P3 - Electrostática

Introducción

El efecto triboeléctrico es un tipo de electrificación causado por el contacto entre materiales, en nuestro caso por frotamiento. Al frotar distintos materiales entre sí, hay unos que tienden a ceder electrones (quedan cargados positivamente) y otros que tienen tendencia a atrapar electrones (quedan cargados negativamente). La cantidad y tipo de carga generada depende de los materiales, la aspereza superficial, la temperatura, la tensión, y otras características. Los materiales se ordenan en lo que se llama “serie triboeléctrica” de arriba a abjo según tengan más o menos tendencia a ceder electrones (figura de la derecha). En general, se produce mucho traspaso de electrones cuando frotamos entre sí materiales con mucha tendencia a ceder electrones con materiales con mucha tendencia a captar electrones, es decir, de los extremos de la serie triboeléctrica.


Funcionamiento

Frotaremos un tubo de PVC (abajo en la serie) con una servilleta de papel (arriba en la serie). Por efecto triboeléctrico, el tubo atrapará electrones de la servilleta, y quedará cargado negativamente (la servilleta, al pasarle muchos electrones al tubo, quedará cargada positivamente). Esta gran cantidad de carga negativa la recogeremos mediante un alambre de cobre y la llevaremos a distintos aparatos.

 

Experimentos

  1. Medusa voladora
  2. Campanas de Franklin
  3. Pelos locos
  4. Motor electrostático
  5. Botella de Leyden. Chispas
  6. Molinillo electrostático
  7. Motor de Moore
  8. Volta Hailstorm
  9. Otros (vasitos de papel, etc)

 

1 - Medusa voladora

Frotaremos con una servilleta una pequeña tira de cinta de embalar deshilachada. La cinta quedará cargada negativamente. La lanzamos al aire y al acercarle un tubo de PVC previamente electrizado, se repelen al estar cargado el PVC negativamente también. La medusa flotará en el aire y podremos moverla a nuestro antojo. En la feria repartiremos globos alargados de hacer figuritas para que los visitantes los usen en lugar de los tubos de PVC.




Vídeo:

http://www.youtube.com/watch?v=76R9E-D22WQ 

otro vídeo:

http://www.youtube.com/watch?v=Vai9_uoISj4

http://www.youtube.com/watch?v=r9f0wi5E7Pw


2 - Campanas de Franklin

Colgaremos de un hilo una bolita de aluminio (o una bolita de corcho blanco envuelta en aluminio) y la colgaremos de un bolígrafo entre dos latas de refresco. Una lata la conectaremos a nuestro tubo de PVC y la otra lata la tocará un compañero o la conectaremos a tierra. Observaremos cómo la bolita se mueve rápidamente entre las latas, como si fueran campanas. Se pueden usar campanillas en ves de latas y una bolita de metal de mayor peso, con lo cual el sonido será más llamativo.



Explicación: Una de las latas atrae a la bolita por tener cargas diferentes, la bolita va hacia la lata y la toca. Como la bolita es metálica, se carga con cargas del mismo signo que la lata y por tanto se repelen y el péndulo se dispara hacia la otra lata y se repite el proceso. Si la otra lata está conectada a tierra el efecto es más intenso.  

Vídeo:

http://www.youtube.com/watch?v=pAJiglDmfOc

 

3 – Pelos locos

Si un voluntario toca el cable conectado al tubo de PVC mientras es frotado, la carga recogida por el cable va descargándose hacia tierra a través del cuerpo. Pero si a ese voluntario lo subimos a un banquito de plástico, al estar aislado del suelo se va acumulando carga en su cuerpo. Si escogemos a una persona con el tipo de pelo adecuado (personas con pelo rubio liso limpio y seco nos darán resultados más visibles en esta experiencia) observaremos cómo sus pelos empiezan a ponerse de punta, por estar cargados con cargas de igual signo, y por tanto estar repeliéndose.  Si le ponemos un globo frotado en la cabeza, se le quedará pegado.

Nota: Avisad al voluntario de que puede tener alguna descarga inofensiva pero quizá molesta (no escoger personas con problemas de corazón ni marcapasos). Cuando el voluntario esté cargándose sobre el banco, no debe tocar a nadie ni a ningún objeto metálico, pues se descargará y no observaremos el efecto deseado. Se le enseñará un espejo y cuando haya que acabar, se le dirá que extienda los brazos con los dedos extendidos también para que se vaya descargando. Se le hará que toque algún objeto de madera cercano. Finalmente, el resto de carga que le pueda quedar no será muy molesto cuando se descargue.

