Unitat 5. Electrostàtica - Meet Physics

Unitat 5 Electrostàtica
Unitat 5. Electrostàtica
1. FENÒMENS QUOTIDIANS
A.1 Fes una relació d’observacions quotidianes en les que s’evidencien fenòmens
d’electrització dels cossos
Frega un bolígraf sobre la roba i apropa’l a uns trosses petits de paper, apropa els
cabell a la pantalla de la TV, frega una bossa de la brossa amb un tros de paper i apropa-la
a un foli, les “descàrregues elèctriques” que experimentem de vegades en baixar d’un
cotxe, un llamp, etc., en són exemples relacionats amb l’electrització.
Problemes
Els fenòmens elèctrics són comuns a tota la matèria? És a dir, qualsevol classe de
material pot manifestar propietats elèctriques? De quin tipus poden ser les interaccions
entre cossos carregats? Quantes varietats de càrrega coneixem i en què ens basem per a
afirmar que no hi ha ni més ni menys tipus de càrregues?
Per iniciar la reflexió sobre aquestes i altres qüestions realitzarem la següent
experiència:
EXPERIÈNCIA 1: Muntatge del versori
1. Consideració prèvia:
Hom sap que si s’aplica una força sobre qualsevol extrem de la vareta horitzontal
aquesta gira o a l’inrevés, si observem el gir de la vareta, aquest és conseqüència de
l’actuació d’una interacció (força) entre ella i altre cos.
Vareta a
estudiar
Agulla
Tub
d’assaig
(vidre)
Tap de suro
Suro blanc o
plastilina
Grup física i química en el s. XXI V-1

Unitat 5 Electrostàtica
2. Descripció de l’experiència
Freguem una vareta de cautxú, per exemple, amb un tros de llana i la col·loquem
sobre el versori, en la forma indicada en la figura. A continuació freguem igual una vareta
semblant a l’anterior. Apropem una vareta a l’altra, pels extrems que hem fregat, sense
arribar al contacte. Les passes anteriors les repetirem per a qualsevol altra parella de
varetes de la taula.
3. Resultats de les observacions
Material Manifesta fenòmens
elèctrics?
Plàstic
Cautxú
PVC
Vidre
Alumini
Ferro
Fusta
4. Conclusió provisional
Atracció o Repulsió Observacions
Si tenim en compte els resultats de l’experiència anterior, quines seran les respostes
a les qüestions següents:
a) Quants tipus d’interaccions entre cossos hi ha?
b) Quants tipus de càrregues de la matèria podem suposar que hi ha, com a conseqüència
de les observacions?
Amb els resultats anteriors només poden afirmar que hi ha forces de repulsió entre
els cossos i no podem afirmar si hi ha un o dos tipus de càrrega elèctrica, ja que seria
correcte afirmar que només hi ha una varietat de càrrega i que entre aquesta hi ha força de
repulsió (pensa per exemple amb les forces d’atracció gravitatòries: s’admet que només hi
ha un tipus de massa i les forces són d’atracció en aquest cas). Completem ara els resultats
anteriors amb els de l’experiència següent:
EXPERIÈNCIA 2
1. Descripció de l’experiència:
Frega una vareta de vidre amb un tros de seda i dipositem la vareta sobre el versori.
Freguem ara una vareta de cautxú amb el tros de llana i apropem aquesta vareta a l’extrem
que hem fregat de la de vidre.
Grup física i química en el s. XXI V-2

Unitat 5 Electrostàtica
2. Resultats de les observacions:
3. Revisa la conclusió anterior tenint en compte els resultats de l’experiència que s’acaba
de realitzar.
Finalment es clou que podem observar dos tipus d’interaccions diferents entre cossos
electritzats: atracció i repulsió; emetem, així mateix, la hipòtesi de què aquesta interacció
és conseqüència de què la matèria pot manifestar una propietat que anomenarem càrrega,
essent aquesta de dos tipus: positiva i negativa.
A.2 Podríem saber d’alguna manera quin és el cos carregat positivament i quin el carregat
negativament? Alguns alumnes saben que
Dimonis un físic.
Per què no
provarà amb la
pell d’un lleó?
els electrons tenen càrrega negativa, però,
sabem per què es diu que està carregada
negativament aquesta partícula?
En absolut, és un criteri totalment arbitrari introduït en el seu moment per
Benjamin Franklin (1706-1790): la vareta de vidre que hem fregat amb la seda diem que
està carregada positivament; la vareta de cautxú fregada amb llana es diu que resta
carregada negativament; de fet un científic anterior, Dufay (1698-1739) parlava
d’electricitat “vítria” (càrrega positiva) i “resinosa” (càrrega negativa).
Quant a l’electró, amb càrrega negativa, també és un qualificatiu arbitrari: L’única
raó que coneixem per afirmar que els electrons estan carregats negativament és, en última
instància, que un doll d’electrons és repel·lit per una vareta de cautxú que ha sigut fregada
prèviament per una pell de gat. És a dir, arbitràriament es va atribuir signe negatiu a la
Grup física i química en el s. XXI V-3

