varilla metálica en cuya extremo superior se ubica una esfera de metal igual que la varilla. En su extremo inferior se colocan dos láminas metálicas, muy delgadas (oro o aluminio), que al cargarse con el mismo signo se repelen.

Procedimiento para elaborar un electroscopio.

• Atraviesa el tapón de goma o de corcho con el alambre de cobre sin la capa aislante dejando que sobresalga unos 2cm. Dobla el extremo inferior del alambre 1cm de tal manera que forme un ángulo recto. El tapón y la botella deben estar completamente secos.

• Endereza el papel de aluminio y corta una tira de 4cm de longitud por 1cm de ancho aproximadamente. En la parte doblada en ángulo recto, coloca la tira de papel de aluminio de tal manera que quede centrada.

• Para que el instrumento tenga una mayor sensibilidad, las hojas deben poder separarse con una mínima resistencia, de modo que debes hacerlas estrechas en el punto donde se apoyan sobre el soporte.

• Elabora una pelota de papel de aluminio dándole forma de esfera, luego pínchala en el alambre que sobresale en la parte superior del tapón. Para obtener mejores resultados dicha pelota debe quedar lo más redonda posible.

• Sella con cera los puntos por donde entra y sale el alambre del tapón.

• Para eliminar la humedad dentro de la botella caliéntala antes de taparla. Mientras la botella esté caliente introduce en su interior el alambre con la tira de aluminio.

• Cierra la botella herméticamente con el tapón de goma o corcho y déjala que se enfríe.

Experiencia 5:

Comprobar el comportamiento de las laminillas de un electroscopio, cuando éste sea electrizado por inducción.

• Frota con fuerza por unos 30 segundos un peine con un paño de lana. Acércalo a la esfera de aluminio del electroscopio sin tocarla. ¿Qué le sucede a las laminillas?

R: Las laminillas se abren, se repelen por tener la misma carga.

• Retire el peine del electroscopio. ¿Qué observas?

R: Las laminillas dejan de repelerse, se acercan.

• ¿Qué signo es la electricidad que adquiere el peine?

R: Negativa, ya que al frotarla con el paño de lana, este último le transfiere electrones a la barra.

• Frota la varilla de vidrio con un paño de seda. Acércala a la esfera de aluminio del electroscopio sin tocarla. ¿Qué observas?

R: Las laminillas se abren como en el primer caso.

• Retira la varilla de vidrio del electroscopio. ¿Qué observas?

R: Se ve como las laminillas se acercan, es decir dejan de repelerse.

• ¿Qué signo es la electricidad que adquiere la varilla de vidrio?

R: Positiva, ya que al ser frotada con el paño de seda, le transfiere electrones al paño.

Experiencia 6:

Comprobar el comportamiento de las laminillas de un electroscopio, cuando éste sea electrizado por contacto.

• Frota fuertemente un peine con un paño de lana. Toca con el peine la esfera de aluminio del electroscopio durante unos minutos. ¿Qué observas?

R: Como las laminillas se abren.

• ¿A qué se debe el fenómeno ocurrido en las laminillas?

R: A que al entrar en contacto la el cuerpo electrizado con la esfera del electroscopio, éste le transfiere la misma carga al instrumento y como las laminillas tienen la misma carga que el peine, es decir, positiva se repelen.

• Retira el peine. ¿Qué ha sucedido en las laminillas? ¿Por qué?

R: Las laminillas permanecen separadas.

• Toca el electroscopio con un dedo. ¿Qué le sucedió a las laminillas? ¿Por qué?

R: Las laminillas se acercan como si dejasen de repelerse, esto se debe a que al entrar en contacto con el dedo, hacemos tierra y descargamos el instrumento.

• Frota una varilla de vidrio con un paño de seda. Toca con la varilla la esfera de aluminio del electroscopio. ¿Qué observas?

R: Se puede ver como las laminillas se abren nuevamente.

• Retira la varilla de vidrio del electroscopio. ¿Qué observas?

R: Que las laminillas permanecen separadas.

• Analiza las actividades realizadas y escribe tus conclusiones.

R: Pudimos evidenciar como un cuerpo neutro puede se cargado a través de la inducción. Al acercarse un cuerpo cargado ya sea positiva o negativamente, el otro cuerpo de carga neutra presenta en la parte más próxima al cuerpo cargado la carga contraria, y en el otro extremo una carga del signo contrario al inductor. Si se hace contacto el electroscopio con un conductor, éste quedará con una carga de signo contrario a la del inductor.

Post-Laboratorio

• 1) ¿Quién creo el primer electroscopio?

R: Fue creado por el física y médico inglés William Gilbert.

• 2) ¿Cómo se determina el tipo de carga eléctrica que tiene un cuerpo usando el electroscopio?

R: Si usamos el método por contacto, el electroscopio quedaría cargado de igual forma que el cuerpo electrizado, es decir, de su mismo signo. Ahora si la electrización se realiza mediante la inducción, luego de cargar el electroscopio y tocarlo con un cuerpo conductor, sería la carga diferente a la obtenida.

• 3) ¿Qué se entiende por electrización?

R: Es el proceso en que un cuerpo adquiere una carga eléctrica.

• 4) ¿Por qué el electroscopio tiene que estar en un frasco de vidrio?

R: Para proteger las cargas eléctricas del aire, ya que éste último interactuaría con sus moléculas de agua.

• 5) ¿En qué parte del experimento se produce inducción eléctrica y en qué parte por contacto?

R: Inducción se produce cuando un cuerpo electrizado se aproxima a uno neutro, como paso con el electroscopio y el péndulo, por otro lado la electrización por contacto se produjo cuando se tocaban ambos cuerpos tanto el neutro como el cargado, como de igual forma sucedió con el electroscopio y el péndulo.

