La fuerza de la electrostática

TEMPORALIZACIÓN: Primer trimestre, cuatro sesiones.

MATERIALES: péndulos electrostáticos, materiales diversos para la carga (poliestireno, vidrio, plexiglas, ebonita, algodón, etc.), culombímetro, generador de alta tensión, electrodos con diferentes formas, electroscopio, aceite, sémola, pajitas, globos, jabón.

Con motivo de la celebración del I Día de la Ciencia “BioSTEAM ODS: Jugando con las ciencias” se llevó a cabo una actividad en la que los alumnos mostraron las diferentes formas en que se manifiesta la fuerza electrostática.

Objetivos: Mostrar de forma amena y divertida los efectos de las cargas eléctricas en equilibrio (sin corriente).

Metodología: El alumnado participante, que previamente había ensayado las experiencias, mostraba al resto de compañeros que iba pasando por el puesto las diferentes experiencias realizables, aportando una explicación científica a los fenómenos observados.

Nivel educativo: 6 alumnos de 3º de ESO mostraron las experiencias al resto del alumnado (ESO y Bachillerato)

EXPERIENCIA 1 (PÉNDULOS ELECTROSTÁTICOS)

Mediante la carga de diferentes materiales mediante frotamiento/contacto podía verse la atracción/repulsión de los péndulos (pequeños discos metálicos que penden de un hilo), así como la descarga de los mismos.

EXPERIENCIA 2 (COLUMBÍMETRO)

En todo momento podía utilizarse el columbímetro para medir la carga eléctrica presente en los objetos cargados. Tocando el disco metálico, el instrumento daba una medida de la carga, incluyendo su signo. Era necesario descargarlo para realizar otra medida puesto que la carga pasaba del objeto al instrumento.

EXPERIENCIA 3 (GENERADOR DE ALTA TENSIÓN)

Mediante el generador de alta tensión, que funciona mediante un interruptor manual y sin necesidad de conexión a la red eléctrica, se pueden cargar varillas conductoras con diferentes formas (bolas, pinchos o placas) de manera que la descarga entre ellas (la chispa) se produce a diferentes distancias. Lo que se está observando es la ruptura dieléctrica del aire, es decir, el momento en el que el aire deja de ser un aislante y permite el paso de la carga debido a la gran intensidad del campo eléctrico. Si no se produce la chispa, significa que el material no se ha descargado, y si en esa situación se toca el conductor, la chispa puede pasar a través de nuestro cuerpo, provocando una sensación de calambre similar a la que ocurre cuando tocamos una barandilla metálica.

EXPERIENCIA 4 (ELECTROSCOPIO)

Mediante el electroscopio se puede medir la carga eléctrica de forma "analógica", viendo cómo se desvía una varilla cargada mediante la inducción (una reordenación a distancia de la carga eléctrica, de carácter temporal, provocada por un objeto cargado). El instrumento tiene unas marcas de graduación para ver cuánto gira la varilla respecto a la vertical, y este valor está relacionado con la cantidad de carga.

EXPERIENCIA 5 (LÍNEAS DE CAMPO ELÉCTRICO)

Con la ayuda del generador de alta tensión, un poco de aceite y unos granos de sémola, es posible visualizar las líneas del campo eléctrico. Para ello, conectamos unos conductores a un pequeño recipiente donde previamente hemos puesto los granos sobre una delgada capa de aceite, y procedemos a cargar el conductor. Veremos que los granos se alinean de forma perpendicular al conductor, formando patrones que dependen de su forma. En un conductor circular los granos se orientarían formando los radios de la circunferencia.

EXPERIENCIA 6 (JAULA DE FARADAY)

Una jaula de Faraday es un recipiente de metal (un conductor en equilibrio) en cuyo interior no hay campo eléctrico. Basta meter un móvil en un microondas e intentar llamar para ver que las ondas electromagnéticas no llegan a él. También ocurre cuando vemos que no hay cobertura de móvil en algunos ascensores, aunque esto ya depende en gran medida de la estructura del ascensor.

Una forma de hacer una jaula de Faraday casera es mediante pompas de jabón. Si formamos una pompa de jabón veremos que se ve atraída por un objeto cargado eléctricamente (que previamente hemos cargado frotando). Si ahora introducimos una pompa dentro de otra pompa e intentamos atraer a la pompa interior, veremos que no se ve afectada, ya que la pompa exterior actúa como una jaula de Faraday, impidiendo el campo eléctrico en el interior de ella.

Todas estas experiencias, sobre todo las chispas del generador de alta tensión, tuvieron una gran aceptación entre el alumnado que se acercó al puesto.