Electrización de Materiales
Hacia
el año 600 AC, el filósofo griego Tales de Mileto observó que frotando una
varilla de ámbar con una piel o con lana, se podía crear pequeñas cargas, que
atraían pequeños objetos. También habían observado que si la frotaban mucho
tiempo podían causar la aparición de una chispa. Los griegos denominaron a este
fenómeno electricidad.
William
Gilbert descubrió que muchos materiales se comportaban de manera parecida al
ámbar cuando eran frotados y, por ello, los llamó eléctricos.
Hay
dos tipos de carga eléctrica, la positiva y la negativa. Dos cargas eléctricas
del mismo signo (las dos positivas o las dos negativas) se repelen. Por el
contrario, si las dos cargas eléctricas son de distinto signo (una positiva y
la otra negativa), habrá atracción entre ellas.
La
materia por defecto es eléctricamente neutra. Un cuerpo se encuentra cargado
cuando ha perdido o ganado electrones, de manera que algunos átomos ya no
tienen el mismo número de electrones que de protones y por tanto se denominan
iones. Un átomo se cargará positivamente si pierde electrones y se cargará negativamente
si gana electrones.
Cargar
o electrizar un cuerpo consiste en conseguir que el número de electrones de
algunos de sus átomos no sea igual al número de protones.
Existen
dos métodos fundamentales para cargar un cuerpo: por contacto y por inducción o
frotamiento.
Electrización por contacto:
Cuando un cuerpo cargado se pone en contacto con otro, la carga eléctrica se
distribuye entre los dos y, de esta manera, los dos cuerpos quedan cargados con
el mismo tipo de carga.
Electrización por frotamiento: Al
frotar un cuerpo fuertemente con un paño, este se carga positiva o
negativamente dependiendo de su tendencia a perder o ganar electrones
respectivamente. Por ejemplo al frotar una barra de vidrio, ésta se cargará
positivamente.
Electrización por inducción: Un
cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro.
Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una
interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro. Como
resultado de esta relación, la redistribución inicial se ve alterada: las
cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo electrizado se acercan a éste.
En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha
variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas está cargado positivamente y
en otras negativamente.
Decimos
entonces que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo
electrizado induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo
tanto lo atrae.
Debido
a que la estructura de los materiales difiere notablemente de unos a otros, no
todos los cuerpos permiten el paso de la corriente eléctrica con la misma
facilidad.
A
los que menor oposición presentan se les denomina materiales conductores.
Entre ellos, destacan el oro y la plata; pero su elevado precio hace que sólo
se empleen en aparatos electrónicos de precisión. Los materiales comúnmente
empleados son el cobre y el aluminio, ya que son más económicos.
Los
materiales aislantes son materiales que se oponen
casi totalmente al paso de corriente eléctrica. Buenos ejemplos de aislante son
la madera, el plástico, el papel, la porcelana, los barnices aislantes,
etcétera ya que aun sin favorecer el paso de electrones, en ciertas condiciones
“especiales”, no existen materiales aislantes.
Este
tema de gran interés en los alumnos es necesario se acompañe de videos
explicativos y actividades principalmente de tipo experimental que hará que los
alumnos ademas de comprender mejor el tema les parecerá más atractivo.
A
continuación agregamos algunas sugerencias que pueden ayudar a complementar el
tema en clase.
La electricidad
estática
provee cargas del mismo
polo a cada cabello, por
esto los cabellos se
separan y repelen entre sí.
Electrización de materiales
provee cargas del mismo
polo a cada cabello, por
esto los cabellos se
separan y repelen entre sí.
Electrización de materiales
A veces, especialmente cuando el
clima
está seco, al peinarte con un peine
de plástico se puede observar que del
cabello saltan pequeñas chispas, a la
vez
que se escuchan chasquidos; además,
el pelo es atraído por el peine. Lo
mismo
sucede con algunas prendas al frotarlas:
despiden chispas y chasquidos.
