CDCC-USP-SÃO CARLOS Programa Educ@r
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4) Coloque el imán cerca de los pedazos de papel cortados y del aluminio. Que sucede? Trate de dar una explicación a lo que ocurrió, recordando el “Proyecto Magnetismo”.
Los cuerpos, normalmemte, están con las cargas en equilibrio, esto es, la carga positiva es igual a la negativa. El cuerpo, como un todo, parece no tener carga - por lo que es llamado de cuerpo neutro - no obstante, si friccionamos el cuerpo, algunas cargas son arrancadas, pasando para el objeto que esta friccionando. Con eso el cuerpo friccionado permanece con un resto de cargas - el está cargado. Si el canuto permanece con carga positiva, él atraerá todas las cargas negativas que estuviesen cerca, rechazando las positivas.
Cuando acercamos un cuerpo con cargas positivas de uno no cargado, las cargas se moveran para el interior del cuerpo cargado. Las cargas negativas corren para el lado donde se encuentra el cuerpo cargado y las cargas positivas son repelidas para el otro lado ( este fenómeno es llamado de “inducción eléctrica”). Con eso el cuerpo sufre una acción de una fuerza grande de atracción, pues las cargas negativas están proximas del cuerpo cargado, mientras que las positivas (que causarían repulsión) están distantes. Esto hace que el cuerpo que no tiene carga se aproxime (sea atraído) por el cuerpo con carga (Fig 8). Estas fuerzas eléctricas son de naturaleza diferente de las fuerzas magnéticas, es por eso que el imán no manifiesta interacción con el sistema eléctrico.
Figura
8: Aproximando un cuerpo con carga positiva.
Los experimentos de electrización por fricción son conocidos hace más de dos mil años. Es claro que en aquel tiempo no había canuto plastico, ni peine de plástico. Sin embargo, estos fenómenos ocurren también en el ámbar, llamado en griego de elektron. Fué esta la palabra griega que dió origen a la moderna palabra “electricidad”.
La teoría moderna de electrización se fundamenta en el hecho, ya establecido, de que todos los cuerpos son formados por átomos. Cada átomo contiene un núcleo, con determinada carga eléctrica positiva, que se debe a la presencia en el núcleo de partículas llamadas “protones”. Los protones están fuertemente ligados al núcleo de los átomos de forma que,Solamente los electrones pasan de un cuerpo para otro, en el proceso de electrización. De esta manera, podemos decir que un cuerpo está electrizado cuando tiene exceso o falta de electrones. Sí hay exceso de electrones, el cuerpo está electrizado negativamente, si hay falta de electrones el cuerpo está electrizado positivamente. Cuando el número de electrones es igual al de protones se dice que el cuerpo es neutro.
Figura
9: Esquema de montajes
En qué caso la lampara encendió?
En los casos en que la lampara encendió, decimos que el alambre es conductor de lectricidad. Cuando el alambre tiene condiciones de conducir electricidad decimos que él es un “buen conductor”, en caso contrario, decimos que él es “mal conductor” o “aislante”. El cabo eléctrico es un buen conductor con revestimiento de aislante, para no permitir que la eléctricidad escape cuando, por casualidad, el cabo se aproxime de un buen conductor.
Cuando la lampara enciende, la eléctricidad salió de un extremo de la pila , recorrió el hilo conductor, atravesó la lampara y regresó al otro extremo de la pila, recorriendo un “circuito eléctrico”cerrado.
3) Tome una lampara rota y examinela, de acuerdo con su criterio, cuál debe ser la disposición en la parte no visible, para que la electricidad pueda recorrerla, atravesando el filamento (que se enciende cuando es calentado por la corriente eléctrica). Dibuje un corte de la situación.
4) Arme el circuito de la figura 10, colocando en el lugar de x, uno por uno, los materiales indicados en la lista. Complete el cuadro 1 con los resultados del experimento.
Figura 10: Montaje de un circuito.
Material |
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Plástico
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Goma
de borrar
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Corcho
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Grafito
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Moneda
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Lata
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Isopor
(styrofoam)
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clavo
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Cuando, por un tubo pasa una cantidad de água durante un determinado tiempo, se dice que por el tubo circula una “corriente de agua”. De la misma forma, cuando por un hilo conductor pasa electricidad durante un determinado tiempo, diremos que por el hilo conductor circula una “corriente eléctrica”.
Constatamos que la fricción puede separar las cargas eléctricas y que estas pueden moverse en el interior de la matéria. La corriente eléctrica que se desprende friccionando cuerpos es muy pequeña. Para conseguir una corriente eléctrica considerable es necesário hacerlo con pilas y generadores eléctricos.
La corriente eléctrica puede calentar cables eléctricos en su paso. Un hilo conductor especial que se calienta mucho, a punto de iluminar, es el filamento de las lámparas (Figura 11).
Figura 11: Esquema de una lámpara (lámpara incandescente)
Como se puede interpretar, electrónicamente, el paso de la electricidad por el cable? Decimos que por el cable pasan electrones. Sin embargo, los electrones no recorren totalmente el hilo conductor, ellos empujan los “electrones libres” que existen en el hilo conductor, hasta obligar un cierto número de electrones, igual al que entró por uno de los extremos, a salir por el extremo opuesto (Figura 12).
Figura
12: La figura ilustra la corriente eléctrica pasando por un conductor.
La existencia de esos “electrones libres” en el hilo conductor se debe a la compsosición química del material del hilo conductor. Metales, por ejemplo, presentan un gran número de electrones libres los cuales, por no estar presos al núcleo de los átomos, tienen mucho más facilidad de moverse permitiendo de esa forma el movimiento y “empujones” de unos electrones sobre los otros. Por el contrário, existen materiales como la goma, que no tienen electrones libres. Sus electrones están siempre ligados a sus respectivos núcleos, no pudiendo, de esa forma, transferir movimiento para los otros electrones que también están ligados al núcleo.
Para que los electrones se muevan es necesário que sean atraídos por un extremo del conductor, de la misma forma en que los papelitos eran atraídos por el peine (recuerde el proyecto 1: magnetismo). Cuando ellos llegan allí deben ser removidos para el otro extremo del conductor, cerrando de esa forma el circuito. Para esta operación es necesário energía. Esta energía eléctrica puede ser obtenida a partir de una otra forma de energía, como la energía química de las pilas de linterna o la energía mecánica de los saltos de agua, que transforman energia mecánica en energía eléctrica como en las plantas hidroeléctricas. También la energía eléctrica puede transformarse en otra forma de energía. Es el caso de la energía luminosa, originada en el filamento de la lámpara cuando una corriente eléctrica lo recorre y el caso de la energía calorífica de una ducha eléctrica.
Para conseguir que el filamento de la lámpara emita luz debemos dejarlo a una tempertaura superior de 1500oC. Para soportar esa temperatura necesitamos usar como material en el filamento el tungsteno (el hierro se fundiría) y dejar el filamento lejos del oxígeno del aire (en caso contrário se quemaria). Con este propósito él es colocado en el interior del bulbo de la lámpara, donde se coloca el gás que no contenga oxígeno (nitrógeno puro) y a baja presión. Esa baja presión hace que la lámpara imploda cuando ella cae en el suelo.