Vídeo:

http://www.youtube.com/watch?v=SREXQWAIDJk

 

4 – Motor electrostático

Construiremos un motor electrostático con un vaso de plástico y varias tiras de papel de aluminio pegadas a él. El fundamento es el mismo que el de las campanas de Franklin. El electrodo conectado al tubo de PVC tiene carga de signo diferente que la tira de aluminio más cercano del vaso, con lo cual la atrae y el vaso gira. Al tocar esa tira de aluminio, queda cargada con carga de igual signo, con lo cual es repelida. Esto acelera aún más el vaso. El ciclo se repite con cada tira de aluminio pegada al vaso, de forma que se puede conseguir una gran velocidad de giro.

Vídeo:

http://www.youtube.com/watch?v=_fDHEF5qsTI




                                                          

5 – Botella de Leyden. Chispas

Una botella de Leyden es un dispositivo capaz de almacenar carga eléctrica, básicamente consiste en un bote de plástico forrado interna y externamente por una fina lámina de aluminio. Mostraremos varias botellas de Leyden que habremos construido, las cargaremos frotando varias veces el tubo de pvc en contacto con su electrodo interno. Al conectar el electrodo interno con el externo, serán visibles descargas eléctricas bastante intensas.

Vídeo:

http://www.youtube.com/watch?v=D4vzivHdLoQ



Como actividad añadida, se puede formar una cadena humana de unas diez personas poniéndose en círculo. Se abre el círculo por una persona y se le hace sostener la botella por el electrodo externo. A la persona que está en el otro extremo abierto del círculo se le dice que toque el electrodo interno de la botella cargada. Todas las personas del círculo reciben una descarga (algunas personas lo notarán más que otras)

Vídeo:

http://www.youtube.com/watch?v=grfpSBqefbY

 

6 – Molinillo electrostático (“Motor iónico”)

Los primeros experimentadores comprobaron que para conseguir retener la electricidad estática era necesario que los conductores no tuvieran puntas o rugosidades. Cuanto mas lisos y pulidos, mejor y más tiempo retenían la electricidad. Este reconocimiento, lleva implícito, que las puntas favorecen la pérdida de electricidad e indujo a estudiar el tema a Benjamín Franklin, llegando a inventar el pararrayos. Para hacer ver que los objetos cargados tienden a descargarse por las puntas, haremos un molinillo con sus aspas acabadas en punta. Al escapar los electrones por esas puntas, se impulsa el motor que acaba girando. Podremos hablar a los visitantes de los pararrayos, por qué no llevar paraguas ni cobijarse bajo un árbol en una tormenta en medio del campo, etc.

 

Explicación: Al conectar el molinillo con el tubo de PVC, la carga se distribuye por todo el molino. Como éste presenta dos extremos afilados, la concentración de cargas será mayor en esas puntas. Una carga que se encuentre en el vértice será repelida por las del mismo signo que la empujan desde el molino, y atraída por alguna molécula de aire cercana. Al descargarse, 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 el llamado "viento eléctrico". Las fuerzas aplicadas a ambos extremos del molinete provocan su rotación.



Vídeo:

http://www.youtube.com/watch?v=6hkIGIAgxFU



 

Basados en el mismo fundamento que el motor electrostático y las campanas de Franklin (atracción de cargas de distinto signo, descarga y posterior repulsión) se pueden montar otras experiencias con materiales sencillos:

 

7 – Motor de Moore

Con un plato de plástico, tiras de aluminio y una bola de ping pong cubierta con pintura metálica o tinta china.

Vídeo:

http://www.youtube.com/watch?v=yOvRIZVhDYo


 

8 – Volta Hailstorm

Un cilindro de plástico tiene en sus caras superior e inferior dos láminas de metal, una de ellas conectada al tubo de pvc y la otra a tierra. Al frotar el tubo, las pequeñas bolitas conductoras del interior saltan de una lámina a otra (las bolitas pueden ser de papel de aluminio, o de corcho blanco forradas con papel de aluminio, o de corcho blanco pintadas con pintura metálica)

Vídeo:

http://www.youtube.com/watch?v=DDN-JCyetEM

 

9 – Vasitos de plástico/aluminio

Situando encima de una lata de refresco (conectada al tubo de PVC) una pila de varios vasitos de papel o aluminio, al cargarse éstos van saltando uno a uno al repelerse entre sí por tener igual carga. Si ponemos un poco de confeti encima de la lata, saltarán por los aires al cargarlos.

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