Formas de Electrizar


En Física, la electrización es el efecto de ganar o perder cargas electricas normalmante electrones, producido por un cuerpo electricamente neutro.
Por esta razón y con el fin de instruirnos un poco mas trataremos los siguientes temas como los principales y mas importantes aspectos históricos de la electrostática, los diferentes métodos de electrizar un objeto (fricción, conducción, polarización e inducción) , el funcionamiento del electroscopio y la ley de Coulomb.



Cargas_electricas.pnglc2.jpg
Contenido

1. Aspectos Históricos de la la Electrostática
2. Métodos de electrizar
2.1. Friccion
2.2. Conducción
2.3. Polarización
2.4. Inducción
2.5 Absorción Óptica
3. Funcionamiento del electroscopio
4. Ley de Coulomb


1.Aspectos Históricos dela Electrostática
La electrización es uno de los fenómenos que estudia la electrostática.
Para explicar como se origina la electricidad estática, hemos de considerar que la materia está hecha de átomos, y los átomos de partículas cargadas, un núcleo rodeado de una nube de electrones. Normalmente, la materia es neutra (no electrizada), tiene el mismo número descargas positivas y negativas.
La electrización es uno de los fenómenos que estudia la electrostática.
. La esencia de la electricidad es la carga eléctrica. Esta cualidad existe en dos clases distintas, que se denominan cargas positivas y negativas. Las cargas eléctricas de la misma clase o signo se repelen mutuamente y las de signo distinto se atraen.
En realidad, la carga eléctrica de un cuerpo u objeto es la suma de las cargas de cada uno de sus constituyentes mínimos: moléculas, átomos y partículas elementales.
Algunos átomos tienen más facilidad para perder sus electrones que otros. Si un material tiende a perder algunos de sus electrones cuando entra en contacto con otro, se dice que es más positivo en la serie Triboeléctrica. Si un material tiende a capturar electrones cuando entra en contacto con otro material, dicho material es más negativo en la serie triboeléctrica.
Un ejemplo de materiales ordenados de más positivo a más negativa es el siguiente:
Piel de conejo, vidrio, pelo humano, nylon, lana, seda, papel, algodón, madera, ámbar, polyester, poliuretano, vinilo (PVC), teflón.
El vidrio frotado con seda provoca una separación de las cargas por que ambos materiales ocupan posiciones distintas en la serie triboeléctrica, lo mismo se puede decir del ámbar y del vidrio. Cuando dos materiales no conductores entran en contacto uno de los materiales puede capturar electrones del otro material. La cantidad de carga depende de la naturaleza de los materiales (de su separación en la serie triboeléctrica), y del área de la superficie que entra en contacto. Otro de los factores que intervienen es el estado de las superficies, si son lisas o rugosas (entonces, la superficie de contacto es pequeña). La humedad o impurezas que contengan las superficies proporcionan un camino para que se recombinen las cargas. La presencia de impurezas en el aire tiene el mismo efecto que la humedad.
En la escuela hemos frotado el bolígrafo con nuestra ropa y hemos visto como atrae a trocitos de papeles. En las experiencias de aula, se frotan diversos materiales, vidrio con seda, cuero, etc.. Se emplean bolitas de sauco electrizadas para mostrar las dos clases de cargas y sus interacciones.
De estos experimentos se concluye que:1. La materia contiene dos tipos de cargas eléctricas denominadas positivas y negativas. Los objetos no cargados poseen cantidades iguales de cada tipo de carga.2. Cuando un cuerpo se frota la carga se transfiere de un cuerpo al otro, uno de los cuerpos adquiere un exceso de carga positiva y el otro un exceso de carga negativa. En cualquier proceso que ocurra en un sistema aislado la carga total o neta no cambia.3. Los objetos cargados con carga del mismo signo, se repelen.4. Los objetos cargados con cargas de distinto signo, se atraen
La electrización es uno de los fenómenos que estudia la electrostática.
electrizacion03cols2.jpg



2. Métodos de Electrizar

El fenómeno de electrización de los cuerpos como se ha hecho notar se presenta cuando los electrones de valencia son excitados y ganan energía para pasar a la banda de conducción. Los métodos más comunes de excitación de los electrones son: a) Por fricción, b) por contactoeléctrico y c) por inducción;
Pero cabe aclarar que a partir de 1954 con la construcción de la celda solar fotovoltaico de silicio, se descubrió que el movimiento de electrones se presentaba debido a que podían ser excitados mediante el fenómeno de absorción óptica, en el que los electrones de valencia ganan energía para pasar a otro nivel energético de mayor energía llamado banda de conducción, por lo tanto en la actualidad se reconoce el método llamado de absorción óptica.

