Física y Química 3.º ESO · La carga eléctrica y la electrización
Ampliación: el electroscopio y la electrización por inducción
Objetivo: Al terminar, sabrás dibujar cómo se reparten las cargas en un electroscopio y en un cuerpo neutro cuando se les acerca un cuerpo cargado, y explicar por qué un cuerpo cargado atrae a uno neutro.
Explicación
Electrización por inducción
Si acercas un cuerpo cargado a un conductor neutro, sin tocarlo, los electrones libres del conductor se mueven:
- Si acercas un cuerpo negativo, los electrones del conductor se alejan (se repelen) → el lado cercano queda + y el lado lejano −.
- Si acercas un cuerpo positivo, los electrones se acercan (son atraídos) → el lado cercano queda − y el lado lejano +.
El conductor sigue siendo neutro en total: no ha ganado ni perdido electrones, solo se han redistribuido. Al alejar el cuerpo cargado, los electrones vuelven a repartirse y desaparece la separación.
En los aislantes (papel, agua) los electrones no pueden viajar por el cuerpo, pero dentro de cada molécula se desplazan un poco hacia un lado: el cuerpo se polariza y también queda con una cara + y otra −.
¿Por qué un cuerpo cargado atrae a uno neutro?
Por la inducción, el cuerpo neutro tiene más cerca las cargas de signo contrario (que se atraen) y más lejos las del mismo signo (que se repelen). Como la fuerza eléctrica es más intensa cuanto más cerca están las cargas, gana la atracción.
El electroscopio
Sirve para saber si un cuerpo está cargado. Tiene:
- una bola metálica arriba,
- una varilla metálica que baja hasta
- dos láminas muy finas (de oro o de aluminio), dentro de un recipiente de vidrio.
Bola, varilla y láminas son conductoras y están unidas. Si las dos láminas tienen carga del mismo signo, se repelen y se separan.
- Al acercar un cuerpo cargado (sin tocar): por inducción, la bola queda con carga de signo contrario y las láminas con carga del mismo signo que el cuerpo → las láminas se separan. Al alejarlo, se cierran.
- Al tocar la bola con un cuerpo cargado: pasa carga por contacto y todo el electroscopio queda con carga de ese signo → las láminas se quedan separadas aunque retires el cuerpo.
Puntos clave
- Inducción: un cuerpo cargado separa las cargas de un conductor neutro sin tocarlo.
- En la inducción el cuerpo sigue neutro: sus cargas solo se redistribuyen.
- Un cuerpo cargado atrae a uno neutro porque las cargas opuestas quedan más cerca.
- Electroscopio: si las láminas tienen carga del mismo signo, se separan.
- Al acercar sin tocar, las láminas se abren y se cierran al alejar; al tocar, quedan abiertas.
Errores frecuentes
ErrorDecir que en la inducción el cuerpo neutro «gana carga».
Cómo corregirloNo pasa ningún electrón de un cuerpo al otro: el cuerpo neutro solo separa sus cargas. Si sumas todas, sigue siendo 0.
ErrorDibujar en el electroscopio las láminas con cargas de distinto signo.
Cómo corregirloLas dos láminas tienen siempre carga del mismo signo: por eso se repelen y se separan.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1. Acercar una barra al electroscopio experimental (dibujo de cargas)
Acercas, sin tocarla, una barra de plástico con carga negativa a la bola de un electroscopio descargado. a) Dibuja cómo se reparten las cargas. b) ¿Qué hacen las láminas? c) ¿Y si retiras la barra?
Resolución
a) La barra (−) repele a los electrones libres del electroscopio, que bajan hacia las láminas:
- la bola queda con carga positiva (le faltan electrones);
- las láminas quedan con carga negativa (les sobran electrones).
b) Las dos láminas son negativas → se repelen → se separan.
c) Al retirar la barra, los electrones vuelven a repartirse por todo el electroscopio: las láminas quedan neutras y se cierran. El electroscopio nunca ha dejado de ser neutro.
Ejemplo 2. El peine y los papelitos situación real
Un peine frotado con el pelo queda con carga negativa y atrae unos papelitos neutros. Explica con un dibujo por qué se atraen.
Resolución
Al acercar el peine (−), cada papelito se polariza: las cargas negativas de sus moléculas se apartan un poco del peine y las positivas quedan más cerca.
