I. INTRODUCCIÓN
Cuando las condiciones son propicias, al frotar dos objetos entre sí, estos adquieren una carga eléctrica; es decir, se electrizan.

La electrización es uno de los fenómenos que estudia la electrostatica, la cual trata sobre los fenómenos relacionados con cargas eléctricas en reposo.

Los fenómenos eléctricos han sido estudiados por el hombre desde la antigüedad, se le atribuye a Tales de Mileto el descubrimiento de la electrificación por frotamiento entre un trozo de ambar y un trozo de piel; pero no son éstos los únicos materiales que pueden adquirir una carga eléctrica. En un clima seco, al frotar un pedazo de plastico en el cabello se escucha un chasquido y se observan pequeñas chispas, las cuales son diminutas descargas eléctricas.

Toda la materia esta formada por moléculas, las cuales, a su vez, se componen de atomos, y éstos estan constituidos por partículas subatómicas que poseen carga eléctrica; así, los protones contienen positiva, mientras que los electrones poseen una carga negativa.

II. OBJETIVOS

3.1. Visualizar experimentalmente el fenómeno de inducción electrostatica.
3.2. Observar que los pedacitos de papel, bolitas de tecnopor, papel de aluminio y el cabello sean atraídas por la superficie interna del vidrio y la lamina de plastico, ya sea al frotar la superficie externa o al acercar una varilla de PVC.
3.3. Observar los fenómenos ocurridos entre 2 cuerpos aislantes de igual material, previamente electrizadospor frotamiento.
3.4. Construir un sencillo electroscopio.
3.5. Explicar el principio de funcionamiento del electroscopio.
3.6. Cargar el electroscopio por contacto e inducción.
3.7. Detectar la presencia de cargas en diferentes objetos mediante un electroscopio.

III. MARCO TEORICO

4.8. El Electrón
La existencia del electrón fue postulada por G. John Stone Stoney, como una unidad de carga en el campo de la electroquímica.

El electrón es un tipo de partícula subatómica denominada leptón, que se cree que es una de las partículas fundamentales (es decir, que no puede ser dividida en constituyentes mas pequeños) de acuerdo con el modelo estandar de partículas.

Como toda partícula subatómica la mecanica cuantica predice el comportamiento ondulatorio de los electrones en ciertos casos, el mas famoso de los cuales es el experimento de Young de la doble rendija en el que se pueden hacer interferir ondas de electrones. Esta propiedad se denomina dualidad onda-partícula.

El electrón tiene una carga eléctrica negativa de −1.6 × 10−19 culombios (unidad que definiremos mas adelante) y una masa de 9.10 × 10−31 kg (0.51 MeV/c²), que es aproximadamente 1800 veces menor que la masa del protón.

El electrón tiene un spin 1 / 2, lo que implica que es un fermión, es decir, que se le puede aplicar la estadística de Fermi-Dirac.

Aunque la mayoría de los electrones se encuentran formando parte de los atomos, los hay que se desplazanindependientemente por la materia o juntos formando un haz de electrones en el vacío. En algunos superconductores los electrones se mueven en pareja.

Los electrones y los positrones pueden aniquilarse mutuamente produciendo un fotón. De manera inversa, un fotón de alta energía puede transformarse en un electrón y un positrón.

Como dijimos anteriormente, el electrón es una partícula elemental, lo que significa que no tiene una subestructura (al menos los experimentos no la han podido encontrar). Por ello suele representarse como un punto, es decir, sin extensión espacial. Sin embargo, en las cercanías de un electrón pueden medirse variaciones en su masa y su carga. Esto es un efecto común a todas las partículas elementales: la partícula influye en las fluctuaciones del vacío en su vecindad, de forma que las propiedades observadas desde mayor distancia son la suma de las propiedades de la partícula mas las causadas por el efecto del vacío que la rodea.

Hay una constante física llamada radio clasico del electrón, con un valor de 28.179 × 10−15 metros. Es preciso tener en cuenta que éste es el radio que se puede inferir a partir de la carga del electrón descrito desde el punto de vista de la electrodinamica clasica, no de la mecanica cuantica. Por esta constante se refiere a un concepto desfasado, aunque útil para algunos calculos.