formas de electrizar.jpg
2.1 Electrización por fricción:

mio.png

A.J: La fricción entre dos objetos a veces conduce a la transferencia de electrones de uno a otro. Los electrones son unidades de carga eléctrica negativa, y el objeto que gana electrones queda cargado negativamente, mientras que el que los pierde queda con una carga positiva. En realidad el sistema no ha ganado ni perdido carga eléctrica; la carga positiva de una parte es exactamente igual a la negativa transferida a la otra. Si el objeto esta construido por un material buen conductor (por ejemplo cobre) de la electricidad, los electrones instantáneamente se desplazan a través de él y anulan cualquier carga superficial. Por mas que frotemos una varilla de metal no conseguiremos que atraiga pequeños trozos de papel, no puede quedar cargada. Pero si el objeto fuera de algún tipo de material aislante (por ejemplo plástico), los electrones no podrían desplazarse a través de el, toda carga acumulada en algún punto de su superficie allí se quedaría. Una lapicera de material plástico que haya sido frotada atraerá trocitos de papel simplemente porque ha sido cargada y porque ha mantenido sus cargas. Objetos de cargas de igual tipo (es decir, positiva o negativa) se repelen y los de cargas opuestas se atraen. Llamamos a ésta, electricidad estática justamente porque las cargas no fluyen como en una corriente eléctrica, y si se mueven, lo hacen por distancias muy cortas. Los electrones se oponen a que se los amontone. Todos ellos poseen carga negativa y se repelen mutuamente; si hubiera una posible ruta de escape por la cual pudieran alejarse unos de otros, la tomarían. Cuando un aislador es cargado negativamente es tocado por nuestro dedo, los electrones excedentes se desplazarán a través de el por el cuerpo, hasta llegar a tierra, y el cuerpo cargado perderá su carga. Este flujo de electrones constituye una corriente eléctrica, mucho más pequeña que las corrientes eléctricas generadas por dinamos, alternadores o pilas. Sin embargo, hasta fines del siglo XVIII, era la única clase de electricidad conocida. Se la podía producir frotando una varilla de vidrio con una seda, o una de ámbar con la piel. Esta es la primera y más simple forma de máquina eléctrica de fricción. Las varillas obtenían cargas negativas o positivas según con que se las frotara y cual de las dos sustancias en fricción perdiera electrones con mayor facilidad. Cuanto más se frota una varilla, tanto mayor es la carga que desarrolla. La cantidad de cargas que puede acumular depende y está limitada por la conductividad entre la varilla y la mano que la sostiene o entre la varilla y el aire. La carga tiende a perderse porque la aislación nunca es perfecta. En el siglo XVIII se inventaron métodos más perfectos para producir triboelectricidad, es decir, electricidad estática por fricción. Guericke fabricó una gran esfera de azufre (un aislador) que hacía girar con una mano y frotaba con la otra. La esfera podía mantener una gran cantidad de carga y se podía descargar acercándole al extremo de un conductor. La fuerza de repulsión entre los electrones puede llegar a ser tan grande que saltan a través del aire que los separa, produciendo una chispa. También las nubes cargadas con electricidad estática pierden su carga eléctrica mediante chispas que nosotros denominamos relámpagos. Se fabricaron máquinas de mayor tamaño y se produjeron mayores cantidades de electricidad. Ahora resultaba necesario un sistema de almacenaje de las cargas de modo que pudieran utilizarse cuando se deseara. El primer dispositivo fue la botella de Leyden, que era una botella de vidrio recubierta por dentro y por fuera con hojas de metal. El recubrimiento interior era conectado a la máquina de fricción y los electrones transferidos por efecto de la fricción fluían hacia el y ahí quedaban. Cuando la botella no podía admitir más carga se la desconectaba, se la aislaba y las cargas que poseía eran almacenadas para uso futuro. El moderno capacitor, como se vio anteriormente, emplea el mismo principio que la botella de Leyden; posee dos capas conductoras separadas por un aislador.
BIBLIOGRAFÍA: http://tecnologia.idoneos.com/index.php/La_fricci%C3%B3n_permite_obtener_cargas_el%C3%A9ctricas
VIDEO: www.youtube.com/watch?v=SqcWMaCTWhk

2.2. Electrización por Conducción

La electrización por contacto se produce cuando un cuerpo neutro eléctricamente se carga al ponerse en contacto con un cuerpo electrizado. Los átomos de una sustancia cualquiera, contiene un número igual de protones y electrones.
Si frotamos sustancias como el vidrio o la ebonita (caucho endurecido) con una piel o una tela de seda, notaremos que adquieren la capacidad de atraer pedacitos de papel u otros objetos ligeros.
La electrización se puede demostrar fácilmente frotando ligeramente a la piel un globo inflado y acercándole una varilla de ebonita, la cual ha sido frotada por un pedazo de lana, se observa que el globo es repelido por la varilla.
Como el globo y la ebonita son fabricados con el mismo tipo de material, ambos adquieren la misma carga eléctrica y es por ello que al acercarlos se repelen.


"La electrización por contacto se caracteriza por ser una transmisión de carga de un cuerpo a otro, es decir, no hay creación de carga eléctrica".



En términos de movimiento de electrones, cuando...

A.- Un objeto con carga positiva se conecta a tierra:

Existe un flujo de electrones de tierra hasta la carga, carga neutra.

