Forces elèctriques

Electricitat. Electrització per fregament. Càrrega elèctrica. Thomson. Electrons. Ionització i aionització. Pèndol electrostàtic # Electricidad

  • Enviado por: Carlos Buenosvinos
  • Idioma: catalán
  • País: España España
  • 5 páginas
publicidad
publicidad



Pràctica: Forces elèctriques

  • Objectius

  • Observar fenòmens d'electrització per fregament.

  • Observar l'existència de “dos tipus d'electricitat”, positiva i negativa (que corresponen realment a l'excés o defecte d'electrons en la matèria).

  • Captar el concepte de càrrega elèctrica.

  • Captar el concepte de forca elèctrica entre càrregues elèctriques.

  • Veure la relació entre matèria i electricitat i comprendre que no es poden entendre una sense l'altra.

  • Aprendre a observar de forma sistemàtica i a treure unes conclusions a partir d'aquestes observacions.

  • Fonaments

  • Recordem que la matèria té naturalesa elèctrica. La matèria està feta d'atoms. Tots aquests àtoms estan constituïts per un nucli de càrrega positiva i partícules de càrrega negativa girant al seu voltant: els electrons. La força elèctrica és la que manté als electrons girant al voltant del nucli, igual que la força de la gravetat manté als planetes girant al voltant del Sol. La matèria en estat normal és neutra (igual nombre de protons i d'electrons en cada àtom), a no ser que els àtoms perdin o guanyin alguns electrons. Un mètode pel qual es pot aconseguir això és per fricció amb certs materials (electrització per fregament). En tal cas és possible observar els efectes de les forçes elèctriques.

  • Història de la formació de la estructura de l'àtom:

  • J. J. Thomson, a principios de siglo, ideó el primer modelo de átomo: una esfera homogénea cargada de electricidad positiva con los electrones incluidos en ella, de la luz, de los rayos X y la radiactividad, y debido a dicho modelo explicaba la emisión recién descubierta; paralelamente, Jean Perrin establecía otro modelo a semejanza de un pequeño sistema planetario en el cual los electrones gravitaban alrededor de una especie de Sol cargado de electricidad positiva. Rutherford, en 1911, zanjó la cuestión demostrando que el átomo tenía un núcleo; el modelo de Thomson fue abandonado y Niels Bohr, discípulo de Rutherford, estableció un nuevo modelo siguiendo el de Perrin y lo adaptó a la mecánica cuántica de Planck, según la cual los electrones únicamente emiten radiaciones discontinuas cuando saltan de su órbita o pasan de una situación estacionaria a otra situación estacionaria. En 1920 el átomo se consideraba constituido por un núcleo que contenía toda la materia del átomo y estaba compuesto por un número de protones de carga positiva equivalente a la constelación de electrones con carga negativa que gravitaban a su alrededor. Mientras tanto, en 1915, Einstein había dado a conocer matemáticamente la equivalencia de la materia y la energía, y en consecuencia la posibilidad de que una pudiese transformarse en la otra. En 1932, Chadwick descubrió el neutrón; los esposos Joliot-Curie descubrieron los isótopos radiactivos artificiales; en 1934, Fermi bombardeó el núcleo del átomo con neutrones; Yukawa, en Japón, descubría el mesón. Facilitaron estos trabajos la cámara de Wilson (1911), que permitía detectar y fotografiar el paso de las partículas ionizadas, el contador de Geiger que las detectaba y las contaba y, en 1930, E. Lawrence que puso en marcha en el laboratorio de Berkeley el primero de los prodigiosos aceleradores, el llamado ciclotrón, que han permitido el descubrimiento de partículas nuevas, cada día más numerosas. A base de estos progresos, a los que hay que sumar la creación de la mecánica ondulatoria de De Broglie (1924), actualmente el átomo sigue el modelo de Bohr.

  • Hi ha materials que en fregar-los amb un altre material adient perden fàcilment elctrons i queden carregats positivament (defecte d'electrons, procés també anomenat ionització) i altres que guanyen elctrons i queden electrons i queden carregat negativament (excés d'eletrons procés també anomenat aionització).

  • Fundaments de l'electròmer: Dos cossos carregats d'electricitat del mateix signe tendeixen a repel·lir-se. Si dues peces metàl·liques (una fixa, l'altra mòbil (agulla)) es van carregant mitjançant succesius contactes amb una barra d'ebonita carregada, la peça mòbil es va separant preogresivament de la fixa. Aquestes desviacions poden ser mesurades amb una escala graduada i es pot determinar així amb una certa aproximació la magnitud de la càrrega elèctrica subministrada. L'electròmer més conegut és l'estetoscopi.

  • Material

  • Pell de gat, paper d'acetat, llana, barra d'ebonita, barra de plexiglas o de vidre, pèndol electrostàtic (amb bola de poliestiré o grafitada), electròmer, paper, paper de plata, tisores, cartulina i imants.

  • Procediments

  • 1ª Part: Electrització per fregament

  • Al agafar la barra d'ebonita i fregar-la amb la pell de gat sento una intensa escalfor, uns petits sorollets semblants a espurnes o com si petites barres de plàstic es trenquessin amb violència. A més percep una intensa olor a cremat.

  • Al apropar la barra d'ebonita fregada amb la pell de gat els petits papers queden atrets per la barra d'ebonita amb una gran facilitat, més en els llocs de constant fregament, és a dir, més al centre de la barra que a la punta (lloc menys fregat).

