Física y Química 3.º ESO · La carga eléctrica y la electrización
Recuerda: electrización por frotamiento y por contacto
Objetivo: Al terminar, sabrás explicar experiencias sencillas de electrización por frotamiento y por contacto (globos, bolígrafos, papelitos), predecir atracciones y repulsiones y distinguir conductores de aislantes.
Recuerda
La carga eléctrica
La materia está formada por átomos, y en los átomos hay partículas con carga eléctrica: los protones, con carga positiva (+), están en el núcleo, y los electrones, con carga negativa (−), se mueven alrededor del núcleo. Un átomo tiene tantos protones como electrones, así que es neutro.
Normalmente los cuerpos son neutros. Un cuerpo queda cargado cuando gana o pierde electrones (los protones no salen del núcleo):
- Si gana electrones, tiene más cargas − que +: queda con carga negativa.
- Si pierde electrones, tiene más cargas + que −: queda con carga positiva.
La carga eléctrica se mide en culombios (C).
La fuerza eléctrica
Los cuerpos cargados se ejercen fuerzas a distancia:
- Cargas del mismo signo se repelen; cargas de signo contrario se atraen.
- La fuerza es mayor cuanto más carga tienen los cuerpos y cuanto más cerca están.
La electrización
Electrizar un cuerpo es hacer que gane o pierda electrones para que quede cargado. Hay dos formas sencillas:
1. Por frotamiento
Al frotar dos cuerpos de materiales distintos, algunos electrones pasan de uno a otro. Los dos quedan cargados con cargas iguales y de signo contrario.
- Tienden a perder electrones (quedan +): el pelo, la lana, el vidrio.
- Tienden a ganar electrones (quedan −): los plásticos (globo, bolígrafo, PVC), el ámbar.
2. Por contacto
Si un cuerpo cargado toca a otro neutro (mejor si es metálico), le pasa parte de su carga. Los dos quedan con carga del mismo signo, y por eso después se repelen.
Conductores y aislantes
- Conductores: los electrones se mueven con facilidad por ellos. Metales (cobre, aluminio, hierro), el agua del grifo, el cuerpo humano.
- Aislantes: los electrones casi no se mueven. Plásticos, vidrio, goma, madera seca, aire seco.
Por eso los plásticos se cargan bien al frotarlos: la carga se queda donde se ha frotado. En cambio, si frotas una cuchara de metal sujetándola con la mano, la carga se escapa a través de tu cuerpo.
Un cuerpo cargado también atrae a cuerpos neutros ligeros (papelitos, pelos, polvo), aunque estos no estén cargados: es la inducción. Al acercarlo, las cargas del cuerpo neutro se reorganizan un poco: la parte más cercana queda con carga de signo contrario y la más lejana, con carga del mismo signo. Como la fuerza eléctrica es mayor cuanto más cerca están las cargas, gana la atracción.
Puntos clave
- Por frotamiento, los dos cuerpos quedan con cargas iguales y opuestas.
- Por contacto, el cuerpo neutro queda con carga del mismo signo que el que lo toca.
- Conductores (metales, cuerpo humano, agua del grifo): las cargas se mueven. Aislantes (plástico, vidrio, goma): no.
- Un cuerpo cargado atrae también a objetos neutros ligeros.
- Los protones (+) están en el núcleo; los electrones (−) se mueven alrededor. Un cuerpo se carga al ganar electrones (−) o perderlos (+).
- Cargas del mismo signo se repelen y de signo contrario se atraen; la fuerza es mayor con más carga y a menor distancia.
- La carga no se crea ni se destruye: al electrizar, solo pasa de un cuerpo a otro.
Errores frecuentes
ErrorPensar que al frotar solo se carga uno de los dos cuerpos.
Cómo corregirloLos electrones que gana uno los pierde el otro: los dos quedan cargados, con signos opuestos.
ErrorCreer que si un cuerpo atrae a otro, el segundo tiene que estar cargado.
Cómo corregirloUn cuerpo cargado también atrae a cuerpos neutros (papelitos). La prueba segura de que dos cuerpos están cargados es la repulsión.
