lunes, 12 de mayo de 2014

Dos globos unidos por un hilo se repelen.

ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO

Dos globos unidos por un hilo se repelen.


Tenemos dos globos inflados unidos con una cuerda. Los cargamos por frotamiento con un trapo o un jersey para que se carguen ambos globos con la misma carga, por lo que al soltarlos, se repele. 

NOTA: observamos que si estamos muy cerca de los globos, el experimento no funciona porque el globo tiende a descargarse con el cuerpo más cercano posible. 

Hipótesis:

Cuando cargamos dos globos con el mismo material y a la vez, quedan cargados de la misma  manera y en la misma medida aproximadamente, por lo que se repelerán.
Una vez realizado el experimento comprobamos que nuestra hipótesis es cierta, pero que no debemos acercarnos a los globos, porque tienden a descargarse para volver a ser neutros, con nuestro cuerpo, que está unido a tierra.





 

VAN DER GRAAFF



Para las experiencias siguientes, utilizamos un Van der Graaff, que es un aparato electrostático que utiliza una cinta móvil para acumular electrones en una esfera de metal hueca, por lo que la carga siempre está en el exterior. Nosotros utilizaremos un Van der Graaff de 125 V.

El Van der Graaff y un péndulo.



Colocamos el Van der Graaff y el péndulo a una distancia pequeña y enchufamos el Van der Graaff para que la esfera se cargue negativamente (cuando las tiras de papel están erguidas). Podemos comprobar que el péndulo se balancea (atraída por inducción) hasta que toca una vez a la esfera del Van der Graaff y queda cargada negativamente. Se supone que, debido al movimiento de péndulo, la bola tocará otra vez el Van der Graaff, sin embargo, tras el contacto esta no volverá a tocar el aparato porque ambos tienen la misma carga y se repelen. Al apagar y descargar el Van der Graff, la esfera vuelve a tocar el Van der Graaff, pues ya no hay fuerza de repulsión.

NOTA: si se deja mucho tiempo el experimento, la bola adquiere una velocidad superior a la que es capaz de frenar la fuerza de repulsión y toca la esfera del Van der Graaff.



El Van der Graaff, un conductor y un péndulo.



Ahora colocamos entre el péndulo y el Van der Graaff un conductor a pequeña distancia de ambos, sin que haya contacto. Encendemos el Van der Graaff y la esfera se carga negativamente; sus cargas pasan por inducción al conductor, el cual también por inducción, provoca el movimiento del péndulo. En un momento el péndulo toca el conductor y queda cargado negativamente, provocando la situación de la experiencia anterior, es decir, la repulsión entre el péndulo y el conductor, hasta que apaguemos el Van der Graaff y descarguemos el conductor. 





Ramsden



Es un generador electrostático cuyo funcionamiento es muy sencillo. Se basa en la electrización por frotamiento y por inducción. En su movimiento de rotación, se electrizan positivamente el platillo de vidrio, y negativamente las almohadillas; pero como éstas comunican con el suelo por los pies de madera, en los cuales se hallan clavadas, pierden su electricidad al mismo tiempo que se produce. La carga positiva del platillo ejerce su influencia sobre los conductores, y atrae la carga negativa que, al desprenderse por las puntas, va a combinarse con la positiva del vidrio, por lo que la anula. Los conductores que pierden así su electricidad negativa, quedan electrizados positivamente. Por tanto, el platillo adquiere la carga negativa de los conductores. Por eso, al acercar la mano, salta una chispa, pues la mano tiene carga negativa y el aparato Ramsden carga positiva.

En esta experiencia comprobamos que está cargado cuando los papeles están rectos, y se descargan al acercarles la mano. También comprobamos que el cuerpo humano es conductor y que la carga se transmitía de unos a otros. 

Electróforo




Frotamos una plancha de plástico con la piel de gato. Muchos de los electrones de la piel de gato pasan al plástico por lo que queda cargado negativamente. A continuación, colocamos el electróforo sobre dicha plancha y algunos de esos electrones pasan al electróforo, quedando en su superficie. Lo tocamos con el dedo, lo que provoca que los electrones pasen por nuestro cuerpo a tierra y quede cargado positivamente el electróforo. Al acercar el electróforo cargado positivamente a un electroscopio, vemos que las dos láminas de aluminio se separan, pues ambas se cargan con cargas positivas y se repelen. 