Los científicos creen que el número de electrones existentes en el universo conocido es de al menos 1079. Este número asciende a una densidad media de alrededorde un electrón por metro cúbico de espacio.

4.9. Cargas Positivas y Negativas
Si se toma una varilla de vidrio y se la frota con seda colgandola de un hilo largo, también de seda, se observa que al aproximar una segunda varilla (frotada con seda) se produce repulsión mutua. Sin embargo, si se aproxima una varilla de ebonita, previamente frotada con una piel, se observa que atrae a la varilla de vidrio colgada. También se verifica que dos varillas de ebonita frotadas con piel se repelen entre sí. Estos hechos se explican diciendo que al frotar una varilla se le comunica carga eléctrica y que las cargas en las dos varillas ejercen fuerzas entre sí.

Los efectos eléctricos no se limitan a vidrio frotado con seda o a ebonita frotada con piel. Cualquier sustancia frotada con cualquier otra, en condiciones apropiadas, recibe carga en cierto grado. Sea cual sea la sustancia a la que se le comunicó carga eléctrica se vera que, si repele al vidrio, atraera a la ebonita y viceversa.

No existen cuerpos electrificados que muestren comportamientos de otro tipo. Es decir, no se observan cuerpos electrificados que atraigan o repelan a las barras de vidrio y de ebonita simultaneamente: si el cuerpo sujeto a observación atrae al vidrio, repelera a la barra de ebonita y si atrae a la barra de ebonita, repelera a la de vidrio.

4.10. Aislantes y Conductores
Una varilla metalica sostenida con la mano y frotada con una piel no resulta cargada. Sin embargo, es posible cargarla sise la provee de un mango de vidrio o de ebonita y el metal no se toca con las manos al frotarlo.

La explicación es que las cargas se pueden mover libremente en los metales y el cuerpo humano, mientras que en el vidrio y la ebonita no pueden hacerlo.

Esto se debe a que en ciertos materiales, típicamente en los metales, los electrones mas alejados de los núcleos respectivos adquieren libertad de movimiento en el interior del sólido. Estas partículas se denominan electrones libres y son el vehículo mediante el cual se transporta la carga eléctrica. Estas sustancias se denominan conductores.

En contrapartida a los conductores eléctricos, existen materiales en los cuales los electrones estan firmemente unidos a sus respectivos atomos. En consecuencia, estas sustancias no poseen electrones libres y no sera posible el desplazamiento de carga a través de ellos. Estas sustancias son denominadas aislantes o dieléctricos. El vidrio, la ebonita o el plastico son ejemplos típicos.

En consecuencia, esta diferencia de comportamiento de las sustancias respecto del desplazamiento de las cargas en su seno depende de la naturaleza de los atomos que las componen.

Entre los buenos conductores y los dieléctricos existen múltiples situaciones intermedias. Entre ellas destacan los materiales semiconductores por su importancia en la fabricación de dispositivos electrónicos que son la base de la actual revolución tecnológica. En condiciones ordinarias se comportan como dieléctricos, pero suspropiedades conductoras pueden ser alteradas con cierta facilidad mejorando su conductividad en forma prodigiosa ya sea mediante pequeños cambios en su composición, sometiéndolos a temperaturas elevadas o a intensa iluminación.

A temperaturas cercanas al cero absoluto, ciertos metales adquieren una conductividad infinita, es decir, la resistencia al flujo de cargas se hace cero. Se trata de los superconductores. Una vez que se establece una corriente eléctrica en un superconductor, los electrones fluyen por tiempo indefinido.

Es de relevancia tener en cuenta, y puede verificarse experimentalmente, que solamente la carga negativa se puede mover. La carga positiva es inmóvil y únicamente los electrones libres son los responsables del transporte de carga.

4.11. Formas de cargar Un Cuerpo:

a. Electrización Por Contacto:
Cuando un cuerpo cargado se pone en contacto con otro, la carga eléctrica se distribuye entre los dos y, de esta manera, los dos cuerpos quedan cargados con el mismo tipo de carga.

