demostraciones de electrostÁtica
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DEMOSTRACIONES DE ELECTROSTÁTICA
Hugo Medina Guzmán PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ- DEPARTAMENTO DE CIENCIAS
LIMA-PERÚ [email protected]
La física de la electricidad es un tanto más difícil de aprender que la mecánica clásica ya
que los fenómenos eléctricos no son tan
intuitivos y fáciles de observar como los mecánicos. Es por eso que, en conjunto con la
teoría, es muy importante brindarle al alumno
la posibilidad de familiarizarse con los principios fundamentales de la electricidad.
En el presente trabajo se recopilan
experiencias simples realizables, con
elementos de uso cotidiano como hilo, corcho, frascos, clips, papel de aluminio,
plástico, etc.
Las nociones básicas que se pueden incorporar con estas prácticas son:
Existencia de cargas eléctricas y de fuerzas
electrostáticas.
Principio de conservación de la carga. Aislantes y conductores.
Inducción y polarización.
Carga neta y Puesta a tierra.
NOTAS PRELIMINARES
Este trabajo fue desarrollado en un largo tiempo y sin lugar determinado porque
cuando surge una idea, inmediatamente se
toma nota y se pone a prueba. Si funciona,
bien. Si no es así, se busca mejorarlo, o se abandona.
Por lo tanto, estas demostraciones se
trabajaron a lo largo de los años. Y lo más importante, algunas "se inventaron solas". A
la electrostática le gusta gastar bromas. Al
tratar una idea experimentalmente, a veces produce una sorpresa, y, aparece un efecto
nuevo. No dude en probar cosas.
Todos los aparatos han sido diseñados para
ser transportados al lugar de la conferencia por lo que se deben empacar en un espacio
mínimo de manera segura para el transporte
en un tiempo corto y estar listos para armarlos en forma rápida.
MATERIALES EMPLEADOS
Losas de tecknopor El tecknopor, firme, rígido y blanco, es
ampliamente disponibles. Utilizada para el
embalaje y la protección de los envíos de instrumentos y otras cosas. Gran parte de este
material se desecha. Es muy útil cuando se
necesita aislarse de tierra, parándose en una losa de un metro cuadrado y alrededor 3 cm.
de espesor o más será suficiente.
Diversos de tecknopor Vasos, esferas, bolitas que van a ser
empleados en diferentes demostraciones.
Pelotas de ping pong Estas para ser por conductoras deben ser
pintadas con pintura de grafito o con
carboncillo de lápiz.
DEMOSTRACIONES
1. ENCONTRAR LA CARGA DEL
GENERADOR. Se puede determinar cuál es la carga de dos
objetos diferentes después de frotarlos entre
sí. Algunos materiales tienden a aferrarse a
los electrones con más fuerza que otros. Si un material tiende a perder electrones cuando
entra en contacto con otro material, será más
positivo en la serie triboeléctrica. Si un material tiende a ganar electrones al entrar en
contacto con otro material, será más negativo
en la serie triboeléctrica.
Serie Triboeléctrica
Positivos al comienzo y negativos al
final
1. Manos
(Muy
positiva)
2. Piel de
conejo
3. Vidrio
4. Cabello
humano
5. Nylon
6. Lana
7. Piel
8. Plomo
9. Seda
10
Aluminio
11. Papel
12.
Algodón
13.
Madera
14. Ámbar
15. Jebe
duro
16. Níkel,
Cobre
17.
Bronce,
Plata
18. Oro,
Platino
19. Poliéster
20. Tecknopor
21. Saran Wrap
(Plástico)
22. Poliuretano
23. Polietileno
(Scotch)
24.
Polipropileno
25. Vinilo
(PVC)
26. Silicón
27. Teflón
(Muy negativo)
Usando una bolita, un estudiante puede
determinar la carga del generador. Cargue una bolita neutra por la frotación de un tubo
de plástico con lana. Toque la bolita con el
tubo de plástico (carga por conducción) y la
bolita se cargarán negativamente.
Cargue al generador y acérquele la bolita con carga negativa. El generador atraerá a la
bolita. Esto es una prueba de que el
generador es positivo.
