Electricidad Estática y Magnetismo: Experimentos y Conceptos Clave

ELECTRICIDAD ESTÁTICA

Todos los objetos están formados por átomos que tienen electrones (carga -), protones (carga +) y neutrones (no tienen carga). Estos átomos son neutros porque las cargas de electrones y protones se anulan entre ellas. Al frotar dos objetos podemos conseguir alterar esta carga.

El electroscopio es un instrumento que permite saber si los objetos están cargados o no. En caso de que lo estén, las placas se separarán.

Algunos cuerpos son propensos a perder electrones, por lo que se cargarán positivamente (+), mientras que otros tienen tendencia a ganarlos, por lo que su carga será negativa (-). Existe una tabla que clasifica los materiales de más positivo (facilidad para perder) a más negativo (facilidad para ganar):

• Los más positivos son el aire, el vidrio, el cabello o la lana.
• Los más neutros: el papel o el algodón.
• Los más negativos: el PVC, el silicio o el teflón.

Si las cargas son diferentes, ambos objetos se atraerán (experimento del grifo). Si las cargas son iguales, se repelerán (experimento de las pajitas).

EXPERIMENTOS

Globo en la Pared

Al hinchar un globo, este no tiene carga, es completamente neutro y por eso no se queda sujeto a la pared (esta tampoco tiene carga). El cabello es propenso a perder electrones, por tanto, al frotarlo con el globo, los electrones que pierda los ganará este. Una vez cargado negativamente el globo, observaremos que al acercarlo a la pared se queda pegado. Esto se debe a la atracción entre las diferentes cargas (- y neutra).

Electroscopio

Cargamos el tubo de PVC y lo acercamos al metal. Como este es conductor, la carga eléctrica se desplazará a lo largo de todo el hilo metálico. Al final de este, encontraremos dos placas, que se separarán al tener la misma carga.

Bombilla

El tubo de PVC es neutro, pero al frotarlo con la lana se carga negativamente. Al acercar el tubo de PVC a la bombilla, atrae los átomos del gas que hay dentro de esta. Se provoca una concentración del gas y produce una descarga (chispa).

Grifo

El agua del grifo es neutra. El tubo de PVC cargado negativamente empuja electrones a la corriente de agua, dejando esa área del chorro positiva. Esta agua cargada positivamente es atraída hacia el globo y se desvía.

Pajita

La pajita y el corcho originalmente son neutros. Al frotarlos con la lana, ambos se cargan negativamente al ganar los electrones que pierde esta. Al acercar la pajita, la segunda pajita que estará colocada encima del corcho girará por la repulsión de las cargas iguales.

Pompa de Jabón

El tubo de PVC y la pompa son neutros. El tubo de PVC cargado negativamente empuja a los electrones de la pompa, dejando esta área positiva. Esta zona cargada positivamente se ve atraída por el tubo, por eso se mueve detrás de este.

Latas

El globo y la lata tienen carga neutra. Frotamos el globo con la lana: la lana pierde electrones que ganará el globo, quedándose con carga negativa (-). Al acercar el globo a la lata, las cargas de la lata se reorganizan, quedando las positivas (+) más cerca del globo. Por la atracción de cargas contrarias, la lata se moverá.

Pulgas

El globo y el papel/el corcho tienen carga neutra. Frotamos el globo con la lana: la lana pierde electrones que ganará el globo, quedándose con carga negativa (-). Al acercar el globo a los papeles o bolitas de corcho, las cargas se reorganizan, quedando las positivas (+) más cerca del globo. Por la atracción de cargas contrarias, las bolitas saltarán y se quedarán pegadas.

MAGNETISMO

Los imanes son objetos que atraen otros objetos fabricados con hierro, acero, cobalto, níquel y con aleaciones de estos. No atraen materiales como la madera, el oro, etc. Por tanto, no todos los materiales de color plata son atraídos por un imán, ni todos los metales son atraídos.

Existen imanes naturales como la magnetita, que va perdiendo sus propiedades de imantación conforme pasa el tiempo, y los imanes artificialmente permanentes, que son los que usamos la mayoría.

EXPERIMENTOS

Imanes Enganchados en la Mano

Para demostrar que el tamaño de los imanes no condiciona su fuerza magnética y que, aunque haya algo material de por medio, se imantan igual.

Limadura de Hierro Dentro del Agua

Aunque esté el agua de por medio, la limadura es atraída igual.

Lata, Agua e Imán

El imán es capaz de mover objetos aunque no los esté tocando, como es el caso de la lata. También depende de la fuerza de imantación del imán. Un imán pequeño no tiene por qué ser menos potente que uno grande, y viceversa.

Imán Temporal

Al juntar un objeto (clip), sin propiedades ferromagnéticas, con un imán, dicho objeto adquiere las propiedades de imantación y es capaz de imantar objetos.

Motor Homopolar

El imán pasa a formar parte de la pila al juntarlos, ya que el imán es conductor de electricidad. El alambre de cobre, que también es conductor, se conecta al polo negativo de la pila (el imán quedaría junto al polo positivo). De esta manera, transformamos el cobre en un electroimán, convirtiéndose todo en una única pila. Los electrones pasan a través del cobre interactuando con el cuerpo magnético del imán, lo que provoca que la estructura comience a girar.

Circuito con Imanes

Para demostrar que, aunque haya algo material de por medio, dependiendo del campo magnético del imán y del tamaño del material, se imantan igual.

Magnetismo sobre una Brújula

Al acercar un imán a una brújula, la aguja seguirá el trayecto del imán, ya que una fuerza magnética estará cambiando el rumbo.

Electro-imán

Los electroimanes se crean al pasar corriente eléctrica por un trozo de metal para crear un campo magnético. Al envolver todo el clavo en cobre, permitimos que llegue el magnetismo al clavo completo. Si conectamos cada uno de los extremos del cable de cobre a la parte positiva y negativa de la pila, conseguimos crear dicho campo magnético que facilitará que el clavo atraiga otros metales más pequeños.

IDEAS ERRÓNEAS

1. Todos los metales son atraídos por un imán.
2. Todos los materiales de color plata son atraídos por un imán.
3. Todos los imanes están hechos de hierro.
4. Los imanes grandes son más fuertes que los pequeños.
5. El polo magnético situado en el hemisferio norte es el polo norte geográfico, y el polo situado en el hemisferio sur es el polo sur geográfico.
6. Un imán atrae a una limadura de hierro, pero la limadura no atrae al imán.
7. Cuando una limadura está siendo atraída por un imán permanente, la limadura no se convierte, a su vez, en imán (sí lo hace, aunque sea un imán no permanente).
8. Solo los imanes pueden producir campos magnéticos.
9. Las líneas de fuerza magnética solo existen por fuera del imán, pero no en su interior.