Unitat 5 Electrostàtica
vareta anterior i, com que els electrons són repel·lits, els assignem càrrega del mateix
signe, per tant negativa.
Informació addicional
Conveni de signes de la càrrega que assoleixen diversos materials en fregar-se entre ells
Material
Fregat amb... Signe de la càrrega que
assoleix el material
ebonita pell
PVC llana
cautxú sintètic polietilè
vidre polietilè
vidre paper
poliestiré llana
vidre seda
vidre cautxú sintètic
cautxú sintètic llana
metacrilat llana
metacrilat polietilè
A.3 Busca al diccionari el significat de la paraula electró i tracta d’esbrinar si té alguna
relació amb els primers coneixements de la humanitat sobre els fenòmens elèctrics.
Elektró és una paraula d’arrel grega que s’utilitzava per referir-se a la resina fossilitzada,
material que manifestava fenòmens elèctrics per fricció. A la Grècia clàssica ja es
coneixien aquestes manifestacions. Tanmateix l’estudi de la repulsió entre cossos
electritzats s’inicia en el segle XVII.
A.4 Dóna altres exemples de matemàtica, física, etc. en els quals s’evidencia que s’ha
atribuït de manera arbitrària el nom o valor a una determinada magnitud.
Grup física i química en el s. XXI V-4
-
-
+
+
+
-
+
+
-
-
+

Unitat 5 Electrostàtica
La longitud d’un metre, el signe dels semieixos de coordenades, els pols nord i sud d’un
imants, etc. són altres exemples. Més encara, no hi ha cap motiu per no haver encunyat el
nom càrrega blanca, en lloc de càrrega positiva i càrrega negra substituint al vocable
càrrega negativa o haver mantingut la proposta de Dufay.
A.5 Suposem que una vareta de vidre és fregada amb un tros de bossa de plàstic (de la
brossa, per exemple), hem dit que la vareta es carrega, però, què li ocorre al tros de plàstic?
Dissenya una experiència i realitza-la, que et permeta contrastar la teua hipòtesi.
a) Hipòtesi
b) Disseny de l’experiència
c) Realització
d) Conclusió
Substituint sobre el versori algun dels cossos anteriors i apropant-li en els dos casos
un altre que sabem carregat, podrem comprovar que la càrrega de la vareta de vidre i del
plàstic és de signe oposat a partir de les interaccions d’atracció (repulsió) i repulsió
(atracció).
Nous problemes
Podríem afirmar que la càrrega elèctrica és una propietat comuna a tota la matèria? Algú
podria dir que a partir dels resultats anteriors, en tot cas, seria correcte manifestar que els
fenòmens elèctrics són propis dels sòlids. El problema a investigar seria, doncs: els líquids,
per exemple, manifesten propietats elèctriques? Així mateix, no hem explicat per què és
atret un cos que no hem fregat (i per tant no està carregat), per un altre cos carregat. Per
altra banda, si mantenim agafat a la mà un cos metàl·lic i el freguem amb altres materials
(plàstic, seda, llana, etc.) no aconseguim que s’electritize (què ocorre en apropar-lo a uns
trossos de paper?), to i saber que les propietats elèctriques caracteritzen els metalls.
Grup física i química en el s. XXI V-5

Unitat 5 Electrostàtica
EXPERIÈNCIA 3
FITXA: ELECTRITZACIÓ DE LA MATÈRIA
NOM_______________________________________ DATA_________GRUP______
Descripció de l’experiència: frega un bolígraf (els Bic © són molt útils) amb un tros de
llana, desprès apropa’l a diversos cossos.
Qüestions
Trossos
de paper
a) Què ocorre quan apropes el bolígraf a uns trossos petits de paper abans de fregar la
vareta amb la llana? I després de fregar el bolígraf amb el tros de llana?
b) Tracta de donar una explicació dels resultats experimentals anteriors. Què haurà
canviat en el paper? Què haurà canviat en el bolígraf, després de la fricció amb la
llana?
c) Què ocorrerà quan apropem el bolígraf, després de fregar-lo amb la tela, a un doll
(aquest ha de ser molt prim) d’aigua, com indica la figura i sense arribar a toca l’aigua?
(tracta de predir el resultat abans de realitzar l’experiència)
d) Podríem dir que l’electritizació dels materials només es dóna en sòlids?
Grup física i química en el s. XXI V-6