Hipótesis:

En un primer momento, se carga la superficie del electróforo mediante fricción por rozamiento, quedando cargada negativamente. Pero si tocamos con el dedo, la carga pasará a través de nosotros a tierra, y su potencial, que era negativo, se igualará quedanado en 0.
A continuación, acercamos el electróforo al electroscopio, y viendo que el primero no está cargado, no debería pasar nada.
Vemos que al contrario de lo que pensábamos, las dos placas metálicas del electroscopio se separan.
¿Qué ha pasado?

La explicación se debe a que la carga que posee el electroscopio genera por inducción una carga eléctrica en el electróforo, distribuyendo sobre las dos láminas metálicas la misma carga eléctrica y generando por tanto una repulsión entre ellas.





 

Máquina de Wimshurst



Este aparato es un generador electrostático compuesto de dos discos que crea cargas eléctricas por inducción mediante el rozamiento del metal de estos dos discos con dos peines de metal situados cerca de la superficie de cada disco.

En esta experiencia hemos conectado estos peines con dos pares de condensadores electrostáticos, primeramente en paralelo y después en serie para comprobar en cuál de ellos había mayor resistencia.
Circuito en paralelo.

Circuito en serie.


El resultado final (se muestra a continuación) es que esta resistencia es menor en paralelo que en serie al igual que pasa con la corriente eléctrica. Esto es así ya que moviendo el generador a la misma velocidad aparecen chispas solo cuando está en paralelo.








Experiencia del humo iónico.





Encendemos una mecha y la metemos rápidamente en un matraz Erlenmeyer y un cable conductor. Se aprecia entonces que el matraz se llena de humo. Seguidamente lo aislamos tapándolo con un corcho que está atravesado por cable. Concectamos estos dos cables a un aparto Wimshurst que proporciona corriente eléctrica. Entonces el humo que hay dentro del matraz se ioniza y se repele a sí mismo por lo que el humo se expande hasta las paredes del matraz y deja de ser tan visible.



Wimshurst con molinillo eléctrico


Al comenzar este experimento partimos del supuesto que las aspas del molinillo no girarán, pues no hay viento ni ninguna otra fuerza que pueda hacerlo girar. 

Para realizar el experimento preparamos un aparato Wimshurst y lo conectamos su borne positivo con el molinillo eléctrico . A continuación hacemos girar el Wimshurst para producir una corriente eléctrica, que pasará a la varilla y de ahí a las aspas del molinillo. Observamos que el molinillo comienza a girar porque en la punta de sus aspas se acumula una gran cantidad de cationes y se crea un intenso campo que ioniza el aire.

Los iones negativos del aire son atraídos hacia la punta para intentar neutralizar lo cationes que se encuentran en esta y los cationes del aire son repelidos generando el viento iónico que impulsa el molinillo. El sentido en el que gire será el contrario al que estén dirigidas las puntas del molinillo.

Por lo tanto, al realizar el experimento observamos que el molinillo sí que era movido por un viento, el viento iónico que se formaba en la punta de las aspas. También hemos obtenido otra conclusión; el aire se ioniza y, consecuentemente, se convierte en conductor.




Un bolígrafo repele un chorro de agua.

ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO

Un bolígrafo repele un chorro de agua.

Al igual que en el caso de la electrización de los trozos de papel, el bolígrafo se carga negativamente al frotarlo con la piel de gato. Una vez cargado lo acercamos a un chorro de agua. El agua, al ser una sustancia diamagnética, es decir que se opone a cualquier cambio de carácter magnético, se opondrá al acercamiento de electrones desplazando todos los suyos a la parte más cercana al bolígrafo provocando una repulsión que altera la dirección del chorro.



Hipótesis:

 Al igual que en el caso de los papelitos de papel, el boli queda cargado negativamente gracias al frotamiento con una piel de gato. Pero el agua sabemos que es neutra, y por tanto no debería de experimentar desviación alguna al caer, ya que sobre ella solo ejerce fuerza la gravedad. Pero al hacer el experimento, comprobamos que el chorro de agua se desvía respecto a su trayectoria natural. ¿A qué se debe?

Lo que sucede es que la molécula de agua es neutra, tiene las mismas cargas negativas que positivas, pero gracias a su estructura, estas no se distribuyen de la misma manera. Esto es lo que denominamos como asimetría desde el punto de vista de la carga. Unas cargas van a parar a un extremo, las otras al otro, y el extremo cargado opuestamente se atrae por el chorro, desviándose de manera clara y perceptible.








domingo, 11 de mayo de 2014

Propiedades magnéticas del hierro


Disponemos de una estructura de hierro rodeada por una bobina por la que, al pasar una corriente eléctrica, se crea un campo magnético que permite que el otro trozo de hierro se mantenga unido a la estructura.