Sin embargo, la atracción no prueba ni
determina la carga de un objeto, porque
incluso una varita neutral atraería una bolita negativa.
Ahora frote una varilla de vidrio con un pañuelo de seda o con un envoltorio plástico y
toquen una bolita neutra. Ustedes han cargado
la barra de vidrio de manera positiva de
acuerdo con la serie triboeléctrica y a la bolita como positiva. Ahora acerque la varita
cargada a la bolita con carga positiva y la
repelará La repulsión siempre prueba la carga de un objeto. Ahora se puede estar seguro de
que la varita es positiva.
También se puede probar la carga en el
generador con un electroscopio cargándolo con un objeto con carga conocida por
conducción. Esta vez se puede cargar el
electroscopio positiva o negativamente y acercar la vara al electroscopio y observar si
las hojas divergen o se juntan. Si el
electroscopio está cargado positivamente,
entonces la vara hará que las hojas se separen más. Si el electroscopio está cargado
negativamente, entonces la vara hará que las
hojas caigan.
2. ATRACCIÓN Y REPULSIÓN
Pegue una hoja de papel a la pared (Utilizando el Fun Fly Stick)
Coloque una hoja de papel contra una pizarra
o la pared.
Active el generador y frote el papel con el tubo de control. Deje el papel y "péguelo" en
la superficie moviendo la varita hacia arriba y
abajo sobre el papel. Controle en cuánto tiempo queda pegado. Compare para
diferentes superficies.
La razón por la hoja de papel toca al tubo y lleva una carga ligeramente positiva y se pega
a la pared neutra por inducción. Al igual que
el papel, la pared es un mal conductor y el
papel cae después de que las partículas ionizadas de aire y los electrones en la pared
lo neutralizan.
Las cargas pueden atraer a un objeto
neutro
Un fenómeno interesante es que un objeto con
un exceso de cargas eléctricas estáticas atraerá a un objeto aparentemente neutro.
Esto se puede ver frotando un globo con
algún material para darle una carga y luego pegarlo en la pared
La razón por la que esto funciona es por la
inducción electrostática. Hay algunos átomos
libres con carga opuesta en la pared del
material. Por lo tanto, la pared no es completamente neutra. Sin embargo, el
número de cargas disponibles no es muy
grande. Si la pared hubiera dado cargas opuestas, el globo se pegaría mucho mejor.
Para algunos materiales, el globo no se pega
en absoluto
Vasos que se repelen Dos vasos de tecknopor, cuelgan de una
cuerda. Cargue un vaso por dentro y por
fuera, frotándolo con un paño de algodón limpio. Puede ser con cualquier otra tela.
Cargue el otro vaso. Suspéndalos, se
demuestra la repulsión mutual de cargas
iguales. Ellos inducen la carga opuesta sobre usted, y son atraídas a usted. Esto demuestra
porque el polvo se pega a la pared.
(Virtualmente todo el polvo está cargado.)
Par de bolas de ping pong
Las bolas recubiertas con grafito se suspenden por medio de una cadena fina de bronce. La
cadena atada en la parte superior a una barra
corta con las bolas descargadas, colgadas
quedan en contacto. Poner a tierra el generador (conectar a un metal de la mesa
será suficiente). Párese sobre una base de
tecknopor para aislarse. Sostenga la barra de las bolas por un lado, conectar el otro lado al
generador. Las bolas se separarán varios
centímetros de distancia, por la repulsión
mutua. A continuación, suelte el contacto con el generador, y vea las bolas. Ellas se acercan
una a la otra se mostrará que las bolas están
perdiendo carga.
Atraiga una lata de gaseosa. (Con Fun Fly Stick)
Tome el Fly Stick y acérquelo al costado de
una lata vacía. La lata es atraída y rueda hacia la varita. Rápidamente ponga la varita al otro
lado de la lata y rodará en sentido contrario.
Puesto que la lata es un conductor, los electrones en la lata más cercanos a la varita
cargada se mueven hacia ese lado de la lata,
causando la atracción. El mismo proceso se
produce al mover la varita al otro lado de la lata. Con la práctica se puede rodar la lata
hacia adelante y hacia atrás con facilidad.
