Lectura 19: La electricidad

Un hombre mayor volando una cometa bajo una tormenta, no pudo haber pasado inadvertido. Ese hombre era Benjamín Franklin, en 1752 estaba dirigiendo un experimento científico con electricidad.

Conectó un pedazo de alambre a la cometa y ligó una llave de metal con un moño de seda a la cuerda de la cometa. Franklin se ubicó debajo de un refugio, el cual los mantuvo secos, a él y a la llave. Un rayo golpeó el alambre, pasó por debajo de la cuerda de la cometa y produjo una chispa en la llave.

Franklin tuvo la fortuna de no morir; sin embargo mostró que el rayo era electricidad.

En los dos siglos posteriores al experimento de Franklin con la cometa, los científicos han aprendido que la electricidad proviene del movimiento de pequeñas partículas llamadas átomos. Estos son los componentes de todo lo que nos rodea: La tierra, el agua, el aire, los edificios y todos los seres vivientes. Los átomos están compuestos por partículas más pequeñas llamadas protones, neutrones y electrones. Los protones tienen carga positiva, los electrones carga negativa y los neutrones no tienen carga. Los átomos individuales tienen el mismo número de protones y electrones. Como resultado de esto, las cargas de protones y electrones se equilibran formando un átomo de carga neutra.

Electricidad estática

En los comienzos del estudio de la electricidad, los científicos notaron que al frotar un borrador con la piel de un animal, se creaba una atracción entre el borrador y la piel. También notaron un efecto similar cuando frotaron una vara de vidrio con seda. Un fenómeno similar sucede cuando las personas se cepillan el cabello, éste se pega al cepillo. Este fenómeno se denomina electricidad estática.

La electricidad estática se produce porque ciertos materiales transfieren a otros, algunos de sus electrones. Cuando esto sucede, el material que cede los electrones queda con carga positiva mientras que el que los recibe se carga negativamente. Cuando un borrador se frota con la piel de un animal, el borrador acepta los electrones de la piel, como el borrador tiene más electrones que protones se carga negativamente. La piel tiene menos electrones que protones, por lo tanto queda con carga positiva.

De la misma manera, cuando una barra de vidrio se frota con seda, ésta cede sus electrones a la seda. El vidrio tiene menos electrones que protones y queda cargado positivamente. Como la seda recibe más electrones queda cargada negativamente. Debido a que las cargas opuestas se atraen, se crea una atracción entre la felpa y la barra de caucho y entre la barra de vidrio y la seda. Objetos con la misma carga se repelen, por lo tanto, la barra de caucho y la seda, ambos con carga negativa se repelen.

El siguiente experimento mostrará el efecto de las cargas eléctricas sobre los objetos.

Experimento

Problema:¿Qué les sucede a las bolas de resina cuando están cargadas? Objetivo: En este experimento observará el efecto de las cargas al frotar las barras de vidrio y caucho sobre las bolas de resina Materiales: Necesita dos bolas de resina, dos soportes, hilo, una barra de caucho, un pedazo de felpa, una barra de vidrio y un pedazo de seda. Procedimiento Cuelgue las bolas de resina en el soporte, tal como lo muestra la figura 1

Acerque los soportes, de tal manera que las bolas queden a 8 cm. de distancia una de la otra, como se observa en la figura 2. Frote la barra de caucho con la felpa, luego toque cada bola con la barra de caucho; tome nota de lo que sucede. Sostenga cada bola de resina entre el dedo pulgar y el índice para quitar la carga. Frote el vidrio con la seda, luego toque cada bola con el vidrio y tome nota de lo que sucede. Observaciones y conclusiones En los pasos 3 y 5 las bolas de resina se repelen una a otra; ya que el mismo material las tocó a ambas, éstas debieron quedar con la misma carga, lo que demuestra que cargas iguales se repelen.

Corriente eléctrica

La clase de electricidad de la cual dependen las personas para la luz y el calor no es electricidad estática, sino que proviene de electrones que fluyen a través de alambres para formar la corriente eléctrica. Esta corriente necesita un conductor que es un material capaz de transportarla. El material es por lo general un alambre de metal. Para poder circular, los electrones necesitan una trayectoria cerrada para moverse a lo largo de ella, y es conocido como circuito. Un circuito eléctrico consta de una fuente de electricidad, un conductor y un mecanismo que utiliza la energía eléctrica. La electricidad no puede pasar por un circuito interrumpido o incompleto.

