7. Electricidade

Principal Arriba Enunciados

ELECTRIZACIÓN

O fenómeno da electrización está con frecuencia presente na nosa vida diaria. Fixémonos nunha serie de feitos:

  • Hai días secos nos que os pelos nos custa máis peitealos.
  • Cando nos sacamos un xersei pola noite na habitación notamos un pequeno estralo, mesmo na escuridade vemos un escintileo.
  • Ás veces dous separadores de plástico cústanos separalos, están como pegados.
  • Ao tocar a porta do coche notamos unha pequena descarga.
  • Nas treboadas escoitamos con temor os tronos que veñen despois da caída dun raio.

Estas son manifestacións de fenómenos de electrización. Este fenómeno xa era coñecido polos filósofos gregos. Estes fregaban un anaco de ámbar (resina fósil) cunha pel e atraían pequenos obxectos. En grego ámbar é elektron, de aí vén o nome de electrización para este fenómeno que consiste en adquirir carga eléctrica cando un corpo é fregado. Electricidade, electrón, electrización teñen todas a mesma raíz grega que provén da palabra ámbar. Podemos reproducir este experimento fregando unha barra de plástico para atraer pequenos anacos de papel.
 

Que é a carga eléctrica? Como xa vimos ao estudar os átomos estes teñen tantos electróns na cortiza como protóns no núcleo. Neste caso o átomo é neutro. Pero pode non selo, lembra tamén os ións que se formaban no enlace iónico. Se se formaba un ión positivo era porque perdía electróns negativos da súa cortiza, quedaba con máis protóns que neutróns. Pero non se pode perder un electrón se outro átomo non o gaña, neste caso fórmase un ión negativo, que terá máis electróns na cortiza que protóns no núcleo. Por tanto na electrización facemos pasar electróns duns corpos a outros. Uns corpos perden electróns e outros os gañan, pero a carga total débese de conservar, pois non aparecen nin desaparecen cargas. Isto coñécese como principio de conservación da carga eléctrica.

Cando fregamos un globo observamos o efecto da electrización. Os globos adquiren cargas eléctricas iguais e afástanse mutuamente, repélense.

CARGAS ELÉCTRICAS

Temos dous tipos de cargas as positivas e as negativas. Este nome debémosllo a Benjamin Franklin (1706-1790) científico norteamericano que inventou o pararraios.

As cargas positivas están materializadas polos protóns do núcleo dos átomos, e as negativas polos electróns da cortiza. Na materia non as apreciamos cando están en igual número unas que outras, dise que a materia é neutra. Pero se pasan electróns duns corpos a outros observamos fenómenos asociados a estas cargas, un corpo que perdeu electróns queda cargado positivamente e o corpo que gaña electróns queda cargado negativamente.

As cargas imos medir nunha unidade que se chama culombio (C). Recibe este nome en honra a Charles- Augustin de Coulomb (1736-1806) físico francés ao que debemos a lei de atracción de cargas.

A carga do electrón ten un valor de q(e) = 1,6·1019C

Se dividimos a carga dun culombio pola carga do electrón atopamos que un culombio é a carga que corresponde a 6,25·1018 electróns. Como a carga do culombio é moi grande úsanse frecuentemente submúltiplos do mesmo.

1μC = 106C      1nC = 109C      1pC = 1012C

PÉNDULO ELÉCTRICO

Para estudar o fenómeno da electrización podemos utilizar un péndulo eléctrico. É moi fácil de construír, basta un anaco de poliestireno expandido (coñecido como porexpán ou cortiza branca) recuberto de papel aluminio e colgalo dun fío. Cando fregamos un material de plástico e achegámolo ao péndulo eléctrico observamos un fenómeno de electrización, o plástico atrae ao péndulo eléctrico. Observa o seguinte vídeo:

No vídeo observamos o seguinte:

  • Cando achegamos a barra de plástico ao péndulo non ocorre nada.
  • Despois de fregar a barra de plástico cunha pel e achegala ao péndulo este é atraído cara a ela.
  • Cando se tocan a boliña de péndulo e a barra sepáranse inmediatamente.
  • Despois de separarse o péndulo e a barra repélense.
  • Cando tocamos o péndulo e a barra coa man xa non mostran o fenómeno da electrización.

Que está a ocorrer en cada un destes apartados?

Esta experiencia mostra os tres tipos de electrización que podemos observar na materia.

1. Electrización por frotamento.

Cando fregamos un corpo con outro corpo poden pasar cargas eléctricas (electróns) dun corpo ao outro. Un queda cargado positivamente (o que perde electróns) e outro queda cargado negativamente (o que gaña electróns). Neste caso a barra de plástico arrinca electróns da pel e cárgase negativamente e a pel perde electróns e cárgase positivamente.

2. Electrización por indución.

Cando achegamos un corpo con carga eléctrica a outro corpo neste prodúcese unha separación de cargas. As cargas do mesmo signo afástanse e as cargas de distinto signo achéganse ao corpo electrizado. Estas últimas, que están máis preto do corpo electrizado, fan que os dous corpos se atraian.

