En un anterior experimento del blog introdujimos el concepto de las cargas eléctricas en clase, con la ayuda de unos globos. Así, en el aula el alumnado podía comenzar a asociar los fenómenos de la electrostática con las cargas eléctricas.
Sin embargo, a lo largo de la historia no siempre se había asociado la electricidad estática con otros fenómenos eléctricos, como los producidos por cargas en movimiento en el interior de un material conductor o la inducción electromagnética.
No fue hasta el año 1832 que se demostró la relación directa entre la electrostática, la electricidad dinámica y la inducción electromagnética. Gracias a Michael Faraday, se determinó que todos estos fenómenos eran en realidad el mismo.
Para acompañar al grupo en el estudio de la electricidad, hemos visto conveniente avanzar hacia esta relación con la comprobación del comportamiento de diferentes materiales ante las cargas eléctricas. En este experimento nos centraremos en el efecto triboeléctrico.
¿Qué necesitamos para hacer el experimento sobre el efecto triboeléctrico?
- Un globo.
- Una lata de aluminio.
- Un paño de lana.
- Hojas de periódico o folios de papel.
¿Cómo se experimenta con la electricidad estática y cómo lo explicamos?
La preparación del experimento es muy sencilla. Inicialmente, en una mesa dejamos la lata en posición horizontal.
Posteriormente, inflamos el globo y lo tocamos a una pared durante 5 segundos. Posteriormente, lo acercaremos a la lata, notando que ésta no se mueve.
Ahora frotaremos el globo con el paño de lana. Después de frotarlo 10 veces, aproximaremos el globo hacia la lata, apreciando como, ahora sí, la lata rueda, acercándose al globo.
Volveremos a acercar el globo a una pared, durante aproximadamente 5 segundos, y lo dejaremos quieto encima de la mesa.
Ahora es la lata la que frotaremos con la ayuda del paño. Una vez la hayamos frotado una 10 veces, lo acercaremos al globo. Veremos que, también, el globo se mueve, aunque de manera más leve.
Finalmente, y después de volver a acercar el globo y la lata a la pared, utilizaremos el papel en lugar del paño: frotaremos el globo con el papel y comprobaremos si ahora la lata se mueve al acercar el globo. Efectivamente, la lata se desplazará. Sin embargo, si lo que frotamos es la lata, veremos como el globo no se mueve.
¿Por qué la lata se acerca al globo, y viceversa?
Como vimos en el anterior experimento sobre electrostática, sin frotar los diferentes materiales, ninguno de ellos se ve cargado eléctricamente. Por lo tanto, son cuerpos eléctricamente neutros que no se alteran antes la presencia de otros elementos.
Todo cambia cuando frotamos el globo con el paño de lana o el papel, éstos últimos le cederán cargas negativas (electrones) al globo: éste estará cargado negativamente.
Cuando acercamos el globo cargado a la lata de aluminio, las cargas eléctricas de ésta se alteran. Aunque sigue siendo eléctricamente neutra, las cargas negativas se alejan lo máximo posible del globo. Como consecuencia, las cargas positivas de la lata se quedan en la cara más cercana al globo. Al ser cargas de signo contrario la lata se ve atraída.
Por el contrario, el fenómeno es diferente si lo que utilizamos como elemento a cargar es la lata. Con la experiencia, hemos apreciado como el paño de lana sí que cede electrones al aluminio: la diferencia de cargas igualmente generará la fuerza de atracción entre la lata y el globo. Sorprendentemente, el fenómeno no es el mismo al frotar el papel. El papel no cede cargas eléctricas a la lata y, por consecuencia, el globo no se desplazará.
| Serie triboeléctrica (fragmento) |
|---|
| Más positivos |
|
Aire |
| Piel humana |
| Vidrio |
| Cabello |
| Lana |
| Plomo |
| Seda |
| Aluminio |
| Papel |
| Algodón |
| 0 |
| Acero |
| Madera |
| Globo de goma |
| Níquel, cobre |
| Espuma de poliestireno |
| Poliéster |
| Papel film para embalar |
| Teflón |
| Más negativos |
¿Por qué el papel no ha cedido cargas a la lata? La serie triboeléctrica
La cesión de las cargas eléctricas entre elementos depende de la serie triboeléctrica, que establece la tendencia a captar y perder electrones de diferentes materiales.
El efecto triboeléctrico es el fenómeno de cargar eléctricamente un cuerpo por frotamiento. Como no todos los materiales presentan la misma afinidad para captar o ceder electrones (dependiendo de su configuración electrónica), cada uno de ellos tenderá a cargarse de manera diferente según el material con el que se frote.
La serie (o escala) triboeléctrica es una tabla que ordena los materiales, de tal manera que ayuda a determinar la polaridad de cada uno de los dos materiales que se han frotado. Así, el material colocado en la posición más alta cederá electrones, mientras que el que se sitúa más abajo se carga negativamente.
Además, la cantidad de cargas cedidas depende de la distancia relativa que haya entre los materiales en la serie: cuanto más alejados estén, mayor será la carga intercambiada.
Así, hemos comprobado que el frotamiento del papel o la lana con el globo de goma ha dado lugar a una carga electrostática de una magnitud considerable, ya que hemos logrado que la lata de aluminio se desplace.
Por el contrario, la distancia relativa entre la lata de aluminio y el papel es tan pequeña, que la cantidad de cargas transferidas es prácticamente nula, por lo que el globo no se desplazará.