Contacto, inducción y el electroscopio

¿Para qué sirve esto?

Cuelga una bolita de icopor de un hilo y acércale una barra de vidrio recién frotada con seda. La bolita salta hacia la barra, la toca… y de pronto sale disparada hacia el otro lado, como si la barra la hubiera rechazado. ¿Qué cambió en ese instante en que se tocaron?

En esta lección vas a ver otras dos maneras de cargar un cuerpo, además de frotarlo: por contacto, tocándolo con un cuerpo cargado, y por inducción, acercándolo sin tocarlo. También vas a conocer un aparato que se puede armar en el salón con un frasco y papel aluminio, el electroscopio, que muestra si un cuerpo está cargado.

Antes de empezar recuerda que lo único que se mueve de un cuerpo a otro son los electrones, y que la carga se conserva: la suma de las cargas antes es igual a la suma después.

Conductores y aislantes

No todos los materiales tratan igual a sus electrones. En los conductores, como los metales (el papel aluminio, un clip, un alambre de cobre), algunos electrones están sueltos y viajan por todo el material. Si un pedazo de metal recibe carga, esa carga se reparte por todo el cuerpo.

En los aislantes, como el plástico, el vidrio, el icopor, la seda o el papel seco, los electrones están amarrados a sus átomos y no viajan. La carga se queda en el sitio donde se puso: por eso una barra de plástico frotada solo en la punta queda cargada solo en la punta.

Tu cuerpo también conduce, aunque mucho peor que un metal. Por eso, si tocas con el dedo un pedazo de metal cargado, la carga se escapa a través de ti y el metal queda neutro: lo descargas.

Cargar por contacto

Cuando un cuerpo cargado toca a otro, pasan electrones entre ellos, y los dos quedan con carga del mismo signo. Los protones, otra vez, no se mueven.

Mira el caso de la bolita de icopor. La barra de vidrio frotada con seda quedó positiva: le faltan electrones. Al tocar la bolita neutra, algunos electrones de la bolita pasan a la barra. La bolita pierde electrones y queda positiva, como la barra. Ojo: la barra no le «dio protones» a la bolita; la bolita le cedió electrones a la barra.

Dos esferas iguales se reparten la carga

Si dos esferas de metal iguales (por ejemplo, dos bolitas del mismo tamaño forradas con papel aluminio) se tocan, los electrones viajan entre ellas hasta que las dos quedan con la misma carga. Como la carga se conserva, cada una se queda con la mitad de la carga total:

$$\text{carga de cada esfera} = \frac{\text{carga de A} + \text{carga de B}}{2}$$

La carga total se suma con su signo. Si A tiene una carga negativa y B una positiva, parte de los electrones que le sobran a A llegan a B y compensan lo que le faltaba.

Inducción: cargar sin tocar

Ahora acerca una barra con carga negativa a una esfera de metal neutra, sin tocarla. Los electrones sueltos de la esfera son negativos, como la barra, y se alejan de ella: se amontonan en el lado lejano. El lado cercano se queda con electrones de menos y, por eso, positivo.

La esfera tiene un lado positivo y otro negativo, pero sigue neutra en total: nadie le dio ni le quitó electrones; solo se corrieron de un lado al otro. Si retiras la barra, los electrones vuelven a repartirse y todo queda como al principio.

Esto explica algo muy importante: el lado cercano a la barra tiene carga contraria a la de la barra, y por eso la esfera es atraída aunque sea neutra. En un aislante, como un papelito, los electrones no pueden viajar, pero en cada átomo se corren un poquito hacia un lado, y pasa algo parecido: un cuerpo cargado atrae también a un cuerpo neutro. Por eso la bolita de icopor saltó hacia la barra antes de tocarla.

El electroscopio casero

Un electroscopio sirve para saber si un cuerpo está cargado. Se arma así: se atraviesa la tapa de plástico de un frasco de vidrio con un clip grande estirado o un alambre; arriba se pone una bolita de papel aluminio, y abajo, dentro del frasco, se cuelgan dos tiras delgadas de papel aluminio, juntas. El montaje lo hace el docente, porque hay que perforar la tapa y el alambre tiene punta.

• Si acercas una peinilla cargada a la bolita sin tocarla, los electrones del metal se corren por inducción, las dos tiras quedan con carga del mismo signo y se separan. Si retiras la peinilla, las tiras vuelven a juntarse.
• Si tocas la bolita con la peinilla, le pasa carga por contacto. Al retirar la peinilla, las tiras siguen separadas, porque el metal quedó cargado.
• Si tocas la bolita con el dedo, la descargas y las tiras caen.

Aquí solo se usan materiales frotados: nunca se acerca el electroscopio a un enchufe ni a un aparato conectado.

En resumen

• En los conductores, como los metales, algunos electrones viajan y la carga se reparte; en los aislantes, como el plástico o el icopor, la carga se queda donde se puso.

• Al cargar por contacto, los dos cuerpos quedan con carga del mismo signo; lo que pasa de uno a otro son electrones.

• Dos esferas de metal iguales que se tocan quedan cada una con la mitad de la carga total, sumada con su signo.

• En la inducción, un cuerpo cargado separa las cargas de un cuerpo neutro sin tocarlo; el cuerpo sigue neutro en total, pero es atraído.

• En el electroscopio, las tiras de aluminio se separan cuando quedan con carga del mismo signo.

Vocabulario

Conductor

Material, como los metales, en el que algunos electrones viajan con libertad. La carga se reparte por todo el cuerpo.

Aislante

Material, como el plástico, el vidrio o el icopor, en el que los electrones no viajan. La carga se queda donde se puso.

Carga por contacto

Un cuerpo cargado toca a otro, pasan electrones entre ellos y los dos quedan con carga del mismo signo.

Inducción

Separación de las cargas de un cuerpo neutro por la cercanía de un cuerpo cargado, sin tocarlo. El cuerpo sigue neutro en total.

Electroscopio

Aparato que muestra si un cuerpo está cargado: dos hojitas de metal se separan cuando reciben carga del mismo signo.