La figura muestra un electroscopio. Al tocar con un cuerpo cargado la esfera superior, la carga penetra hasta las laminas, éstas al adquirir la misma carga se repelen y se separan.

b. Electrización Por Frotamiento:
Al frotar un cuerpo fuertemente con un paño, este se carga positiva o negativamente dependiendo de su tendencia a perder o ganar electrones respectivamente. Por ejemplo al frotar una barra de vidrio, ésta se cargara positivamente.

c. ElectrizaciónPor Inducción:
Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que esta neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro.

Como resultado de esta relación, la redistribución inicial se ve alterada: las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo electrizado se acercan a éste.

En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas esta cargado positivamente y en otras negativamente.

Decimos entonces que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.

4.12. Principio de Conservación de La Carga
En concordancia con los resultados experimentales, el principio de conservación de la carga establece que no hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva, tal como pensó Franklin.

Hemos visto que cuando se frota una barra de vidrio con seda, aparece en la barra una carga positiva. Las medidas muestran que aparece en la seda una carga negativa de igual magnitud. Esto hace pensar que el frotamiento no crea la carga sino que simplemente la transporta de un objeto al otro, alterando la neutralidad eléctrica de ambos. Así, en un proceso de electrización, el número total de protones yelectrones no se altera y sólo hay una separación de las cargas eléctricas. Por tanto, no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, es decir, la carga total se conserva, tal como pensó Franklin.

Pueden aparecer cargas eléctricas donde antes no había, pero siempre lo haran de modo que la carga total del sistema permanezca constante. Ademas esta conservación es local, ocurre en cualquier región del espacio por pequeña que sea.
4.13. El Electroscopio
El electroscopio es un instrumento que permite determinar la presencia de cargas eléctricas y su signo.

Diversos objetos pueden cargarse por frotamiento (unos con carga positiva como el plastico y otros con carga negativa como el vidrio), y la presencia de estas cargas puede ser detectada por el electroscopio. Si el electroscopio se descarga vuelve a su posición normal, esto lo conseguimos tocando con un conductor (metal) o tocandolo nosotros mismos que también somos conductores.

IV. MATERIALES

5.14. Soporte universal (2).
5.15. Alambre de cobre.
5.16. Globos (2).
5.17. Bases de tecnopor.
5.18. Bolitas de tecnopor.
5.19. Papel de aluminio.
5.20. Papel crepe.
5.21. Cabello cortado.
5.22. Hilo.
5.23. Bolsa de plastico.
5.24. Tela de lana.
5.25. Tela de seda.
5.26. Placa de vidrio.
5.27. Placa de plastico.
5.28. Tubo de PVC.
5.29. Agua.

V. EXPERIMENTOS

6.30. Actividad 1:

a. Piensa yPregúntate
Si coges un tubo de PVC y lo frotaras con una bolsa de plastico para luego acercarlo a pedazos de papel algunos cabellos, bolitas de tecnopor, gotas de agua y pedacitos de papel aluminio. ¿Qué crees que ocurrira? ¿Y porque?

Con los materiales necesarios experimenta y verifica tu predicción. Primero prueba con un cuerpo, luego con el otro y así sucesivamente.

b. Hipótesis
Los materiales mencionados seran atraídos por el tubo de PVC.

c. Argumentación
Este proceso se realiza porque el tubo es cargado al momento de ser frotado con el plastico.

d. Descubrimientos:

* Papel crepe: Luego de frotar el tubo de PVC con la bolsa de plastico y acercarlo a los pedacitos de papel crepe se pudo observar que este mismo es atraído por el tubo de PVC de forma inmediata, desordenada. Se comprobó que al frotar el tubo de PVC se cargó solo en la parte frotada lo cual se evidencio con la atracción del papel crepe solo en el area frotada.

