sábado, 18 de abril de 2015
Guía didáctica ¿CÓMO SE PUEDE ELECTRIZAR UN CUERPO?
Institución:
Docentes: Luis Fernando Posada M
Área: Ciencias naturales Grado: 11º
Asignatura: Física
Objetivo:
Identificar las diferentes formas de electrizar cuerpos, determinando el concepto de electrón.
Para realizar la siguiente actividad, es necesario tener los siguientes materiales: Esfera de icopor, papel de aluminio, cuerda de hilo, globo, teflón, guante quirúrgico, tijeras.
Existen tres formas básicas de modificar la carga neta de un cuerpo: frotamiento, contacto e inducción. En todos estos mecanismos actúa el principio de conservación de la carga, que nos dice que la carga no se crea (por contacto, frotamiento ni inducción) solo se transfiere de un cuerpo a otro. A continuación veremos unas de las principales características de los diferentes mecanismos de electrización.¿Cómo lo haremos?
PÉNDULO ELECTROSTÁTICO CASERO
Se hace un péndulo electrostático, envolviendo la esfera de icopor con el papel de aluminio, luego se amarra en un extremo el hilo. Para realizar el experimento se necesita electrizar un globo.
¿Qué mecanismo de electrización utilizarías? ¿Cómo se encuentran las cargas del globo y el péndulo inicialmente? Ahora electriza el globo frotándolo a tu cabello. Observa
Si acercas el globo electrizado al péndulo electrostático; sin tocarlo. ¿Qué le sucede al péndulo? ¿Qué mecanismo de electrización estas utilizando, al acercar el globo al péndulo? Dibuja el movimiento de la bola de icopor. Explica.
¿Cómo se encuentran las cargas del globo y el péndulo luego de acercarlos? Acerca el globo cargado a unos papeles picados, ¿Qué sucede con los papeles? ¿Cómo explicarías este fenómeno?
En la actividad anterior, el globo se carga por frotamiento o fricción, se transfieren electrones por la fricción del contacto de un material con el otro. Aun cuando los electrones más internos de un átomo están fuertemente unidos al núcleo, de carga opuesta, los más externos de muchos átomos están unidos muy débilmente y pueden desalojarse con facilidad. La fuerza que retiene a los electrones exteriores en el átomo varia de una sustancia a otra.
TRANSFERENCIA DE ELECTRONES
En esta actividad, corta un trozo de teflón (50 cm aproximadamente.) Colócate los guantes quirúrgicos. Ahora toma el teflón desde el centro de la tira y con el guante frótalo varias veces. Observa.
¿Qué sucede con las tiras de teflón? ¿Cómo es la carga de las tiras del teflón? Explica. ¿Quién cede electrones y quién recibe electrones, es decir, quién posee carga positiva y quién queda con carga negativa? Si acercas el guante a una de las cintas de teflón, ¿Qué observas?
Ahora frota el globo contra tu cabello varias veces, para que haya transferencia de electrones entre el pelo y el globo, luego acerca el globo hacia las tiras de teflón. ¿Se repelen o atraen? ¿El globo qué carga posee después de ser frotado? Si tenemos un chorro de agua, con un flujo débil, y acercamos el globo cargado después de frotarlo ¿qué le sucede al chorro de agua? ¿Qué carga posee el globo y el agua? Explica y fundamenta tu respuesta.
Es posible transferir electrones de un material a otro por simple contacto, este proceso se llama carga por contacto.
Durante las tormentas eléctricas se llevan a cabo procesos de carga por inducción. La parte inferior de las nubes, de carga negativa, induce una carga positiva en la superficie terrestre.
¿A qué se le llama material conductor o aislante? Qué ejemplos puedes dar de cada uno, nombra por lo menos tres de cada uno. De los materiales utilizados en las actividades anteriores, índica cuál de ellos son conductores y aislantes.
¿Qué se mueve con la electrización? ¿Cuál es la función de los alambres conductores? ¿Qué se necesita para generar electricidad? ¿Será que todos los materiales sirven para conducir electricidad?
Averigua otros ejemplos para los diferentes métodos de electrización que puedas observar en tu vida cotidiana.
De las imágenes anteriores, ¿Qué tipo de electrización se observa? Analízalas y explica.
