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