También,
en otras ocasiones al tocar un objeto
metálico o a una persona sientes un
toque. Alguna vez te has preguntado,
¿por qué ocurren estos fenómenos?
Chispas producidas
por la fricción entre la
suela del zapato y la
alfombra.
____________________
¿Se atraen o rechazan?
Observa, analiza y explica.
Materiales:
• Globo mediano
• Bolsa de plástico
• Hoja de papel cortada en trozos pequeños
• Un poco de agua
Manos a la obra. Formen equipos para trabajar.
Inflen el globo y háganle un nudo. Acerquen el
globo a los pedacitos de papel. ¿Qué observan?
Ahora, froten el globo con el cabello seco de
algún compañero y aproxímenlo a los pedacitos
de papel. ¿Qué ocurre?
Acerquen la bolsa de plástico a los pedacitos
de papel. ¿Qué sucede?
Froten nuevamente el globo con el cabello y
aproxímenlo a la bolsa de plástico. Anoten sus
observaciones.
Ahora, acerquen la bolsa de plástico a los
pedacitos de papel. Describan lo que sucede.
Froten nuevamente el globo con el cabello e
intenten pegarlo a la pared del salón. Anoten sus
observaciones.
Mojen el globo con un poco de agua y
acérquenlo nuevamente a los pedacitos de papel.
¿Qué ocurre?
¿Qué propiedad adquirió el globo cuando lo
frotaron con el cabello?
En la actividad anterior observaste que al
frotar el globo con el cabello adquiere la
propiedad de atraer cuerpos, por ello los
pedacitos de papel y la bolsa se adhieren
a él. A este fenómeno se le llama
electrización, e involucra una forma de
energía. Cuando el globo se moja pierde
esta propiedad.
____________________
Formas de electrizar un cuerpo
Tales de Mileto (639-546 o 547 a.C.), filósofo
griego, descubrió que al frotar el ámbar –una
resina de árbol endurecida–, en sus prendas
de algodón, podía atraer cuerpos ligeros como
semillas de pasto. Ámbar en griego se dice
élektron, por eso a esta propiedad se le llamó
electricidad.
Ámbar. Resina de origen vegetal producida por algunos troncos de
árboles para su protección y que se endurece con el paso del tiempo.
La electricidad se encuentra a nuestro
alrededor, eso lo demuestran las chispas que
desprenden nuestras prendas de vestir, los
relámpagos que se producen durante una
tormenta, o la atracción que ejerce un globo
cuando lo frotas con tu cabello o con una
prenda.
La electrización de un cuerpo se logra
mediante frotamiento, contacto o inducción:
• Frotamiento. Como su nombre lo indica,
ocurre al frotar un cuerpo con otro. Por
ejemplo, cuando frotaste el globo con el
cabello.
• Contacto. Cuando un cuerpo ya electrizado
toca a otro y le transfiere esta propiedad. Por
ejemplo, cuando tocaste el globo electrizado
con la bolsa de plástico.
• Inducción. En este caso no hay contacto
entre objetos, ocurre a distancia cuando se
aproxima un cuerpo electrizado a otro. Por
ejemplo, cuando acercaste el globo y la bolsa
de plásti MÉTODOS DE ELECTRIZACIÓN
¿Se atraen o rechazan?
Observa, analiza y explica.
Materiales:
• Globo mediano
• Bolsa de plástico
• Hoja de papel cortada en trozos pequeños
• Un poco de agua
Manos a la obra. Formen equipos para trabajar.
Inflen el globo y háganle un nudo. Acerquen el
globo a los pedacitos de papel. ¿Qué observan?
Ahora, froten el globo con el cabello seco de
algún compañero y aproxímenlo a los pedacitos
de papel. ¿Qué ocurre?
Acerquen la bolsa de plástico a los pedacitos
de papel. ¿Qué sucede?
Froten nuevamente el globo con el cabello y
aproxímenlo a la bolsa de plástico. Anoten sus
observaciones.
Ahora, acerquen la bolsa de plástico a los
pedacitos de papel. Describan lo que sucede.