Electrización: Física entretenida ¿Como se producen los rayos? Electrizar Contacto Inducción Frotamiento Métodos de electrizar: Video Experimentos de electrostática Video Video II
Veamos otros imágenes diferentes:
Reseña histórica
En el siglo VII
AC, los antiguos griegos describían la propiedad del ámbar,
la cual consistía en atraer ciertos cuerpos livianos al ser frotados con lana. Más tarde Gilbert, en el año de 1600, estudió este fenómeno y observó que esta misma propiedad la
adquieren otros cuerpos como el vidrio, al ser frotados con seda. Hoy en día
los cuerpos que adquieren esta propiedad se les llama electrizados, porque están cargados eléctricamente o poseen carga
eléctrica. En este BLOG estudiaremos
las propiedades de las cargas
eléctricas en reposo y los
fenómenos debidos a ellas, este estudio se conoce con el nombre
de ELECTROSTATICA. Para iniciar el estudio de la electrostática es necesario que identifiquemos el concepto de la carga eléctrica.
Todos los cuerpos materiales están constituidos por átomos, estos a su vez
contienen electrones, protones y
neutrones. Los protones y neutrones constituyen el núcleo del átomo, los electrones giran alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares o elípticas.
Los electrones son las cargas negativas, los protones son las cargas positivas y los neutrones no tienen valor, la diferencia entre las cargas positivas y negativas de un cuerpo se denominan CARGA NETA.
Cuando dos cuerpos se frotan entre sí, una cantidad de electrones (carga negativa) de un cuerpo pasa al otro; el cuerpo que pierde electrones queda cargado positivamente, ya que queda con exceso de protones; el cuerpo que recibe electrones queda cargado negativamente, ya que queda con exceso de electrones y su carga neta es negativa.
De todo lo anterior se puede decir que las cargas eléctricas no se crean, ni desaparecen, sino que solamente se pueden trasladar de un cuerpo a otro o de un lugar a otro dentro del mismo cuerpo; este principio se conoce como principio de conservación de la carga eléctrica.
Con la siguiente actividad se entenderá mejor los tipos de cargas eléctricas y la interacción entre ellas.
Suspendamos de dos hilos, dos bolas de icopor enrolladas en papel de aluminio como se muestra en la figura 1, de tal forma que queden separadas una distancia aproximada de 4 centímetros.
Coge una barra de vidrio y frótala con un pedazo de seda, se puede observar que ambos cuerpos quedan cargados eléctricamente, donde el vidrio queda cargado positivamente y la seda negativamente. ¿Qué explicación física existe en lo anterior?
Ahora toca con la barra de vidrio una de las bolas de icopor. ¿Qué sucede al hacer contacto entre la barra de vidrio y la bola de icopor?
Se puede observar que cuando hay contacto, la electricidad de la barra se transmite al icopor. Frota nuevamente la barra de vidrio y con ella toca cada una de las bolas. ¿Qué sucede?
Se puede observar que las dos bolas quedan cargadas positivamente, además existe una repulsión entre ellas. Figura 2.
Repite los pasos anteriores, pero con la barra de plástico. ¿Qué observas? Figura 3.
Ahora carga una de las bolas transmitiéndole las cargas de la barra de vidrio y la otra bola con la barra de plástico. ¿Qué observas? Figura 4.
Se
puede concluir que:
· Existen dos formas de electrizar un cuerpo, una por frotamiento y
la otra por contacto.
Para
entender mejor la atracción y repulsión entre cuerpos cargados
eléctricamente, es necesario entender el
funcionamiento del electroscopio y la conductividad
de los metales.
Consulta
en tu tiempo libre ¿En qué consiste el ELECTROSCOPIO?
¿Cuál es su funcionamiento?
Conductores y aisladores
Cuando hablamos de conductividad nos referimos principalmente a los metales; son conductores aquellas sustancias en las cuales los electrones tienen libertad de movimiento dentro de la sustancia, por ejemplo los metales, el cuerpo humano, el aire húmedo, entre otros.
Si los electrones no tienen libertad de movimiento dentro de una sustancia, esta se llamara aislador o dieléctrico, por ejemplo la porcelana, el vidrio, la goma, la madera, entre otros.
