Electroscopio

De Física Itinerante
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Ficha del experimento
Autor(es) original(es) Jorge Anais y Jacqueline Rubio
Área(s) abarcadas Electromagnetismo
Nivel de enseñanza Sexto Básico, Cuarto Medio
Contenido curricular abordado
* Sexto Básico

Unidad 2. Fuerza y movimiento: energía eléctrica.

  • Cuarto medio

Fuerza y movimiento: electricidad

A través del siguiente experimento, se introducirán los conceptos de carga eléctrica y fuerzas eléctricas enmarcándose en un experimento de fácil armado, realización y explicación: el electroscopio. Este consiste en un frasco de vidrio el cual posee una configuración tal que puede ser cargado. Al hacerlo, dentro del frasco se observa una repulsión de dos objetos debido a la carga de igual signo. Extensiones del experimento son propuestas, junto con explicaciones de los fenómenos involucrados.

Introducción

Muchas veces nos ha pasado que al quitarnos la ropa escuchamos unos chasquidos, que al bajarnos de un vehículo sentimos una descarga o que al tocar a un amigo sentimos que nos ha dado la corriente. Y tal vez, si somos lo suficientemente curiosos nos preguntemos ¿qué esta pasando?

Como nosotros, los griegos hace 2500 años notaron que al frotar el ámbar, éste atraía pequeños objetos como plumas y pequeñas pajas. Esto dio origen al fenómeno que hoy entendemos como electricidad, que viene de la palabra griega ἤλεκτρον (élektron) y que quiere decir ámbar.

Para explicar este fenómeno, Benjamín Franklin propuso que todo objeto posee una cantidad normal de electricidad y cuando dos objetos se frotan entre sí, parte de la electricidad se transfiere de un cuerpo a otro, así uno queda con exceso de carga y otro con una deficiencia de carga de valor igual. Estas cargas las llamó con los signos más y menos.

Al tipo de carga adquirida por una barra de vidrio frotada con un paño de seda la llamó positiva, lo cual significa que el paño de seda adquiría una carga negativa de igual magnitud.

Dos objetos que portan un mismo tipo de carga se repelen entre sí, mientras que si portan cargas opuestas se atraen entre sí.

La materia está formada, en general, por átomos eléctricamente neutros. Cada átomo está compuesto por un pequeño y masivo núcleo que contiene protones y neutrones. Los protones son partículas con carga eléctrica positiva, mientras que los neutrones no poseen carga. Rodeando al núcleo se encuentran los electrones: partículas con carga eléctrica negativa.

La carga del protón es e = 1,602177 x 10-19 C, mientras que la del electrón es -e = -1,602177 x 10-19 C. Toda las cargas en la naturaleza se presentan en cantidades enteras de la carga fundamental e.

Cuando dos objetos se frotan entre sí, uno de ellos queda con un exceso de electrones, por lo que queda cargado negativamente, mientras que otro con un déficit de electrones, por lo que queda cargado positivamente. La carga total, o sea, la suma de la de ambos objetos, no cambia. Es decir, la carga se conserva. Esta es una ley fundamental de la naturaleza.

En esta experiencia construiremos un Electroscopio. Éste es un instrumento que nos permitirá observar si un objeto está cargado. El Electroscopio consiste en un sistema de dos hojuelas móviles aisladas eléctricamente del exterior, excepto por un extremo donde se ubica el captador de carga. Al estar en contacto con un objeto, las hojuelas del Electroscopio se separan entre sí, producto de que ambas han adquirido una carga de igual signo, indicando que el objeto está cargado.

Procedimiento de armado del experimento

Material Precio Unitario Cantidad Precio Total Referencia
Frasco de vidrio (conservero) con tapa plástica (500 cc) $650 1 $650 Easy
Alambre de cobre (1 metro) $1.000 1 $1.000 Easy
Lámina de cobre (20 x 30 cm) $1.403 1 $1.403 Libreria Nacional
Huincha aisladora $690 1 $690 Homecenter Sodimac
Papel Bond de 150 g $ 190 1 $190 Librería Nacional
Figura 1.1: Trozo de cobre cortado con una pajita adherida.
Figura 1.2: Paso del alambre por la lámina y la pajita de la Figura 1.1.
Figura 1.3: Tapa del frasco conservero con el agujero hecho y sistema de la Figura 1.2 pasando a través de este.
Figura 1.4: Sistema de hojuelas a armar.
Figura 1.5: Electroscopio armado.

Para construir el electroscopio necesitaremos los siguientes materiales:

  • 1 frasco de vidrio con tapa plástica.
  • 15 cm de alambre de cobre.
  • 2 láminas de cobre de 11x2 cm2 y 6x6 cm2.
  • Hoja de papel bond (150 gr) de 8x10 cm2.
  • Cinta aislante.
  • Una pajita.

Además, también necesitaremos las siguientes herramientas:

  • Corta cartón.
  • Alicate.
  • Lápiz.
  • Regla.

Para armar el electroscopio, seguiremos los siguientes pasos:

  1. Corte una lámina de cobre, hágale un agujero en el centro y adhiérale una pajita, tal como se indica en la Figura 1.1.
  2. Haga pasar un trozo de alambre por el agujero hecho anteriormente y por la pajita, tal como se muestra en la Figura 1.2.
  3. Haga un agujero en la tapa del frasco conservero y haga pasar el sistema armado en el paso anterior por dicho agujero, como se muestra en la Figura 1.3.
  4. Cree el sistema que se muestra en la Figura 1.4, compuesto de nuestro sistema anteriormente mencionado, del que cuelga ahora una hojuela de cobre, de la que a su vez cuelga una hojuela de papel bond.
  5. Coloque la hojuela de papel en la abertura de la hojuela de cobre, tal como se muestra en la Figura 1.4, de manera que ésta pueda girar. Debe conseguir que la hojuela de papel quede en posición vertical cuando esta está descargada.
  6. Colocar la tapa con el sistema en el frasco (Figura 1.5).

Es muy importante lograr que el sistema de hojuelas quede bien aislado, podemos asegurarnos que está bien cuando, al cargar el Electroscopio, las hojuelas permanecen algunos segundos separadas después de retirar el objeto cargado. Para lograr que vuelvan a su posición normal, toca el receptor de cargas con tu dedo.

Preguntas con Respuestas

Pregunta 1. ¿Por qué las hojuelas se separan al estar en contacto con un cuerpo cargado?

Cuando se toca el captador de cargas con una barra de plástico cargada, se transfieren algunas cargas negativas de la barra al captador, y de éste son conducidas a las hojuelas, las cuales se separan entre ellas debido a la repulsión de sus respectivas cargas negativas. Si se toca con una barra de vidrio cargada positivamente, las hojas también se separan. En este caso, la barra de vidrio cargada positivamente atrae a los electrones del captador de carga dejándolo cargado positivamente, al igual que a las hojuelas.

Por otro lado, si simplemente se acerca un objeto cargado (sin tocar el receptor de cargas), esto también logrará el efecto.

Proposición de Actividades

Es interesante realizar la siguiente experiencia:

Cargamos el Electroscopio, de manera que las hojuelas estén separadas, luego acercamos fuego y observamos. Trata de dar una explicación a este suceso.

Referencias

Modelo de Electroscopio extraído de http://www.tecnoedu.com/F1000/ y el video http://www.youtube.com/watch?v=AGsi4EzdW9k.