Se puede realizar el mismo experimento utilizando una varita de plástico o un globo
frotado con un paño de lana.
Variante. Desviar un chorro de agua por
medio de la fuerza electrostática
En la imagen podemos ver como el chorro de
agua se encuentra desviado por la acción del
globo. Lo que sucede es que el globo está electrizado y por un fenómeno de variación
de cargas eléctricas desvía sensiblemente el
chorro de agua.
Explicación. Luego de frotar el pelo se carga y genera una pequeña fuerza electrostática
que atrae a otros cuerpos.
Lo interesante de este experimento, es que demuestra por qué las gotas de lluvia son más
gruesas durante las tormentas eléctricas.
Durante estos fenómenos, las gotas se cargan y se unen entre si.
Atracción de una pieza de Madera 2 x 4 de
2m Frote una varita de plástico con un paño de
lana y acérquelo a una pieza de 2,40 m de
madera (placa 2 cm 4 cm), equilibrada en el centro de un vidrio de reloj al revés o algo de
fricción sin otro punto de pivote. La madera tiene que girar libremente para que el
experimento funcione. Sostenga la varilla
cerca del extremo de la tabla y la varilla cargada atrae a la tabla. Se produce un efecto
electrostático igual que en la lata. Los
electrones en la madera cercana a la varita cargada emigran a ese lado de la madera,
causando la atracción.
Esta experiencia se puede hacer también con el Fun Fly Stick.
Granizo de Volta. Este aparato se emplea para comprobar
algunos efectos mecánicos debidos a la acción
de la electricidad sobre los cuerpos. Una serie de pequeñas bolas de corcho o de
médula de saúco (pueden ser pedacitos de
papel) están encerradas en un cilindro de vidrio de aproximadamente dos y media o tres
pulgadas de alto, formada por cortar el fondo
de un frasco pequeño. La parte superior e
inferior del cilindro está cerrada por dos piezas circulares de metal de hoja. El disco
superior se conecta a la descarga positiva de
un generador. El disco inferior se conecta a tierra, debido al efecto de polarización, tanto
la placa metálica inferior como las esferitas
de corcho se cargan negativamente, provocándose un movimiento de atracción de
dichas esferitas hacia el disco superior.
Seguidamente, debido al efecto de
neutralización, las esferas en contacto con la placa superior se cargan con signo positivo y
las cargas positivas del disco repelen a las de
las esferillas, por lo que éstas caen al fondo, momento en el que vuelve a iniciarse la
polarización, repitiéndose el proceso anterior.
De este modo, el observador, ve cómo las
esferas de corcho suben y bajan
continuamente. A. Volta, se sirvió de este experimento para
explicar el aumento de volumen de los
granizos antes de caer en la tierra.
Construcción.
La parte vertical es de plástico, doblado en
forma de círculo. Es coronada por discos de
aluminio, superior e inferior. Un lote de bolitas de tecknopor se vierte en el. Conecte
el generador. Las bolitas saltan arriba y abajo.
Pop corn El tecknopor usado para embalar se encuentra
en grandes cantidades en pedazos (6 mm o
más); de peso muy ligero, muy suaves, un poco elásticas. Cubra la parte inferior del
tazón con las piezas de tecknopor un tazón de
plástico. Coloque el tazón sobre una placa metálica.
La base cargada ahora rechazaría las piezas
de tecknopor y las tiraría, no es así porque la
placa inferior se ha cargado por inducción, con polaridad opuesta a la cara superior.
Súbitamente levante el tazón. Las piezas de
tecknopor vuelan hacia fuera en todas las direcciones.
Platos voladores Coloque al revés un molde pequeño (unos 10 cm. de diámetro) de aluminio de los usados
en repostería sobre el domo de su generador.
Cuando este conecta, el molde levitará y volará hacia un costado. Los objetos con
cargas iguales se repelen el uno al otro.
Ahora coloque dos y vea lo que sucede.
Cuando se conecta el generador, el primero sostiene el inferior abajo, hasta que el primero
vuela, esto permite al inferior salir.
Coloque varios moldes de pastel sobre el domo del generador, y prepárese para una
tormenta de moldes. Cuando se conecta el
generador arrojará una secuencia en varias direcciones.