El hierro es un metal, y como la mayoría de ellos, tiene una estructura cristalina en la que se encuentra un mar de iones, es decir los electrones están deslocalizados. Como es una sustancia ferromagnética, al entrar en contacto con el campo creado por la corriente que pasa por la bobina, los electrones se desplazan hacia un extremo del hierro originando dos dipolos eléctricos, uno positivo y uno negativo, y creando un imán. Esta estructura que ya se comporta como un imán toca a la lámina de hierro que estaba colgando del hilo y, por contacto, la imanta (orienta sus electrones). Así, aunque cese la corriente, ambos trozos de hierro mantiene sus propiedades magnéticas y quedan unidos. Para separarlos basta con hacer pasar una corriente opuesta por la bobina que cree un campo contrario y este desoriente los electrones del hierro. A este proceso le denominamos histéresis. 
Contra lo que cabe suponer -que la lámina de hierro caiga al dejar de aplicar corriente eléctrica por la bobina- no es así, pues la fuerza magnética que se ha creado entre los dos imanes es bastante mayor a la de la gravedad. Los hierros se mantendrán unidos hasta que se los separe por histéresis. 




sábado, 10 de mayo de 2014

Oscilosopio


El osciloscopio es un instrumento de medición electrónico usado para la medición gráfica de señales electrónicas. En la pantalla el eje X mide el tiempo y el eje Y la tensión. En el momento inicial vemos que la representación de la señal que emite es una línea recta, pues no se le está aplicando ninguna variación. Al acercar un imán introducimos el flujo de electrones dentro de un campo electromagnético, por lo que esta línea se curva en un sentido u otro en función de la orientación de los polos del imán, del sentido del campo.

De este modo vemos que en el vídeo, cuando se acerca el imán con el polo norte a la (derecha o izquierda) el campo magnético va de la (derecha o izquierda) de la imagen hacia la (derecha o izquierda) por lo que el flujo de electrones se curva describiendo una curva (cóncava o convexa). Si se cambia el sentido del campo, también varía la forma de la curva. 

No es esta la única manera de variar la señal del osciloscopio, pues estos incluyen controladores de tensión de entrada que permiten observar la forma de una señal determinada. También tienen en su interior unas placas de desviación, tanto para el eje X como para el eje Y, por lo que al aplicarlas una diferencia de potencial se crea un campo que desvía la señal, pudiendo producir cualquier tipo de señal. 

Gracias a este artefacto, conociendo la velocidad con la que se disparan los electrones y el campo magnético se puede descubrir la carga del electrón. Con la carga de este y el radio de curvatura se puede descubrir también la relación entre la carga y la masa del electrón. 


domingo, 27 de abril de 2014

Una varilla de plástico atrae unos trocitos de papel.

ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO

Una varilla de plástico atrae unos trocitos de papel.



Primero hay que frotar la varilla con un paño de lana o con piel de gato o conejo, para que el plástico gane electrones, que pasan al paño, y adquirir así carga negativa. Este plástico, que está electrizado, es capaz de atraer a los pequeños papeles mediante inducción porque, aunque los trozos de papel son neutros, debido a su larga superficie, las cargas positivas se ven atraídas y las negativas repelidas. Las moléculas del papel se orientan así de modo que la parte positiva apunta hacia el bolígrafo, que tiene carga negativa, por lo que las atrae.

Hipótesis:

Al frotar conseguimos carga eléctrica negativa en la varilla. Pero los papeles que tenemos sobre la mesa no tiene carga, por lo que nada hace pensar que se experimente un cambio.
Cuando realizamos dicho experimento, observamos que la varilla cargada atrae a los papeles que en un principio tenían carga neutra, es decir, no estaban cargados. ¿Qué ha sucedido?

La explicación de dicho suceso se debe a que gracias a la superficie del papel, las cargas se distribuyen sobre ella y se posibilita que la carga positiva sea atraida por el bolígrafo, mientras que la negativa se repela. Esto explica a su vez, porqué el papel cuelga sobre uno de sus extremos, ya que esta parte es la cargada positivamente. Los electrones se quedan en la parte más alejada al boli y es por ello que actúan como un peso cuando se repelen, lo que hace que a la larga acaben cayendo del bolígrafo, ya que este se queda con una pate de las cargas positivas del papel.