Froten nuevamente el globo con el cabello e
intenten pegarlo a la pared del salón. Anoten sus
observaciones.
Mojen el globo con un poco de agua y
acérquenlo nuevamente a los pedacitos de papel.
¿Qué ocurre?
¿Qué propiedad adquirió el globo cuando lo
frotaron con el cabello?
En la actividad anterior observaste que al
frotar el globo con el cabello adquiere la
propiedad de atraer cuerpos, por ello los
pedacitos de papel y la bolsa se adhieren
a él. A este fenómeno se le llama
electrización, e involucra una forma de
energía. Cuando el globo se moja pierde
esta propiedad.
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Formas de electrizar un cuerpo
Tales de Mileto (639-546 o 547 a.C.), filósofo
griego, descubrió que al frotar el ámbar –una
resina de árbol endurecida–, en sus prendas
de algodón, podía atraer cuerpos ligeros como
semillas de pasto. Ámbar en griego se dice
élektron, por eso a esta propiedad se le llamó
electricidad.
Ámbar. Resina de origen vegetal producida por algunos troncos de
árboles para su protección y que se endurece con el paso del tiempo.
La electricidad se encuentra a nuestro
alrededor, eso lo demuestran las chispas que
desprenden nuestras prendas de vestir, los
relámpagos que se producen durante una
tormenta, o la atracción que ejerce un globo
cuando lo frotas con tu cabello o con una
prenda.
La electrización de un cuerpo se logra
mediante frotamiento, contacto o inducción:
• Frotamiento. Como su nombre lo indica,
ocurre al frotar un cuerpo con otro. Por
ejemplo, cuando frotaste el globo con el
cabello.
• Contacto. Cuando un cuerpo ya electrizado
toca a otro y le transfiere esta propiedad. Por
ejemplo, cuando tocaste el globo electrizado
con la bolsa de plástico.
• Inducción. En este caso no hay contacto
entre objetos, ocurre a distancia cuando se
aproxima un cuerpo electrizado a otro. Por
ejemplo, cuando acercaste el globo y la bolsa
de plásti MÉTODOS DE ELECTRIZACIÓN
Existen tres métodos
fundamentales para electrizar la materia: por frotamiento, por contacto y por
inducción.
ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO
1. Suspende de un hilo un globo
inflado y frótalo con un trozo de
tela. Aproxima la tela al globo.
2. Frota ahora una varilla de
plástico con un trozo de tela y
acerca la varilla al globo.
3. Por último, frota una varilla
de
vidrio con un trozo de seda y
luego acerca aquella al globo.
Actividades:
a) En el experimento 1, ¿qué
ocurre al acercar el globo al trozo de tela tras ser frotados ambos?
b) En el experimento 2, ¿qué le
ocurre al globo al aproximarle la varilla de plástico: es atraído o repelido
por esta?
c) En el experimento 3, ¿qué le
ocurre al globo al acercarle la varilla de vidrio: es atraído o repelido por
esta?
USANDO EL VERSORIO
En los primeros experimentos con
la electricidad, los
científicos la producían frotando
ciertos materiales. Fue
W. Gilbert quién inventó en 1600,
el primer instrumento
eléctrico, el versorio. Objetos
como el papel adquirían
carga eléctrica al ser frotados y
hacían que el indicador
del versorio se desplazara hacia
ellos. Gilbert denominó
a estas sustancias atractivas
“eléctricas”, y a aquellas
sustancias que no atraían el
indicador del versorio, “no
eléctricas”.
Realiza las siguientes
experiencias usando los materiales que se especifican a continuación:
EN LA MANO SE FROTA CON EN EL
VERSORIO RESULTADO
Regla Seda Regla
Regla Lana Regla
Regla Seda Vidrio
Vidrio Lana Vidrio
Peine Lana Peine
Peine Seda Regla2
ELECTRIZACIÓN POR CONTACTO
Tiene lugar cuando se pone en
contacto un cuerpo no cargado y aislado con otro cargado por frotamiento. Para
su
estudio vamos a utilizar un
péndulo eléctrico. El péndulo eléctrico consiste en una bolita de médula de
sauco que
cuelga de un soporte por medio de
un fino hilo de seda.