B.- Una esfera con carga negativa se pone en contacto con una neutra:

Existe un flujo de electrones de la carga hacia tierra.

C.- Una barra con carga positiva se acerca a una placa metálica neutra y aislada:

Se atraen los cuerpos.

2.3 Electrización por Polarización:








2.4 Electrización por inducción: DVG...


Es la electrización de un cuerpo neutro solamente por el acercamiento con un cuerpo electrizado sin que haya contacto mecánico ni eléctrico; esto se debe a que el cuerpo electrizado previamente genera una región de campo eléctrico alrededor del mismo el cual interactiva y excita a los electrones de la banda de valencia del cuerpo neutro pasándolos al nivel energético de conducción. En el laboratorio se puede observar es te fenómeno acercando una barra de caucho electrizada, hacia una pequeña esfera de saúco o de unicel suspendida, y se puede ver que antes de hacer contacto se manifiesta una fuerza de atracción y después de repulsión.
metodo induccion.jpg



Para electrizar un cuerpo, no es imprescindible que exista contacto entre el cuerpo cargado y el que se quiere electrizar. Para su estudio vamos a utilizar el electroscopio.
1. Vamos a construir un electroscopio. Para ello, necesitamos, un frasco de vidrio, un tapón de corcho, un alambre de cobre y una lámina de estaño o de aluminio.
 Se dobla un hilo de cobre en forma de “L” y se introduce el extremo largo en un tapón de corcho de manera que sobresalga del mismo.
 Se corta una tira de papel de estaño o de aluminio de 1 cm de ancho y 8 cm de longitud.
 Se cuelga del extremo inferior del hilo de cobre la tira estrecha de papel de estaño doblada por la mitad, y se introduce el tapón de corcho con el alambre en un frasco de vidrio, de manera que el conjunto quede aislado.
2. Se comprueba que el electroscopio está descargado, es decir, que las tiras de papel de estaño o aluminio se encuentran en su posición natural. Si estuviesen separadas, bastaría con tocar con un dedo el extremo exterior del hilo de cobre para que se volvieran a juntar.
3. Se frota una barra de ebonita con un trozo de lana o franela. Tras cargar por frotamiento la barra de ebonita, se aproxima al extremo exterior del hilo de cobre, sin ponerla en contacto con él. Comprobaremos que las tiras de papel de estaño o aluminio se separan, pero en vez de continuar separadas, retornan a su posición normal nada más alejar la barra de ebonita.

electroscopio.jpg


2.5 Electrización por absorción óptica: Este tipo de electrización se logra cuando la energía contenida en los fotones de luz, la cual es absorbida por los electrones de valencia de los materiales semiconductores, como el silicio excitándolos para pasar a la banda de conducción.

Absorcion optica.jpg

3. ElectroscopioEs un aparato que permite detectar la presencia de campos eléctricos en un cuerpo e identificar el signo de los mismos. El electroscopio sencillo consiste en una varilla metálica vertical que tiene una esfera en la parte superior (gaz) y en el extremo opuesto dos láminas de oro o de aluminio muy delgadas. La varilla está sostenida en la parte superior de una caja de vidrio transparente con un armazón de cobre en contacto con tierra. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electriza y las laminillas cargadas con igual signo de electricidad se repelen, separándose, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido. La fuerza de repulsión electrostática se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera, las láminas, al perder la polarización, vuelven a su posición normal.
Su funcionamiento:Si acercamos un cuerpo desnudo cargado con carga positiva, por ejemplo un bolígrafo que ha sido frotado con un paño, las cargas negativas del conductor experimentan una fuerza atractiva hacia el bolígrafo. Por esta razón se acumulan en la parte más cercana a éste. Por el contrario las cargas positivas del conductor experimentan una fuerza de repulsión y por esto se acumulan en la parte más lejana al bolígrafo. Lo que ha ocurrido es que las cargas se han desplazado, pero la suma de cargas positivas es igual a la suma de cargas negativas. Por lo tanto la carga neta del conductor sigue siendo nula. Consideremos ahora que pasa en el electroscopio. Recordemos que un electroscopio está formado esencialmente por un par de hojas metálicas unidas en un extremo. Por ejemplo una tira larga de papel de aluminio doblada al medio. Si acercamos el bolígrafo cargado al electroscopio, la carga negativa será atraída hacia el extremo más cercano el bolígrafo, mientras que la carga positiva se acumulará en el otro extremo, es decir que se distribuirá entre las dos hojas del electroscopio.

"Es un instrumento sensible que se utiliza para detectar cargas eléctricas pequeñas.Cuando se carga el electroscopio, negativa o positivamente, las hojas del aluminio se repelen, debido a que presentan la misma carga".


elect.jpgelec.jpg











Integrantes: Arauz Kathleen, Aparicio Luis, Bozzi Betzi, Elizondro Dilany,Flores Ismael,
Gantes Dilcia, Juares Astrid, Miranda Jorge.