* Cabellos: Luego de frotar el tubo de PVC con la bolsa de plastico y acercarlo a los pedacitos de cabello se pudo observar que este mismo es atraído por el tubo de PVC solo en la parte que fue acercada, lo peculiar de este experimento fue que los cabellos al unirse al tubo de PVC se unieron entre ellos debido a la forma filamentosa de este material lo cual nos mostró las direcciones del campo eléctrico que se creó.

* Bolitas de tecnopor: Luego de frotar el tubo de PVC con la bolsa de plastico y acercarlo alas bolitas de tecnopor se pudo observar que estas se adhieren rapidamente y esto se debe que este material tiene muy bajo peso (se agrupan por la carga que les conviene) al tubo de PVC por las propiedades eléctricas de las bolitas de tecnopor.

* Chorro de agua: Luego de frotar el tubo de PVC con la bolsa de plastico este se carga eléctricamente y al acercarlo al chorro de agua inducen una carga de signo contrario en el lado que se les acerca y lo desvían de su trayectoria rectilínea.
* Papel Aluminio: Luego de frotar el tubo de PVC con la bolsa de plastico y acercarlo a los pedacitos de papel aluminio se puede observar que los papeles son atraídos hacia el tubo de PVC porque los papeles tienen carga neutra y el tubo esta cargada eléctricamente y la fuerza de atracción es mayor que el peso del papel.

e. Reflexión
¿Todos los cuerpos fueron atraídos por el tubo de PVC? Registra el nombre y por qué los cuerpos fueron atraídos o repelidos por el tubo de PVC?
Si todos los cuerpos fueron atraídos por el tubo de PVC, en el caso del papel crepe y el papel aluminio se debe a que estos cuerpos inicialmente tenían una carga neutra y al ser acercados a un cuerpo cargado estos tomaban una carga contraria a la carga del tubo y así se conseguía que tengan cargas diferentes, en el caso del cabello es gracias a su forma filamentosa ,en el tecnopor es que el peso es menor que la fuerza de atracción y con el chorro de agua ocurre que por medio del tubo frotado se induce una cargade signo contrario al lado que se les acerca, por ello es que el chorro de agua se junta al tubo de PVC.

6.31. Actividad 2:

a. Piensa y Pregúntate
Si colocamos debajo de la placa de vidrio pedacitos de papel crepe, bolitas de tecnopor, papel aluminio y cabellos. Y por encima del vidrio acercas el tubo e PVC frotado, ¿qué esperas que suceda?

Si cambiaras la placa de vidrio por una placa de aluminio y acercas l tubo de PVC frotado, por encima de la lamina de plastico, ¿sucedera lo mismo que con la de vidrio?

b. Hipótesis
Los pedacitos de papel, bolitas de tecnopor, papel de aluminio y el cabello seran atraídos por la superficie interna del vidrio y la lamina de plastico.

c. Argumentación
Debido a las propiedades de los materiales cargados que son capaces de atraer cuerpos neutros.






d. Comprobación de La Hipótesis y Descubrimientos:
* Se colocó dos soportes de tecnopor sobre la mesa para apoyar la placa de vidrio o la placa de resina como se ve en la figura.





* Procediendo a colocar debajo de la placa de vidrio pedacitos de papel, bolitas de tecnopor, papel de aluminio y cabello. Para luego acercar el tubo de PVC (previamente frotada con una bolsa de plastico), pero que este no tenga contacto con el vidrio. Para luego de unos minutos retirar el tubo de PVC.
Cuando se acercó el tubo de PVC se observo que los pedacitos pequeños eran atraídos por la superficie interna del vidrio, estodebido a una inducción, es decir que cuando se acerca el tubo de PVC frotada polariza las cargas del vidrio quedando en la superficie interna y exterior cargas de distintos signos y esta debido al campo eléctrico (perturbación del medio) atraían sobre la superficie interna los pedacitos de pequeños objetos.
* Hecho el experimento anterior se froto la superficie externa del vidrio por unos minutos y luego se alejó el plastico con el cual fue frotado, quedando el vidrio polarizado con una superficie interna de carga opuesta a la de la superficie externa y que la superficie interna atraía los pedazos de pequeños objetos que también se polarizaban, luego se topo con la mano la superficie externa del vidrio para que por el fluyan las cargas y que los objetos pequeños caigan por la gravedad de la tierra.
* Visto los fenómenos anteriores se procedió a cambiar la placa de vidrio por una lamina de plastico, se acercó el tubo de PVC previamente frotada y también se froto la parte externa de la lamina. Y en ellas se observo la ocurrencia de los mismos fenómenos anteriormente mencionados.

e. Reflexión
¿Existe alguna diferencia entre lo sucedido con la placa de vidrio y la placa de plastico?
No existe ninguna diferencia entre los fenómenos electrostaticos producidos.

