TEMARIO FISICO-QUÍMICA 1º BACHILLERATO BLOQUE 7: DINÁMICA. LEY DE COULOMB Y ELECTROSTÁTICA ELECTRICIDAD Y ELECTROSTÁTICA

Transcripción

1 TEMARIO FISICO-QUÍMICA 1º BACHILLERATO BLOQUE 7: DINÁMICA. LEY DE COULOMB Y ELECTROSTÁTICA ELECTRICIDAD Y ELECTROSTÁTICA 1

2 Qué es y para qué sirve? Electrostática Un fenómeno que todos hemos presenciado alguna vez es la descarga eléctrica producida durante una tormenta, o lo que viene a ser lo mismo, todos hemos visto algún rayo. Esta descarga es producida por la acumulación de cargas eléctricas en las nubes. El rozamiento producido entre las gotas de agua que componen las nubes provoca que éstas se carguen eléctricamente. El relámpago es un ejemplo de electricidad estática. Otros ejemplos de electricidad estática son la crepitación al peinarse o al quitarse un jersey de lana. Todos estos casos tienen en común que se producen al frotar dos objetos (gotas de agua; peine y pelo; jersey y pelo). El frotamiento hace que se arranquen electrones de uno de los objetos y que se peguen al otro, de manera que quedan cargados positiva y negativamente. Podríamos cargar eléctricamente algunos objetos? Ahora podremos observar cómo algunos materiales se pueden cargar eléctricamente con facilidad y la interacción que se produce entre ellos. Es importante recordar que este efecto lo podemos ver sólo en objetos aislantes, como plástico, pelo, lana, etc. Si fuera un material conductor, las cargas podrían moverse y hacer tierra fácilmente, con lo que el objeto se descargaría. Por eso se ponen pararrayos en las casas. 2

3 Las manos en la masa Quién se atrae y quién se repele? Como ya sabemos, las cargas eléctricas del mismo signo se repelen y las cargas de diferente signo se atraen. Nosotros podemos reproducir este experimento de manera muy sencilla: Materiales: 2 globos (de agua) unidos por una cuerda o hilo largos. Un paño de lana. Procedimiento: 1. Se frotan los dos globos con el trapo de lana. Cuando estén cargados, los globos se pegarán al vidrio de la ventana o a tu mano! 2. Se toma el hilo por su punto medio y se dejan los globos colgando, de forma que estén a la misma altura. Trata de acercar los globos, bien dándole un pequeño empujón a uno de ellos o asiendo un globo y llevándolo hacia el otro. Qué ocurre? Los dos globos permanecen separados, si intentamos acercarlos se mueven para separarse de nuevo. Ello es debido a que tienen la misma carga. La carga se generó al frotar los globos con la lana. La lana cedió electrones a los globos, quedándose con carga positiva. En cambio, los globos se quedaron con carga negativa. Los globos se repelen, pero en cambio, se pegan a nuestra mano o al vidrio de la ventana. Aunque la mano y el vidrio son inicialmente neutros, al aproximarse un objeto cargado (globo) las cargas se redistribuyen en su superficie de forma que las cargas positivas estos objetos se aproximan a las cargas negativas de los globos, y por ello ambos se atraen. Qué pasa si aproximamos a los globos fósforos o alambre de cobre? 3

4 Los fósforos y el alambre de cobre tienen tendencia a perder electrones y quedarse cargados positivamente. Por tanto, pueden fácilmente redistribuir sus cargas para que sus cargas positivas atraigan a las cargas negativas de los globos. Otro experimento que permite ver este fenómeno de forma sencilla: Materiales: Unos recortes pequeños de papel. Un globo (no debe ser de plástico demasiado fino). Procedimiento: En primer lugar llenamos el globo de aire y luego lo frotamos con un paño de lana o con el pelo. Al aproximar el globo a los recortes de papel vemos que algunos se ponen de pie y saltan hacia el globo. Explicación: El globo lleno de aire se carga de electricidad negativa por frotamiento con el paño de lana. Al aproximar el globo cargado de electricidad a los papelitos inicialmente neutros, éstos se cargan de electricidad por inducción (sin contacto). Por último, se genera una fuerza atractiva entre las cargas negativas del globo y las cargas positivas que se acumulan en los papelitos. Es importante que los recortes de papel sean pequeños y ligeros para que la fuerza eléctrica pueda superar la fuerza de la gravedad. 4