ErrorDecir que un cuerpo queda positivo porque «ha ganado protones».
Cómo corregirloLos protones no salen del núcleo. Un cuerpo queda positivo porque ha perdido electrones.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1. Dos globos colgados experimental
Cuelgas dos globos de un hilo, uno al lado del otro. Frotas los dos con el mismo jersey de lana. a) ¿Qué les pasa a los globos? b) Acercas luego el jersey a uno de los globos: ¿qué ocurre? c) Si acercas un globo a unos papelitos, ¿qué ves?
Resolución
a) Los dos globos ganan electrones del jersey: quedan negativos. Como tienen el mismo signo, se repelen: los hilos se separan.
b) El jersey ha perdido electrones: es positivo. Atrae al globo (negativo): se atraen.
c) Los papelitos (neutros) son atraídos por el globo: un cuerpo cargado atrae a cuerpos neutros ligeros.
Ejercicios
De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.
1. Fácil
Se frotan dos barras de PVC con un paño de lana y una varilla de vidrio con un paño de seda (la varilla de vidrio queda positiva). Las barras de PVC quedan negativas. Indica si se atraen o se repelen: a) Las dos barras de PVC. b) Una barra de PVC y la varilla de vidrio. c) Una barra de PVC y el paño de lana con el que se frotó.
Ver solución
a) Se repelen. b) Se atraen. c) Se atraen.
a) − y − → se repelen. b) − y + → se atraen. c) El paño de lana perdió los electrones que ganó la barra: es positivo. − y + → se atraen.
2. Fácil
Clasifica en conductores y aislantes: cobre, goma, agua del grifo, vidrio, aluminio, madera seca, cuerpo humano, plástico.
Ver solución
Conductores: cobre, agua del grifo, aluminio, cuerpo humano. Aislantes: goma, vidrio, madera seca, plástico.
Los metales, el agua del grifo (lleva sales disueltas) y el cuerpo humano dejan moverse las cargas: conductores. La goma, el vidrio, la madera seca y el plástico, no: aislantes.
3. Media
Tocas una bolita metálica neutra, colgada de un hilo de nailon, con un bolígrafo que has frotado y tiene carga negativa. a) ¿Qué carga adquiere la bolita? b) ¿Qué pasa entre la bolita y el bolígrafo justo después de tocarse? c) ¿Por qué se cuelga de un hilo de nailon y no de un alambre?
Ver solución
a) Negativa. b) Se repelen. c) Porque el nailon es aislante y la carga no se escapa.
a) Por contacto, parte de los electrones de sobra del bolígrafo pasan a la bolita: queda negativa. b) Los dos son negativos → se repelen: la bolita se aparta del bolígrafo. c) El nailon es aislante: la carga se queda en la bolita. Con un alambre (conductor) se escaparía.
Para practicar más
1. Media
Después de andar por una moqueta con zapatillas de suela de goma, tocas el pomo metálico de una puerta y notas un calambre. Explica qué ha pasado con las cargas.
Ver solución
Al andar te cargas por frotamiento; al tocar el metal (conductor), la carga pasa de golpe y produce una pequeña chispa.
Al rozar las suelas con la moqueta, tu cuerpo queda cargado (frotamiento). La goma es aislante y la carga no se va al suelo. Al acercar la mano al pomo (metal, conductor), la carga pasa de golpe entre tu mano y el pomo: es la pequeña chispa que notas como calambre.
2. Fácil
Haz en casa esta experiencia: frota un globo o un peine de plástico con el pelo seco y acércalo (sin tocarlo) a un chorro muy fino de agua del grifo. Describe lo que ves y di si el agua tiene que estar cargada para que ocurra.
Ver solución
El chorro se curva hacia el globo. El agua no tiene por qué estar cargada: un cuerpo cargado atrae a cuerpos neutros.
El globo queda cargado al frotarlo. Al acercarlo, el chorro se desvía hacia el globo. El agua del grifo es neutra: es un ejemplo de que un cuerpo cargado atrae a cuerpos neutros (inducción).