6.32. Actividad 3:

a. Piensa y Pregúntate
CASO 1: ¿Que sucedera? Si inflamos 2 globos, aproximadamente del mismo tamaño, y lo suspendemos de un soporte con unos hilos (separadosinicialmente). Luego lo acercamos lentamente uno al otro.

CASO 2: ¿Qué sucedera? Si realizarías lo mismo que en el caso anterior, pero esta vez frotas cada globo con un pedazo de plastico, y al acercar un globo hacia el otro lo haces por las partes que han sido frotadas.

b. Hipótesis
CASO 1: No existira ningún fenómeno electrostatico entre ambos cuerpos.
CASO 2: Ambos cuerpos se atraen, por fuerzas electrostaticas.

c. Argumentación
CASO 1: La estructura de los atomos es neutra, lo que significa que cuando los dejemos en esa posición no se repelen, ni tampoco se atraen porque ninguno de los dos esta cargado.

CASO 2: Ambos globos quedan cargados de la misma manera. Sabemos que cargas iguales se repelen; por lo tanto ambos globos una vez frotados al acercarlos se repelen.

d. Comprobación de La Hipótesis:
CASO 1: Toma 2 globos e ínflalos de tal manera que sean mas o menos del mismo tamaño, amarralos para que no salga el aire y suspéndelos cada uno de un hilo. El amarre que se hace en el soporte debe permitir que se haga facil acercar o alejar los globos. La altura de los globos debe ser la misma. De igual manera coloca 2 pequeñas esferitas de tecnopor y verifica lo que sucede.

CASO 2: Coloca los globos como indica el caso anterior, pero antes frota con una bolsa de plastico ambos globos al mismo tiempo, luego acerca las partes frotadas, deslizando los hilos en el soporte. Realizar lo mismo con las esferitas de tecnopor.

e. Descubrimientos:CASO 1: No presentan ningún cambio, ambos se encuentran en equilibrio ya que no se generó ninguna carga alrededor.

CASO 2: Al acercar los globos, ambos se repelieron entre si, debido a que se cargaron con el mismo signo.

f. Reflexión
¿Al acercar los globos sin carga, uno al otro, se atrajeron o se repelieron? No ocurrió ningún fenómeno, puesto que los cuerpos eran del mismo material y no estaban cargados.

¿Al acercar los globos sin carga, uno al otro, se atrajeron o se repelieron?
Ambos se repelieron entre si, se cargaron negativamente por lo que al acercar los globos de repelieron mutuamente.

6.33. Actividad 4:

a. Construcción De Un Electroscopio
Se dispone de los materiales: Una botella de vidrio con tapa, con un electrodo vertical fijo en el centro de la tapa (en esta ocasión se utilizara un alambre de cobre). En un extremo del alambre de cobre se hace una argolla para colgar una pequeña hojita de papel aluminio de aproximadamente de 6x0.5 cm, doblandolo por la mitad para colgarla en la argolla de tal manera que quede libre.