Con el Fun Fly Stick, coloque los moldes
sobre un vasote tecknopor, acerque el Fun Fly
Stick y actívelo.
3. DESCARGA POR LAS PUNTAS.
Se puede la electricidad que fuga en forma de
una luz azul pálido o violeta. Esto se conoce como corona de descarga de las puntas. Se
produce en puntas, esquinas y bordes. La
descarga de electricidad a partir de un punto agudo se llama también la descarga de
convección.
La descarga de convección de un alambre
puntiagudo conectado al conductor principal
del generador soplará la llama de una vela mantenida cerca de ella.
Molinete de viento eléctrico
Los molinos eléctricos accionan como sigue.
Las cargas eléctricas que escapan por las puntas se pegan a las moléculas del aire,
ionizándolas con la misma polaridad. Como
las mismas polaridades se repelen mutuamente, las puntas se empujan hacia
atrás, produciendo una rotación alrededor del
eje central. El dispositivo puede tener más de
dos brazos. El molino de viento eléctrico puede
construirse fácilmente. Una varilla de bronce
puede ser un soporte perfecto.
Construcción de un molinete eléctrico.
Para la confección del molinete puede utilizarse el papel de aluminio proveniente de
una bandeja descartable.
Marque sobre la hoja de aluminio las líneas y el perímetro, según las medidas indicadas en
la figura.
Haga una depresión en el punto central,
cuidando que el aluminio no se perfore.
Recorte el perímetro y doble en suave curva
hacia abajo los extremos, a unos 3 cm. de los
vértices.
El molinete debe quedar en equilibrio y
horizontal apoyándolo sobre una aguja en su depresión central. Si así no ocurre, corrija la
posición de sus dobladuras hasta lograrlo.
Soporte. Recorte un taco de tecknopor de 8
cm. 8 cm. 5 cm.
Eje. Tome un trozo de alambre de cobre de 1
mm de diámetro. Si está esmaltado, remueva el esmalte raspando unos 10 cm. de sus
extremos. En uno de ellos sujete una aguja de
punta roma (de las que se utilizan para coser lana). Insértelo en el taco de tecknopor.
Verifique la verticalidad del tramo con la
aguja. Instale el molinete en su extremo.
Sople suavemente: el molinete debe girar sin resistencia.
Para hacerlo funcionar conecte el generador a
la parte inferior del alambre y el molinete comenzará a girar.
Cuando ponemos en contacto con el
generador, su carga se distribuye por todo el sistema, llegando hasta el molinete. Como
éste presenta dos extremos afilados, la
concentración de cargas será mayor en ellos.
Una carga que se encuentre en el vértice será fácilmente despedida por las del mismo signo
que la empuja desde atrás. Esa carga se
incorporará a alguna molécula de aire
cercana, y se producirá una repulsión entre
esa molécula y el vértice del molinete,
provocando el retroceso de éste. Mientras sigamos suministrando cargas, el
proceso se repetirá para otras moléculas del
aire, generando lo llamado "viento eléctrico". Las fuerzas aplicadas a ambos extremos del
molinete originan una cupla, que es la que
produce su rotación.
4. JAULA DE FARADAY
Cuando un cuerpo conductor está cargado
eléctricamente, sus cargas no se distribuyen uniformemente, como verificaremos en esta
experiencia. Si un cuerpo está fabricado con
un material en el que las cargas pueden moverse libremente, estas se desplazarán y
reacomodarán hasta que no se ejerza ninguna
fuerza sobre ellas. Es decir, hasta que se anule
el campo eléctrico en el volumen del mismo. La Jaula de Faraday es un ejemplo de estos
cuerpos.
Construcción de una jaula de Faraday Base
Prepare un bloque de tecknopor de 9 por 9
centímetros, y de 4 centímetros de grosor. Cilindro
Corte un rectángulo de 22 por 14 centímetros
de tejido de alambre (malla mosquitero). Enrolle la malla formando un cilindro de 14
centímetros de longitud y 6 centímetros de
diámetro. Ligue los bordes superpuestos con soldadura de estaño, o cosiéndolas con un
trozo de alambre fino, tomado del mismo
tejido.
