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

• 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

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

• 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.

• 3ª Part: L'electròmer.

• 4ª Part: Forces magnètiques

O bé

Es repel·len

S'atreuen