3. Electrización por contacto.

No caso anterior se se tocan os corpos as cargas de distinto signo que están próximas anúlanse, e o resultado é que ámbolos dous corpos quedan cargados coa mesma carga por transferencia de cargas dun corpo ao outro.

Que ocorre cando electrizamos dous péndulos á vez? A carga que adquiren é do mesmo signo e repeleranse. Vémolo no seguinte vídeo:

ELECTROSCOPIO

Un electroscopio é un aparello que contén dúas láminas metálicas que se poden separar. Se o electroscopio adquire carga as dúas láminas metálicas cárganse co mesmo signo e as láminas sepáranse. Canta máis carga adquira máis se separan as láminas do electroscopio. Se tocamos o electroscopio coa man descargamos o electroscopio e as láminas xúntanse.

O electroscopio tamén o podemos utilizar para pescudar se dous corpos cárganse con distinto tipo de carga. Fíxate no seguinte vídeo. Achegamos ao electroscopio dous corpos cargados diferentes: unha barra de metacrilato (transparente) e unha barra de poliestireno (branca). Fíxache no comportamento do electroscopio cando achegamos as barras.
 

Observamos que:

  • Cando achegamos o metacrilato electrizado as láminas do electroscopio sepáranse. Sabemos que o metacrilato adquire carga positiva. Por tanto as láminas de electroscopio sepáranse por estar cargadas ámbalas dúas con carga positiva.
  • Cando achegamos o poliestireno electrizado as láminas do electroscopio xúntanse. Se o poliestireno cargásese positivamente como o metacrilato as láminas separaríanse máis e non o fan, xúntanse. O poliestireno induce unha carga diferente que anula os efectos da carga positiva, é a carga negativa.
  • O mesmo ocorre cando actuamos ao revés, electrizamos o electroscopio co poliestireno e achegamos logo o metacrilato.

Temos por tanto dous tipos de cargas: positivas, en corpos que perden electróns, e negativas, en corpos que gañan electróns. 

Podemos construír un electroscopio cun tarro de marmelada, unha cortiza un arame e uns anacos de papel aluminio.

Outro aparello que nos permite almacenar carga eléctrica consiste nunha lámina metálica que se suxeita por un mango illante, é o electróforo de Volta. Observa o vídeo:

Saberías dicir por que se carga?

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

LEI DE COULOMB

Xa vimos que hai cargas positivas e cargas negativas. As cargas do mesmo signo repélense e as cargas de signos contrarios atráense. Pero de que depende a forza de atracción ou repulsión que experimentan as cargas eléctricas?

A resposta debémoslla ao físico francés Charles- Augustin de Coulomb (1736-1806)

Imaxinemos dúas cargas eléctricas de valor +Q1 e +Q2 separadas unha distancia d.

Experimentan unha forza de repulsión F.

Imaxinemos agora dúas cargas eléctricas de valor −Q1 e −Q2 separadas unha distancia d.

Tamén experimentan unha forza de repulsión F.

Por último, imaxinemos agora dúas cargas eléctricas de valor +Q1 e −Q2 separadas unha distancia d.

Agora a forza é de atracción e valor F. Pero canto vale dita forza en todos os casos?

Esta é a expresión da Lei de Coulomb, que di que a intensidade da forza de repulsión ou de atracción entre dúas cargas é directamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao cadrado da distancia que as separa.

Canto maiores sexan as cargas maior será a forza de interacción, e canto menor sexa a distancia entre as mesmas maior será a forza de interacción.

Nesta expresión hai unha constante de proporcionalidade K

Esta constante representa a forza con que se repelen dúas cargas de 1 coulombio separadas 1metro de distancia. Esta constante é válida para o aire e o baleiro, en calquera outro medio a constante é diferente. O seu valor tan alto xa nos indica a gran intensidade da forza eléctrica. Esta constante ten unidades e indícanos que unidades debemos usar para as cargas e para a distancia na lei de Coulomb.

Na lei de Coulomb unha forza positiva indícanos que as cargas teñen o mesmo signo e por tanto a forza é de repulsión, unha forza negativa indica que as cargas teñen distinto signo e a forza será de atracción.

SIMULACIÓN: LEI DE COULOMB, en phet.colorado.edu

SIMULACIÓN: LEI DE COULOMB, en educaplus.org

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

Arriba Enunciados
WWW.ALONSOFORMULA.COM
Formulación Inorgánica  Formulación Orgánica 
Formulación Inorgánica  Formulación Orgánica 
Formulació Inorgánica  Formulació Orgánica 
Ezorganikoaren Formulazioa  Nomenclature of Inorganic Q. 
Física y Química de ESO  Física e Química de ESO 
FQ de 1º de Bachillerato  FQ de 1º de Bacharelato 
Química de 2º de Bachillerato  Prácticas de Química