Hojuelas
Recorte en papel de seda 10 o 12 tiras de 6
centímetros por 8 milímetros, y dóblelas a 1 centímetro de un extremo.
Armado Cuelgue hojuelas de papel del borde superior de la jaula, algunas por la parte externa y
otras por la parte interior
Toque la jaula con el generador.
Repita la operación varias veces para conseguir una buena electrificación de la jaula
5. PARAGUAS ELÉCTRICO La repulsión de los cuerpos puede ser mejor
ilustrado pegando algunas tiras de papel de
seda de unos 5mm de ancho en un corcho pequeño cubierto de papel de aluminio. El
corcho se monta en el extremo superior de un
alambre rígido de cobre colocado en una
botella. Cuando se conecta a una máquina
electroestática, las tiras de papel de seda se
extienden como un paraguas.
6. LAS CAMPANAS DE FRANKLIN.
Benjamín Franklin. Después de inventar el
pararrayos y poner uno en su casa, puso el conductor al interior del conductor (¡que no
debería haber hecho!) y lo conectó a una
campana. Otra campana muy cercana la
conectó a tierra. En medio de ellas colgó un badajo de metal, mediante un hilo. Cuando
apareció una nube de tormenta cargada, las
campanas resonaron una y otra vez. Este dispositivo electrostático en realidad fue
inventado en 1742 por Andrew Gordon,
profesor de Filosofía Natural en la Universidad de Erfurt, Alemania. Las
campanas de Gordon constituyeron el primer
dispositivo que convierte la energía eléctrica
en energía mecánica en forma de movimiento mecánico continuo, en este caso, el
movimiento de un badajo de campana de ida
y vuelta entre dos campanas de carga opuesta.
Caja ruidosa Similarmente a las campanas de Franklin es
posible hacer un dispositivo muy sencillo.
Toda la estructura de material aislante, a excepción de electrodos planos que consisten
en dos discos de 7 cm., 2 mm de espesor, las
esquinas y los bordes redondeados, para reducir el efecto corona. La pelota cargada es
conducido a través del campo eléctrico entre
los discos La pelota cargada es conducido a
través del campo eléctrico entre los discos, toca, adquiere la carga opuesta, luego es
impulsada hacia atrás, y así sucesivamente
Se puede poner la bola cargada entre dos latas como se muestra en la fotografía, el efecto
sonoro es impresionante.
Una variación interesante es hacer una pista
con tiras de plástico en la base, poner la bolita
conductora y realizar la experiencia anterior, es interesante observar el efecto producido al
alejar y separar las placas.
Variación con dos pelotas
Con dos pelotas en la ranura, éstas se golpean
en el medio, se descargan la una a la otra,
separadas van a golpear los electrodos, y obtienen cargas opuestas, chocan de nuevo, y
así sucesivamente. Los movimientos de las
bolas pueden llegar a ser erráticos.
Variación con dos pistas
Así mismo se puede hacer dos pistas para las pelotas, tal que las pelotas ruedan en la parte
inferior, con bordes de las bandas casi
tocándolas.
Con una pelota, el funcionamiento es el
mismo que arriba.
Con una pelota en cada ranura, se obtiene la
sincronía alternativa. Las bolas se cruzan en el medio, una hacia un lado, y la otra al lado
opuesto.
7. MOTORES
Motor Electrostático de Poggendorff
Este motor electrostático primero fue
experimentado por Johann Christoff Poggendorff, alrededor de 1870. Actúa
como sigue. Las cargas eléctricas son
depositadas en un disco aislador por un punto del metal. Esta zona cargada entonces es
atraída por el punto de la polaridad opuesta,
promoviendo una rotación del disco alrededor
del eje central. La simetría inherente del dispositivo puede inducir un difícil comienzo
que puede ser evitado si los puntos se inclinan
tangencialmente.
Construcción de un modelo didáctico
El rotor es un disco aistante de 10 centímetros
de diámetro (el disco aislante puede obtenerse fácilmente a partir de CD-ROM
desmetalizado). Perforar un agujero de centro
con una aguja. Utilizar una aguja como eje. La rotación se auto-inicia, con los electrodos
tangenciales al disco. El viento eléctrico de
los electrodos ayuda a girar al disco. Sin embargo, el par mayor se debe a las cargas en
el borde del disco formadas por el campo
eléctrico de las dos barras.