Para asegurarse que el electroscopio funciona, frotamos un tubo de PVC y lo acercamos a la parte superior del electrodo del electroscopio, y la hojita de papel aluminio debe moverse libremente.

b. Piensa y Pregúntate:
Ahora que el electroscopio esta listo, vamos a cargarlo por contacto. Si frotamos el tubo de PVC con una bolsa plastica y lo deslizamos sobre la parte superior del electrodo varias veces,¿qué esperas que suceda con la laminilla del electroscopio?

c. Hipótesis
La laminilla del electroscopio se alejara una de la otra.

d. Argumentación
Las laminillas se abren mas debido al incremento de la fuerza electrostatica y esto debido al aumento de cargas producto de una atracción de cargas eléctricas (cargas de signo contrario) lo cual significa que el tubo de PVC tendra carga.

e. Comprobación de La Hipótesis:
Para comprobar la hipótesis frotamos el tubo de PVC con una bolsa plastica y lo deslizamos por el electrodo central del electroscopio varias veces, observamos el comportamiento de la hojita del electroscopio. Si es necesario repetimos varias veces.

f. Descubrimientos
Al acercar el tubo de PVC previamente frotado con la bolsa plastica las laminillas del electroscopio se separan levemente, realizando un sonido casi insignificante.

g. Reflexión
¿Qué tipo de carga tiene el electroscopio?
EL electroscopio adquiere carga opuesta al tubo de PVC.

6.34. Actividad 5:

a. Piensa y Pregúntate:
Si colocamos un dedo sobre el electrodo del electroscopio, sin moverlo, acercamos el tubo de PVC previamente frotado con una bolsa plastica a la parte superior del electrodo, pero sin chocarlo; luego simultaneamente alejamos el dedo y el tubo del electrodo, ¿qué sucedera con la hojuela del electroscopio?

b. Hipótesis
La hojuela del electroscopio se cerrara.

c. Argumentación
Al encontrarse el dedo en contactocon el electrodo del electroscopio generara una descarga del tubo por lo tanto no habra ningún cambio en el electroscopio.

d. Comprobación de La Hipótesis:
Coloca el dedo sobre el electrodo del electroscopio y acerca el tubo PVC frotado al electrodo, sin chocarlo y luego simultaneamente aleja el dedo y el tubo. Repite el experimento varias veces.

e. Descubrimientos
No hay transferencia de carga del tubo hacia la hojuela del electroscopio, solo hay un pequeño sonido al momento de acercar el tubo.

f. Reflexión
¿Qué tipo de carga tiene el electroscopio?
El electroscopio no esta cargado, es decir posee carga neutra.

VI. CONCLUSIONES

7.35. Se pudo visualizar el proceso de inducción electrostatica ya que hemos transferido carga de un material a otro sin tocarlo.
7.36. Al frotar las laminas o placas (vidrio y plastico), se pudo observar que estas eran capaces de atraer los pequeños objetos a la superficie interna y sucedió lo mismo al inducir el tubo de PVC en los dos casos.
7.37. Observamos que al acercar 2 cuerpos del mismo material, previamente electrizados por contacto con un mismo material, estos se repelen entre sí.
7.38. Se construyó un electroscopio casero.
7.39. El electroscopio funciona cumpliendo la cualidad de fuerzas de atracción y repulsión entre cuerpos cargados eléctricamente así como la conductividad de los metales.
7.40. Cuando la Electrización se hace por contacto, se traslada la misma cargadel material previamente electrizado a otro material neutro. De esta manera ambos quedan cargados con el mismo tipo de carga.
7.41. En materiales aislantes, las cargas no se distribuyen, solo se agrupan en la parte que ha sido electrizada ya sea por contacto, inducción o frotamiento.

VII. RECOMENDACIONES

8.42. Realizar los experimentos con sumo cuidado para poder observar correctamente los fenómenos que ocurren.
8.43. Las placas de vidrio y plasticos estén limpias y secas, frotar el tubo de PVC y las superficies del vidrio y el plastico con fuerza y con la técnica apropiada, también que los soportes tengan una altitud pequeña de 3-5 cm
8.44. Realizar los experimentos utilizando otros materiales.

VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

9.45. Wikipedia. “Carga Eléctrica

9.46. Portland PublicSchool. “Formas de Electrizar un Cuerpo

9.47. Solociencia.com - “Formas de Cargar Eléctricamente un Cuerpo

9.49. Adolfo Ortiz (2003), la biblia de la física y química, España, Córcega.
9.50. Física, José Chunga Yaya, 1994.
9.51. Física, Jorge Mendoza Dueñas, 2002.