  • Després de fer el mateix procés amb els papers de plata podem observar com els papers de plata s'enganxen o són atrets des de una distància més gran (més potència) i resten enganxats durant molt més de temps. A més podem apreciar com molts dels papers de plata pujen i baixen de cop des de la barra fins a dalt de la taula mentre que recorren la barra d'ebonita i finalment cauen al terra.

  • La sensació que produeix acostar-se la barra d'ebonita a la cara abans de fregar-la és nula, però després de fregar-la notem una gran quantitat de pessigolles i es pot apreciar com el vell de la cara s'aixeca degut a l'efecte d'atracció per part de la barra d'ebonita.

  • Després de fregar la barra si l'apropem al petit i fi raig d'aigua podem observar clarament com aquest es desvia considerablement cap a la direcció on tenim situat la barra d'ebonita.

  • Quan freguem la barra de vidre amb el paper d'acetat sentim calor i olorem cremat per observem que ens costa una mica més que amb la barra d'ebonita i la pell de gat. Al apropar la barra de vidre als papers normals són atrets però cal quasi tocar-los per a que puguin ser atrets per la barra i amb els papers de plata mostra una mica més de facilitat per atreure'ls.

  • Amb la barra d'ebonita i el paper d'acetat ens trobem que ràpidament la barra es calenta, es senten clarament els petits sorollets i l'olor a cremat és molt intens i apareix amb molt rapidesa. La prova del contacte amb els papers ens proporciona el millor resultat d'atracció més potent i amb menys proximitat. Amb els papers de plata mostra una atracció encara molt més forta, amb molta més distància i amb molta més duració de l'efecte.

  • Amb la barra de vidre i la pell de gat trobem l'atracció menys forta, menys duradera i amb màxima proximitat, requerim d'un gran esforç i d'una gran estona per produir una escalfor i una olor forta a cremat (com les condicions anteriors).

  • Les conclusions tretes a partir de tots els experiments fets dona lloc a pensar que:

    • La barra d'ebonita té un poder d'ionitzar-se, de produir més escalfor i més olor a cremat molt més gran que la barra de vidre.

    • El paper d'acetat té un poder d'ionitzar qualsevol barra més potent que la pell de gat.

    • Els papers de plata (en condicions iguals) mostren molta més atracció cap a la barra que els papers normals.

    • En resum la millor combinació seria el conjunt format per la barra d'ebonita, el paper d'acetat i els papers de plata i en contarposició el conjunt format per la barra de vidre, la pell de gat i els papers normals.

    • 2ª Part (A): El pèndol electrostàtic

  • Al apropar la barra d'ebonita fregada amb la pell de gat observem com la bola grafitada és atreta per la barra.

  • Toquem la bola amb la barra carregada i després de tornar-la a apropar la bola és repelida per la barra. Al tocar la bola amb la barra l'hem carregat amb la mateixa càrrega de la barra d'ebonita, ara tenim la barra i la bola carregats amb la mateixa càrrega o mateix signe, el resultat, els dos objectes es repeleixen.

  • El mateix procés amb la barra de vidre i el paper d'acetat obté el mateix resultat però amb menys força.

  • Quan toquem la bola amb els dits es descarrega degut a que el nostre estat és un estat neutre i al tenir una considerable massa superior a la de la bola absorvim totes les seves càrregues elèctriques.

    • 2ª Part (B): Distinció entre electritzacions d'elements.

  • Apropem la barra d'ebonita carregada a la bola grafitada, fem el procés fins que la bola surti repel·lida i ràpidament apropem la barra de vidre fregada amb el paper d'acetat, la bola és atreta per la barra, és a dir, les càrregues de la bola (i de la barra d'ebonita) i la barra de vidre són diferents o de signe contrari, el perqué; el que pot produir o variar la càrrega elèctrica a les barres és el tipus de material del que estiguin fetes i el tipus de material amb el que estiguin fets els objectes de fregament.

  • Fem el mateix procés però ara aproparem la barra de vidre fregada amb pell de gat, la bola continua sent repel·lida, el motiu és el fet de que la càrrega de la bola grafitada i la de la barra de vidre fragada amb pell de gat són la mateixa càrrega.

  • Partint de totes aquestes experiències arribem a les següents conclusions:

    • La barra d'ebonita fregada amb pell de gat té la mateixa càrrega quela barra de vidre fregada amb la pell de gat el que fa possible que sigui la pell de gat l'element que dóna la mateixa càrrega a les dues barres.

    • La barra de vidre fregada amb el paper d'acetat produeix la càrrega contrària que la pell de gat.


    Paper d'acetat

    Pell de Gat

    Barra d'ebonita

    -

    +

    Barra de vidre

    - (?)

    +

    Paper d'acetat

    Pell de Gat

    Barra d'ebonita

    +

    -

    Barra de vidre

    + (?)

    -


    • 3ª Part: L'electròmer.

  • L'agulla es mou perqué estem produin una atracció elèctrica entre la barra d'ebonita i l'agulla que no es troba fixa i es sent atreta per dita atracció.

  • Quan repetim l'operació succesives vegades s'observa que l'agulla es mou amb molta més facilitat degut a que estem augmentan là càrrega emmagatzemada per l'electròmer.

    • 4ª Part: Forces magnètiques

  • Experimentem amb les forces d'atracció entre els imants.

  • Les forces són repulsives entre els pols de mateix signe o càrrega i són atractives entre els pols de diferent signe o càrrega.

  • O bé

    Es repel·len

    S'atreuen

    Vídeos relacionados