Variación
Motor de vaso de tecknopor
Una tapa de cartón se pega en la parte
superior de un vaso de tecknopor. El eje
vertical es una aguja de tejer de aluminio. Descansa en un hoyo en una base de
plexiglás. Con el dedo pulgar y sin apretar
sostener la parte superior, como soporte superior. El vaso gira rápidamente.
El motor de Franklin
El motor electrostático de Franklin consiste esencialmente en una rueda sin llanta que gira
en el plano horizontal sobre cojinetes con un
bajo coeficiente de rozamiento. Para accionar el motor se acumulaba carga
electrostática en una botella de Leyden, que
es una versión primitiva de un condensador
moderno de alta tensión. Franklin cargaba las botellas con un generador electrostático. Los
terminales de las dos botellas de Leyden
poseían cargas de polaridad opuesta, se situaban de manera que fuesen rozados por
los dedales situados en lados opuestos de la
rueda giratoria. Desde cada terminal de la botella de Leyden
saltaba una chispa al dedal que pasaba a la
distancia mínima y le trasmitía una carga de
la misma polaridad que la del terminal. La fuerza de repulsión entre cargas del mismo
signo contribuía a proporcionar momento a la
rueda. Pero también los dedales antes de cambiar de polaridad eran atraídos por el
terminal de la botella de Leyden. El momento
total es la suma de los momentos
correspondientes a las fuerzas atractivas y repulsivas.
Motor electrostático para demostraciones
El funcionamiento del motor electrostático es muy simple. Un electrodo pone cargas
positivas sobre una de las placas del rotor,
que es atraído inmediatamente por el polo opuesto del estator. Un segundo electrodo
neutraliza entonces estas cargas y el ciclo
continúa. El motor gana velocidad, que es
limitada solamente por la fricción inevitable en cualquier dispositivo mecánico.
En la figura se muestra el principio. Uno reconoce inmediatamente el homólogo de un
motor clásico de corriente continua con un
estator de dos postes y un rotor de tres postes.
En la figura se muestra cómo uno puede
construir un dispositivo de demostración. Primero, corte una base de aisladora, de 30 x
10 x 1 centímetro, sobre la cual será montado
a - Los estatores hechos con dos latas de
metal vacías de cerveza o de soda, cada una apoyada por un espaciador aislante. Un
electrodo del alambre del cobre, diámetro de
cerca de 1 mm, se enrolla 3/4 de vuelta alrededor de cada lata y mantenida en lugar
por pedacitos de la cinta adhesiva (debe ser
cinta adhesiva de aluminio). El extremo libre
de los alambres es afilado y curvado hacia el rotor, guardando una separación de 1 a 2 mm.
b - el rotor se hace de una botella plástica de
un diámetro casi igual al de las latas. Sobre él esté se pega tres franjas de hoja del aluminio
o de cinta adhesiva del aluminio, espaciadas
cerca de 1 cm. Un agujero bien centrado se perfora adentro el fondo de la botella para
permitir que pase el eje a través. El eje
puede ser cortado de varillas de soldadura de
diámetro de 2 a 3 mm, su extremidad superior
será afilada para facilitar el giro. Un disco del
metal con un hoyo centrado, localizado en la
tapa, es una buena idea para reducir al mínimo la fricción. El rotor y los estatores se
espacian cerca de un centímetro
c - los postes terminales apoyados por espaciadores aislados.
En la figura se muestra un ejemplo de un
modelo corriente.
Para hacerlo funcionar se necesita una fuente
del alto voltaje de corriente continua de
algunas decenas de kilovoltios es necesaria. El mini generador, la máquina de Wimshurt
son buenos.
8. INDICADOR DE CAMPO
Para demostrar las líneas del campo eléctrico
para varios pares de electrodos.
Con aceite y sémola o semillas de césped.
Aparato y materiales
Aparato de campo eléctrico Consiste en dos electrodos montados en un
recipiente de vidrio, ver la ilustración.