• 6) ¿De dónde provienen las cargas eléctricas acumuladas en las láminas de aluminio del electroscopio?

R: De la interacción entre un cuerpo electrizado y la esfera del electroscopio.

• 7) Empleando una barra cargada y un electroscopio ¿cómo puedes determinar si un objeto es conductor?

R: Primero cargamos el electroscopio por contacto, ya que luego de alejarse el cuerpo cargado el electroscopio permanecerá cargado, luego procedemos con probar el cuerpo en estudio para determinar si es o no conductor tocándolo con el electroscopio, si es conductor las laminillas dejaran de repelerse.

• 8) Supone una barra A con carga negativa tocando a un cuerpo B en estado neutro:

• a) Haz un diagrama que indique las cargas en los extremos del cuerpo B.

• b) ¿Qué extremo de B es atraído por A y qué extremo es repelido?

R: El extremo más cercano a A es atraído, y el más alejado es repelido.

• 9) Un cuerpo con carga negativa es acercado a una esferita de un péndulo eléctrico. Si ésta es atraída por el cuerpo:

• a) ¿Cuál es el signo de la carga de la esferita?

R: La esfera tiene carga positiva.

• b) ¿A qué se debe la atracción?

R: A que ambos cuerpos tienen cargas opuestas y por ende se atraen.

• 10) Si frotamos una barra de metal con un paño de lana, explica qué sucede.

R: Al frotar la barra metálica esta adquirirá una carga negativa puesto que la lana le transfiere algunos electrones, pero luego al estar en contacto con nuestra mano, ésta última funcionaría de conductor y se descargaría la barra.

• 11) Si poseemos un electroscopio cargado negativamente, explica cómo lo descargarías.

R: Se puede descargar tocándolo con un cuerpo conductor, ya sea con nuestro cuerpo o con un material metálico.

• 12) ¿Por qué cuando hay humedad el electroscopio no funciona igual?

R: Porque las cargas presentes entre el cuerpo electrizado y el electroscopio interactúan con las moléculas de agua presentes en el aire y puesto que con humedad la concentración de agua es mayor, se ve afectada la transferencia eléctrica.

• 13) ¿Para qué sirve un electroscopio de laminillas?

R: Se emplea para determinar si un cuerpo está cargado y el signo de dicha carga.

• 14) Consideremos cuatro cuerpos electrizados, A, B, C y D, con este último electrizado positivamente. Encontrar el signo de la carga de B sabiendo que: A repele a B y atrae C. Al mismo tiempo C repele a D.

R: B tiene carga negativa.

• 15) Si un electroscopio de laminillas está cargado, explica cómo debemos hacer para conocer el signo de la carga que tiene.

R: Se puede determinar el signo de la carga que posee aproximando una barra de vidrio previamente frotada con un paño de seda, en otras palabras, cargado positivamente, si al acercarse las laminillas se cierran o dejan de repelerse, significa que tenían carga negativa.

• 16) ¿Por qué un electroscopio, cargado negativamente, al ponerlo en conexión a Tierra se descarga?

R: Porque los electrones del electroscopio escapan a tierra a través del cuerpo conductor.

• 17) Toma un peine de plástico, que previamente hayas cargado por frotamiento, y acércalo con cuidado a un pequeño chorro de agua. Observa como dicho chorro se desvía. ¿Puedes explicar este fenómeno?

R: Al electrizar el peine, adquiere una carga negativa que al aproximarse al chorro de agua este se polariza y del lado más cercano al peine presenta carga positiva y del lado más alejado carga negativa, es decir, que las moléculas de aguas se unen y crean un cambo eléctrico que ocasiona un desvió con las carga del peine.

• 18) ¿Cómo adquiere carga eléctrica un cuerpo al ser frotado con otro?

R: Este fenómeno ocurre debido a que al ser frotados el uno con el otro, uno de ellos cede electrones, que serán recibidos por el otro cuerpo, y por consiguiente el que perdió electrones queda con carga positiva y el que gano electrones con carga negativa.

Se da una afirmación y cuatro razones, selecciona la razón correcta y explica por qué el resto no son correctas.

• 19) Si se toca un péndulo eléctrico con una varilla de vidrio electrizada, el péndulo queda cargado positivamente porque:

• a) El vidrio cede electrones.

• b) El péndulo recibe electrones.

• c) El vidrio cede parte de sus electrones al péndulo.

• d) El péndulo cede parte de sus electrones al vidrio.

R: Opción d, ya que al entrar en contacto la barra de vidrio cargada positivamente con el péndulo con carga neutra, el péndulo cede parte de sus electrones para contrarrestar el déficit de ellos en la barra de vidrio.

• 20) Si frotamos una barra de vidrio con un paño de seda y toca con ella un electroscopio. ¿Qué afirmaciones son correctas?

• a) El electroscopio se carga por inducción.

• b) El electroscopio se carga por contacto.

• c) El electroscopio se carga positivamente.

• d) El electroscopio se carga negativamente.

R: Opción b y c, puesto que el vidrio al ser frotado con un paño de seda queda cargado positivamente, y al tocar al electroscopio este adquiere la misma carga.

• 21) Con un cuerpo con carga negativa, se toca el extremo de un electroscopio. Las láminas de éste se abren porque:

• a) el electroscopio se carga positivamente.

• b) El electroscopio se carga negativamente.

• c) Las laminillas se cargan negativamente.

• d) Las laminillas se cargan positivamente.

R: Opción b, ya que al estar en contacto, todo el cuerpo neutro adquiere la carda del cuerpo electrizado.

Autor:

Pablo Turmero