- Entre el peine y la cara + del papelito hay atracción.
- Entre el peine y la cara − hay repulsión.
Como la cara + está más cerca del peine y la fuerza eléctrica es mayor a menor distancia, la atracción es más fuerte que la repulsión: el papelito sube hacia el peine.
Ejercicios
De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.
1. Fácil
Acercas, sin tocarla, una varilla de vidrio con carga positiva a la bola de un electroscopio neutro. a) Indica el signo de la carga de la bola y de las láminas. b) ¿Se separan las láminas? c) ¿Cuál es la carga total del electroscopio?
Ver solución
a) Bola negativa; láminas positivas. b) Sí. c) Cero.
a) La varilla (+) atrae a los electrones libres hacia la bola: bola −; las láminas se quedan con falta de electrones: láminas +. b) Las dos láminas son + → se repelen → se separan. c) No ha entrado ni salido ningún electrón: la carga total es 0.
2. Difícil
Tocas la bola de un electroscopio neutro con una barra de plástico cargada negativamente y luego retiras la barra. a) ¿Qué carga tiene ahora el electroscopio? ¿Están las láminas separadas? b) Ahora acercas (sin tocar) otra barra negativa: ¿las láminas se separan más o menos? c) ¿Y si acercas una varilla positiva?
Ver solución
a) Negativa; separadas. b) Más. c) Menos (se cierran un poco).
a) Por contacto han pasado electrones al electroscopio: queda negativo y las láminas, negativas, quedan separadas. b) La barra negativa empuja más electrones hacia las láminas: tienen más carga negativa → se separan más. c) La varilla positiva atrae electrones hacia la bola: a las láminas les quedan menos → se cierran un poco. (Así se puede averiguar el signo de un cuerpo con un electroscopio ya cargado.)
3. Difícil
Dos esferas metálicas neutras, A y B, se tocan sobre soportes aislantes. Acercas una barra con carga positiva a la esfera A (sin tocarla). Con la barra todavía cerca, separas las esferas y después retiras la barra. ¿Qué carga tiene cada esfera al final?
Ver solución
A negativa; B positiva (cargas iguales y opuestas).
Con la barra (+) cerca, los electrones libres de las dos esferas se acercan a ella y se acumulan en A: A queda − y B queda +. Al separarlas con la barra aún cerca, cada esfera se queda con su carga: los electrones ya no pueden volver. Al retirar la barra, A sigue negativa y B positiva, con cargas iguales y opuestas (la carga total sigue siendo 0).
Para practicar más
1. Media
Un globo frotado con lana se queda pegado a la pared. La pared no está cargada. Dibuja las cargas del globo y de la pared y explica por qué se pega.
Ver solución
El globo (−) polariza la pared: la cara + de la pared queda más cerca y la atracción gana.
El globo gana electrones de la lana: es negativo. Al acercarlo, la pared se polariza: las cargas positivas de su superficie quedan más cerca del globo y las negativas, un poco más lejos. Como la atracción entre cargas cercanas es más fuerte, el globo se queda pegado.
2. Media
Tienes un electroscopio con las láminas separadas porque está cargado negativamente. Acercas a la bola, sin tocarla, un objeto cargado del que no sabes el signo y las láminas se cierran un poco. ¿Qué signo tiene el objeto? Explícalo.
Ver solución
Positivo.
Si el objeto fuera negativo, empujaría más electrones a las láminas y estas se separarían más. Como se cierran, el objeto atrae electrones hacia la bola y deja menos en las láminas: es positivo.
3. Fácil
Explica qué diferencia hay entre electrizar un cuerpo por contacto y por inducción: ¿se tocan los cuerpos?, ¿pasa carga de uno a otro?, ¿qué signo queda en la parte más cercana?
Ver solución
Contacto: se tocan, pasa carga y queda con el mismo signo. Inducción: no se tocan, no pasa carga (solo se separa) y la parte cercana queda con signo contrario.
Contacto: los cuerpos se tocan; pasan electrones de uno a otro; el cuerpo que era neutro queda con carga del mismo signo. Inducción: no se tocan; no pasan electrones, solo se redistribuyen dentro del cuerpo neutro; la parte más cercana queda con carga de signo contrario y la lejana, del mismo signo. El cuerpo sigue siendo neutro en total.