Generador electrostático
Un generador Van de Graff, también puede
usarse una fuente de poder de 500 V. Electrodos
Los electrodos pueden ser hechos de
aluminio.
Sémola. Para materializar el campo Aceite de ricino. Medio en que se orientan
las partículas en el campo eléctrico.
Procedimiento a) Llena la unidad de electrodo de una capa
del aceite de ricino a una profundidad de
aproximadamente 0,5 cm. Rocíe una capa fina
de sémola sobre la superficie (Un pedazo
delgado de tubo de vidrio con un extremo
puntiagudo ayudará a distribuir uniformemente la sémola.) es mejor comenzar
con poca sémola que comenzar y aumentar la
cantidad más tarde. b) Colocar los electrodos en el aceite de
ricino. Una el terminal positivo al generador y
el negativo a tierra. Cuando es encendido, las
líneas de campo serán claramente visibles. c) Trate con electrodos de formas diferentes.
Por ejemplo, uno puede ser
Dos electrodos de puntuales. Cargas diferentes
Cargas iguales
Un electrodo puntual mientras el otro es una placa,
Un electrodo circular de cable con un
electrodo de punto en el centro mostrará un
campo radial.
El campo con dos platos bastante se cierra
juntos también debería mostrar.
Con tarjeta tipo brújula.
La base es una plancha de tecknopor, 2 cm.
de espesor o más. Se clavan veinte alfileres en
él, dispuestas en arcos de círculo. Cada alfiler lleva una tarjeta de 3 mm x 5 mm perforados,
para gire fácilmente con el alfiler como eje.
Las tarjetas deben ser de color oscuro, para ser vistas fácilmente.
Las tarjetas están en desorden en un primer
momento, cuando se aplica la diferencia de potencial a las barras.
El campo alinea las tarjetas con las líneas del
campo.
Para mantener las tarjetas cerca de las cabezas de alfiler, deslice una pequeña cuenta en los
alfileres y pegarlo.
9. BOTELLA DE LEYDEN
DESMONTABLE.
La figura muestra una botella de Leyden
desmontable.
Este aparato experimental, inventado por el estadista y científico estadounidense
Benjamín Franklin, fue utilizado para ilustrar
una creencia errónea de que la carga en una
botella de Leyden no reside en las armaduras
de metal, sino en el vaso dieléctrico. El frasco estaba montado y cargado de electricidad. Si
la botella se desarma en sus partes, se
encuentra que las partes no están cargadas y se puede manipular sin necesidad de crear una
chispa. Sin embargo, si la botella se vuelve a
montar, una chispa podría lograrse entre las
placas metálicas interiores y exteriores. Se suponía que esto demostraba que la carga de
botellas de Leyden y todos los condensadores,
se almacena en el dieléctrico no en las placas de metal. Sin embargo, ahora se sabe que esto
era un efecto especial causado por la alta
tensión en la botella de Leyden. Cuando la botella se desmonta, la carga se deposita
sobre el vaso por la descarga corona. El
desmontaje no elimina gran parte de la carga,
así que cuando la botella se vuelve a montar hay suficiente carga para causar una chispa.
En general, la carga en los condensadores,
tales como las botellas de Leyden se almacena en las placas.
10. LEVITACIÓN ELECTROSTÁTICA
Por campo eléctrico. Levitación Electrostática es el proceso usar un
campo eléctrico para levitar un objeto cargado
y contrarrestar los efectos de la gravedad. Ha sido utilizado, por Robert millikan en el
experimento de la gota de aceite. Debido al
teorema de Earnshaw no es posible utilizar campos electrostáticos para hacer levitar
establemente una carga puntual. Existe un
punto en los dos campos se cancelan, pero es
inestable. Por retroalimentación es posible ajustar las cargas para lograr una levitación
cuasi estática
Demostración. Coloque una hoja grande de metal o de cartón forrada con papel aluminio
en el suelo, por encima un disco de aluminio
de unos 20 cm. de diámetro. Conecte la base a tierra. Coloque en el centro de la hoja un
pedazo de papel de aluminio, o de papel
metalizado, tal como el utilizado para un
paquete de cigarrillos. No importa la forma, todos deben tener una parte superior
redondeada, y la inferior puntiaguda. Conecte
su generador al disco superior, muévalo hacia el papel de aluminio.