5 Otros experimentos en que al acercar objetos con carga se mueven, los vemos en las fotos: En la de la izquierda, se atraviesa una cañita de refresco con un alfiler y se coloca sobre un tapón. Es importante comprobar que la cañita gira con facilidad. Se frota con una paño de lana (o con el pelo) uno de los extremos de la cañita. Luego se frota la otra cañita. Si se acerca la cañita de refresco a la que está pinchada en el corcho, ésta gira sobre su eje alejándose de la primera. Ello se debe a que tienen la misma carga (negativa) y se repelen. En el segundo experimento, se coloca un fósforo sobre el canto de una moneda (para mantener ésta en vertical se puede trabar hundiéndola en un cartón o colocarla sobre otra moneda, como en la foto). Una vez esté todo en pie, se coloca un vaso transparente encima, y se le acerca un globo cargado (lo hemos frotado antes con lana). Al acercar el globo al vaso, veremos cómo la cerilla empieza a girar sobre la moneda, debido a que se inducen cargas positivas en el fósforo, y se produce una la atracción entre cargas de distinto signo. En el último experimento de esta serie, utilizaremos un electroscopio (foto inferior). Podemos comprar el electroscopio por Internet, pero también podemos fabricarnos uno así: se coge un alambre de cobre rígido, y uno de los extremos se enrolla en espiral como se ve en la figura. Un poco más abajo, lo doblamos en ángulo, como haciendo un escalón, y lo usamos para atravesar un cartón circular. Luego lo aseguramos con cinta adhesiva (cinta negra de la foto). Una vez atraviesa el cartón, el otro extremo del hilo de cobre se dobla en forma de gancho (fotos de la página siguiente) y colocamos dos láminas de papel de aluminio en el gancho. Luego metemos este extremo en un frasco de vidrio. 5

6 Al acercar un globo cargado al electroscopio, y tocar la espiral, a través del alambre de cobre se induce carga del mismo signo (negativa) en las dos láminas de aluminio, y las láminas se separan. Se pueden probar otros materiales como bolígrafos de plástico cargados. Cuáles son más efectivos? Más experimentos con ELECTRICIDAD: Bola de plasma. En esta segunda parte de la práctica, vamos a utilizar una bola de plasma, que es barata (unos diez euros) y podemos comprar en tiendas de juguetes o a través de los grandes distribuidores de Internet. La bola de plasma parece una bombilla. En su interior tiene una bobina de Tesla (barrita central de la foto) capaz de inducir altas tensiones. Rodeando la bobina, hay un gas a muy baja concentración. Cuando conectamos la bola de plasma al enchufe, la bobina de Tesla entra en funcionamiento, y las tensiones que induce provocan la ruptura dieléctrica del gas, es decir, el gas pierde parte de sus electrones y se queda cargado positivamente. Podemos ver el recorrido de los electrones como pequeños rayos entre la bobina y la superficie de la bola. Si apagamos la luz podemos ver las descargas eléctricas muy fácilmente. Si tocamos ahora la bola de plasma con los dedos, vemos que la mayor parte de los rayos se dirigen ahora a los dedos. Con una bola pequeña, no notaremos nada o si somos sensibles, notaremos un leve cosquilleo. Lo que ocurre es que estamos actuando como conductores, haciendo que la electricidad llegue a tierra. Es decir, estamos actuando como los pararrayos de las casas. Para la siguiente parte de la práctica, necesitamos fabricar un gorrito para la bola con una lámina de aluminio (foto). Le dejamos una especie de nariz de Pinocho (foto). Qué crees que pasa cuando cubrimos la bola de plasma con el gorrito y luego tocamos la nariz con una bombilla Led? 6

7 El gorro de aluminio concentra las descargas eléctricas, y al tocar la nariz con la bombilla, ésta se enciende. Se te ocurre como apagarla? En efecto: tocando nosotros el gorro con el dedo. Lo que demuestra que somos unos grandes conductores! El encendido de la bombilla se puede lograr únicamente por conducción eléctrica (corriente)? O puede ser también efectos de campo eléctrico? Se encendería la bombilla si la aproximamos a la bola pero sin tocarla? Haz el experimento! 7

8 PROYECTO FCT