La figura 3 muestra un bombillo, una pila y un interruptor conectados por medio de un alambre. Cuando el interruptor está cerrado, el circuito está completo y los electrones fluyen hacia el bombillo haciéndolo brillar. Con el circuito completo, los electrones fluyen a través de la luz y regresan a la pila.

Los mismos electrones pueden recorrer el circuito una y otra vez. Cuando el interruptor está abierto, los electrones se detienen en el lado de la pila que está conectado con el interruptor y no se produce luz.

En su forma más simple, una pila está hecha de 2 barras una con carga negativa y otra con carga positiva, las cuales están suspendidas en una solución química. Cuando se unen las dos barras con un alambre, la corriente eléctrica fluye de la barra o polo positivo al polo negativo. Los electrones regresan del polo positivo al negativo a través de la solución que hay dentro de la pila. Las pilas no duran para siempre puesto que los polos se disuelven gradualmente en la solución. Cuando los polos desaparecen la pila deja de generar corriente, si no hay corriente, los electrones no fluyen.

El circuito de la figura 3 es un circuito simple, pero también existen circuitos más complejos. En la figura 4, observe cómo las tres luces están conectadas. La corriente pasa a través de los tres bombillos, los cuales están en la misma trayectoria, llamada un circuito en serie.

Ahora compare la figura 4 con la figura 5, que muestra tres bombillos en un circuito en paralelo. En la figura 5, cada bombillo está separado en su propio circuito con la pila. Si uno de los bombillos de este circuito se funde, los otros siguen prendidos. Esta clase de circuito es utilizado en las casas.

La cantidad de corriente eléctrica que se necesita para iluminar una casa o un edificio es muy grande para ser producida por una pila o cientos de ellas. En lugar de esto, la electricidad es generada por una planta de grandes máquinas llamadas generadores. Estos generadores funcionan bajo el principio de que los imanes producen una corriente eléctrica en un alambre, siempre y cuando el imán o el alambre se muevan. Este fenómeno se denomina inducción electromagnética.

Un generador simple contiene muchos metros de alambre girando entre imanes y generando corriente eléctrica, que es llevada por cables a los centros de consumo.

Taller de lectura 19

Comprensión de los hechos:

1. ¿Cuáles son las partículas que forman un átomo?
2. ¿Qué le ocurre a una barra de caucho cuando se frota con un pedazo de felpa?
3. ¿Qué le ocurre a la barra de vidrio cuando se frota con un pedazo de seda?
4. Cargas iguales se repelen y cargas distintas se atraen. Explique ¿por qué sucede esto?
5. ¿Qué le ocurre a la luz de la figura 3, cuando el interruptor está cerrado y por qué?
6. ¿Qué es corriente eléctrica?
7. ¿Qué es un circuito en serie?
8. ¿Qué es un circuito en paralelo?
9. ¿Qué es una inducción electromagnética?
10. Complete cada frase utilizando las siguientes palabras.
    suspender            disolver             generar
    1. El azúcar se ________ en el café caliente.
    2. La bandera estaba __________ en el arco del puente.
    3. Un molino de viento puede ser utilizado para _______ energía.

Interpretación de los hechos

11. ¿Qué ocurre cuando un interruptor entre la pila y el primer bombillo, en un circuito en paralelo de tres bombillos está abierto?
12. Si una casa se alumbrara con un circuito en serie, ¿qué le sucedería a un televisor que está prendido, si un bombillo se fundiera?
13. Cuando usted acaricia a un perro o a un gato, posiblemente siente un pequeño corrientazo. ¿Por qué sucede esto?
14. Cuando la piel de un animal y un pedazo de seda se frotan con una barra de caucho y una de vidrio respectivamente, ¿qué hacen la seda y la piel?
15. Tres máquinas trabajan conjuntamente en una línea de ensamblaje. Si una de las tres máquinas se detiene, el producto se daña, a menos que las otras dos máquinas también se detengan. ¿Cómo se deben conectar estas tres máquinas?

Aplicar la habilidad: Seguir Instrucciones

16. Haga un resumen con sus propias palabras del experimento descrito arriba.
17. El siguiente experimento muestra el efecto que producen dos bolas de resina con cargas opuestas. Utilice los mismos materiales del experimento de la página 93. En cada una de las líneas que aparecen a continuación, y empleando ese experimento como modelo, escriba las instrucciones para realizarlo. No olvide enumerar los pasos y hacer un diagrama que muestre cómo se hace el experimento en las líneas que siguen.

    Experimento Problema _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ Objetivos _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ Materiales _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ Procedimiento 1. _____________________________________________ 2. _____________________________________________ 3. _____________________________________________ 4. _____________________________________________ Observaciones o conclusions _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________