Inducción y polarización
Si acercamos un cuerpo cargado negativamente (exceso de electrones) a una distancia del electroscopio, los electrones libres del alambre metálico y las laminillas serán repelidos hacia el extremo de las laminillas; estas reciben un exceso de electrones que hacen que se repelen, por lo tanto la lámina superior del electroscopio queda cargada positivamente (exceso de protones); sí alejamos el cuerpo cargado del electroscopio, éste volverá a su estado inicial.
Se puede decir que la distribución de la carga producida en el electroscopio fue inducida por el cuerpo; a éste fenómeno se le llama INDUCCION electrostática. El cuerpo cargado negativamente se llamará INDUCTOR y la parte metálica del electroscopio es el inducido.
En conclusión el reordenamiento de las cargas en un conductor debido a la presencia de un cuerpo cargado, se denomina INDUCCIÓN, figura 1.
Si acercamos un cuerpo a un no conductor o aislador, el desplazamiento de los electrones es muy pequeño, no hay movimiento de cargas en distancias grandes, éste fenómeno recibe el nombre de POLARIZACIÓN, figura 2. En conclusión el reordenamiento de las cargas en un no conductor o aislador debido a la presencia de un cuerpo cargado, se llamará POLARIZACIÓN.
El generador de Van der Graff, GVG, es un aparato utilizado para crear grandes voltajes. En realidad es un electróforo de funcionamiento continuo.
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.
El primer generador electrostático fue construido por Robert Jamison Van der Graff en el año 1931 y desde entonces no sufrió modificaciones sustanciales.
viernes, 17 de abril de 2015
Ley de Coulomb
Hasta ahora hemos visto que entre dos cargas eléctricas existe una fuerza de atracción o repulsión, sí las cargas son de diferente signo o del mismo signo. La acción recíproca de las cargas se debe a que cada carga crea en el espacio que lo rodea un campo electrostático, este campo actúa sobre la carga con una fuerza determinada.
El físico Francés Charles Coulomb a finales del siglo XVIII hizo un
estudio cuantitativo sobre dichas fuerzas; después de varios experimentos llegó a la conclusión:
¨ La fuerza F de atracción o repulsión entre dos
cargas eléctricas puntuales es directamente proporcional al producto de las
magnitudes de las cargas Q1 y Q2 e inversamente
al cuadrado de la distancia r entre ellas, dirigida a lo largo de la línea que une estas cargas.¨
La
fuerza F es mayor cuanto mayores sean las cargas Q1 y Q2; disminuye cuando la distancia r
entre las cargas aumente.
La constante de proporcionalidad K depende del medio en el que se encuentren las
cargas y del sistema de unidades escogido.
Unidades de la carga eléctrica
·
Sistema
ingles (S.I.)
La
unidad de carga eléctrica es el COULOMB
(C), que se define como la carga que colocada a 1 metro de distancia de otra carga
igual en magnitud, la repele
con una fuerza de 9*10 a la 9 Newton.
·
Sistema
CGS
La
unidad de carga eléctrica es el STAT-COULOMB
(STC), que se define como la carga que colocada a 1 centímetro de
distancia de otra carga igual en magnitud, la repele con una fuerza de
una DINA.
La constante de proporcionalidad K, tiene las siguientes unidades:
· Sistema
ingles (S.I.)
La
fuerza de repulsión entre dos cargas idénticas de 1 Coulomb,
situadas en el vacío es de:
·
Sistema
CGS
La
fuerza de repulsión entre dos cargas
idénticas de 1 STC, situadas en el
vacío es de:
La unidad de carga COULOMB, tiene múltiplos y submúltiplos
En el siguiente video se puede observar claramente la ley de Coulomb
Cuantización de
la carga
La
carga de un cuerpo electrizado está
cuantizada cuando tiene exceso de partículas positivas o negativas.
Para que un cuerpo se electrice debe
ganar
o perder electrones; sí
el cuerpo cargado eléctricamente tiene
un número entero de electrones en exceso o en defecto, se dice que la carga
está cuantizada. Experimentalmente se
demostró que la carga del electrón (e)
es igual 1,6 *10 a la menos 19 Coulomb.
El
signo menos, indica que es una fuerza de atracción.
Como conclusión de la ley de COULOMB, analicemos la siguiente tabla:
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