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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.