1. Vamos a construir un péndulo
eléctrico:
Fabrica una bolita con espuma de
poliestireno expandido (plástico aislante) y únela a un hilo de seda de
aproximadamente 15 cm de largo.
Sujeta el hilo a una nuez con gancho,
unida a su vez, a un soporte
aislante.
2. Se frota con un paño una barra
de ebonita (se puede utilizar un bolígrafo de plástico) y se aproxima al
péndulo.
Al principio el péndulo es atraído, pero
tras el contacto con la barra de ebonita electrizada, la bolita del
péndulo es repelida.
3. Se frota un tubo de vidrio con
un paño de seda y se aproxima al péndulo.
Al principio el péndulo es atraído, pero
tras el contacto con el tubo de vidrio, la bolita del péndulo es
repelida.
4. Se cuelgan del soporte
aislante dos bolitas de poliestireno (procura que las dos queden a la misma
altura y a una
distancia de 1 cm
aproximadamente).
5. Una vez frotada la barra de
ebonita con un paño, se procura que toque ambas bolitas simultáneamente. Se
retira
la barra.
Observa como interaccionan las dos bolitas.
6. Descarga las bolitas
tocándolas con la mano y repite la experiencia con un tubo de vidrio.
7. Descarga las bolitas
tocándolas con las manos y acerca simultáneamente la barra de ebonita a una de
las bolitas
y el tubo de vidrio a la otra.
Observa lo que sucede.3
Laboratorio. Optativa de ESO.
Métodos de electrización
Actividades:
a) ¿Cuál crees que es la causa de
que la bolita del péndulo sea atraída cuando se aproximan la barra de ebonita o
el
tubo de vidrio?
b) ¿Cuál crees que es la causa de
que la bolita del péndulo sea repelida cuando entra en contacto con la barra de
ebonita o con el tubo de vidrio?
c) ¿Qué sucede cuando la barra de
ebonita o el tubo de vidrio tocan simultáneamente ambas bolitas?
d) ¿Qué sucede cuando se acerca
simultáneamente la barra de ebonita a una bolita y el tubo de vidrio a la otra?
e) Distingue en cada caso cuál es
el cuerpo cargado por frotamiento y cuál es el cuerpo no cargado y aislado.
ELECTRIZACIÓN POR INDUCCIÓN
Para electrizar un cuerpo, no es
imprescindible que exista contacto entre el cuerpo cargado y el que se quiere
electrizar. Para su estudio vamos
a utilizar el electroscopio.
1. Vamos a construir un
electroscopio. Para ello, necesitamos, un frasco de vidrio, un tapón de corcho,
un alambre
de cobre y una lámina de estaño o
de aluminio.
Se dobla un hilo de cobre en forma de “L”
y se introduce el extremo largo en un tapón de corcho de manera
que sobresalga del mismo.
Se corta una tira de papel de estaño o de
aluminio de 1 cm de ancho y 8 cm de
longitud.
Se cuelga del extremo inferior del hilo
de cobre la tira estrecha de papel de estaño doblada por la mitad, y se
introduce el tapón de corcho con
el alambre en un frasco de vidrio, de manera que el conjunto quede
aislado.
2. Se comprueba que el
electroscopio está descargado, es decir, que las tiras de papel de estaño o
aluminio se
encuentran en su posición
natural. Si estuviesen separadas, bastaría con tocar con un dedo el extremo
exterior
del hilo de cobre para que se
volvieran a juntar.
3. Se frota una barra de ebonita
con un trozo de lana o franela. Tras cargar por frotamiento la barra de ebonita,
se
aproxima al extremo exterior del
hilo de cobre, sin ponerla en contacto con él. Comprobaremos que las tiras de
papel de estaño o aluminio se
separan, pero en vez de continuar separadas, retornan a su posición normal nada
más alejar la barra de ebonita.co
a los pedacitos de papel.