Con la práctica usted puede conseguir que el
papel de aluminio levite y flote en el aire
entre la placa superior y la placa de tierra.
El generador atrae el aluminio a tierra, pero
luego la descarga corona de los bordes de la
hoja forma un camino conductor en el aire y permite al metal adquirir una carga como de
la esfera, lo que incrementa la fuerza de
repulsión. Como el papel de aluminio disminuye, pierde
su carga por el efecto corona, y es
nuevamente atraído hacia arriba. A una
distancia en particular se puede lograr que la pieza de papel aluminio para quede inmóvil
en el espacio equilibrando las fuerzas de
gravedad y la continua pérdida corona.
Si se pone una esfera conductora pequeña está
saltará de placa a placa.
Levitación por repulsión
Mediante algunos materiales comunes se puede hacer un levitador electrostático.
Elementos
varilla de plástico con punta,
Espuma para frotar, Base de apoyo, y
Anillo
Confección del levitador.
1. Para hacer la varilla de Plástico, cortar tubo
de PVC de una longitud de 40 a 45 cm.
utilizando. No todos los Tubos de PVC son guales. Algunos tubos permiten mucho mejor
el deslizamiento. Pruebe si la espuma desliza
hacia arriba y abajo suavemente.
2. El tubo necesita una punta para recoger al
anillo cargado, ya que si lo tocas con tus
manos se pegará a ellas. Un corcho con un palillo en el estará bien
3. Para que la espuma deslice, envolver el
trozo más pequeño de espuma de 9 mm de espesor alrededor de la varilla y poner una
gota de pegamento caliente en la línea de
superposición. Mantener hasta que se enfríe,
luego se corta el exceso. Tenga cuidado de dejar lo suficientemente floja como para que
deslice fácilmente.
4. La pieza de espuma más grande será el piso.
5. Para hacer el anillo, cinta de los extremos
de la tira de material de embalaje con cinta adhesiva transparente. Si desea utilizar otras
formas de material de embalaje, además del
anillo, vaya por delante, ser imaginativo, pero
recuerde que cuanto más masiva es el objeto volador, más difícil será para levitar. Algunos
patrones se reducen siempre al final de esta
actividad. A veces el material de embalaje de polietileno
se trata de ser "antiestática". Esto es
especialmente probable si el material fue
envuelto alrededor de un equipo de música o el ordenador. Esta espuma tratado no va a
funcionar para el experimento
Usando el Fun Fly Stick es mucho más fácil porque este genera carga permanentemente
CONCLUSIONES
Se han descrito experimentos de electricidad
estática muy fáciles de construir, baratos y ligeros, que pueden transportarse y realizarse
durante una clase convencional de teoría.
Frente a otros recursos docentes, como el empleo de visualizaciones, simulaciones
numéricas, estas demostraciones tienen la
ventaja de ser observadas directamente por
los estudiantes, quienes pueden incluso
intentar posteriormente a realizarlas ellos mismos.
Los resultados de la incorporación de estos
experimentos han sido muy positivos. Es importante recordar que en los primeros
cursos universitarios los estudiantes pueden
conectar la matemática con la que se trabaja
en las asignaturas con la realidad física que les rodea. Este recurso docente permite la
justificación de unos desarrollos
teóricos-matemáticos, que difícilmente son aceptados por los estudiantes cuando
comienzan sus estudios. Son también un
importante elemento de motivación, que despierta la curiosidad de estudiantes apáticos
o desinteresados.
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Elemental (vol 2), 3° edición, Editorial Nigar
S.R.L. 2. R.A. Serway, J. S. Faughn. Física, 5º
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6. The physics classroom, un sitio muy interesante con demostraciones animadas
7.
http://www.physicsclassroom.com/mmedia/es
tatics/estaticTOC.html 8. Experiments with frictional electricity, un
sitio con distintas propuestas realizables en
casa http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Lab
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9. Electrostatic Applications Website un sitio con links vinculados a la electrostática como
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http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/graaf/graaf.htm
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