Unitat 5 Electrostàtica
A.6 Tracta d’emetre hipòtesis que expliquen els resultats observats i proposa (o millor
recorda) una experiència per a provar que el metall també s’electritizen.
Els objectes metàl·lics no podem electritzar-los per fricció quan els mantenim a la
mà directament. Aquest fenomen pot interpretar-se admetent que, d’alguna manera, la
càrrega elèctrica pot transmetre’s cap al nostre cos, la qual cosa no ocorre amb altres
materials com el plàstic, el vidre, etc.
També, si col·loquem a sobre del versori una vareta d’alumini, per exemple, i li
apropem una altra de cautxú carregada es mostra que els metalls responen als fenòmens
elèctrics.
2. CÁRREGA ELÈCTRICA: PROPIETAT GENERAL DE LA MATÈRIA
Tot i que molts fenòmens elèctric són coneguts d’antuvi per les persones, no és fins
el segle XVII quan es comença a avançar en l’estudi d’aquests fets, amb els estudis de
Gilbert (1600) i Otto von Guerike (1660) entre d’altres. Fins aleshores, les observacions
dels llamps, el foc de Sant Elm, etc. romanien lligats a la superstició. Després de molts
anys d’estudi, d’encerts i errades, s’ha arribat al següent:
Se suposa que en la matèria hi ha partícules carregades positivament i negativament. En el
materials metàl·lics algunes càrregues negatives (els electrons) es poden moure lliurement
entre unes partícules més o menys fixes i carregades positivament; en els material sòlids i
no metàl·lics les carregues negatives no es poden moure.
Per tant, amb aquest model, l’explicació de l’aparició de càrrega en una barra de
vidre i en un tros de seda, en fregar-se entre ells seria la següent: se suposa que inicialment
els dos cossos son neutres, és a dir, no tenen càrrega neta (o millor la suma de les càrregues
positives i negatives que tenen és igual a zero) càrregues negatives de la vareta de vidre
passen al tros de seda i tots dos deixen de ser neutres, el vidre esdevé positiu i la seda
negativa. Nota que la suma total (tenint en compte el vidre i la seda) de càrregues positives
i negatives segueix sent zero, d’això se’n diu que la càrrega es conserva. Hem de tenir
present que aquest principi de conservació és una altra invenció de la ciència establert per
explicar els fenòmens observats.
Grup física i química en el s. XXI V-7

Unitat 5 Electrostàtica
Hem suposat, doncs, que, el materials, en ser fregats, assoleixen una propietat: la
càrrega elèctrica caracteritzada per unes determinades interaccions. També s’observa que
determinats materials, com els metalls, no poden electritzar-se mantenint-los en la mà
perquè la càrrega elèctrica pot moure's a través d’ells: per això s’anomenen conductors; en
conseqüència podem classificar els cossos en conductors i no conductors (o aïlladors).
Polarització
Una descripció plausible és, naturalment, subministrada per la visualització dels
desplaçament (o reorientació) de càrrega en l’interior del cos neutre: la part de càrrega del
cos neutre oposada a la del signe
Atracció
del cos carregat que apropem, se
situa en les seues proximitats; en
els llocs més allunyats possibles
se situarà la càrrega de signe
igual a la que porta el cos
carregat. El resultat net és una
atracció entre tots dos cossos,
com s’indica en la figura adjunta.
Cos neutre
Cos neutre,
polaritzat
Cos
carregat
Donem el nom de
“polarització” a aquest
desplaçament de la càrrega en un
cos neutre com a conseqüència de
situar en les seues proximitats un cos carregat. Hem de tenir present que el fet
experimental és que tot cos carregat atrau un altre neutre i el concepte de “polarització” és
deliberadament inventat per la ciència per poder explicar els fets experimentals.
Càrrega per inducció
A.7 Suposem que, sense arribar al contacte, s’apropa al disc metàl·lic de la figura,
inicialment neutra, un cos carregat negativament.
a) Dibuixa, aproximadament, com estarà distribuïda la càrrega en el disc, abans
d’apropar-li el cos carregat.
b) Dibuixa, aproximadament, com estarà distribuïda la càrrega en el disc, després
d’apropar-li el cos carregat.
c) Suposem que estant en la situació anterior, és a dir, b), toques amb el dit el disc, què en
penses que ocorrerà?
d) Suposem que abans d’apartar la barra carregada retires el dit del disc. Dibuixa com
quedarà la càrrega en el disc. Proposa una forma de contrastar la hipòtesi que just
acabes d’enunciar.
e) En quin dels casos anteriors tenim un cos polaritzat i en quin altre el cos carregat?
Quina és la diferència entre un cos polaritzat i un cos carregat per inducció?
Grup física i química en el s. XXI V-8

Unitat 5 Electrostàtica
a)
c)
Disc
metàl·lic
Suport aillador
Suport aillador
b)
Disc
metàl·lic
Disc
metàl·lic
Suport aillador
Grup física i química en el s. XXI V-9
d)

Unitat 5 Electrostàtica
Comparar electrostàtica, magnetisme i gravitació
A.8 Reflexiona sobre les analogies i diferències entre electrostàtica, magnetisme i
gravitació, i completa la taula següent:
Quina és la propietat de la
matèria relacionada amb
cada interacció?
Quants tipus de càrrega hi
ha?
Quants tipus de pols
magnètics hi ha?
Quants tipus de massa
coneixes?
Classes d’interaccions:
atracció o atracció i repulsió
A simple vista, com actuen
aquestes interacció: per
contacte o a distància?
Pot existir un tipus de
càrrega per separat de
l’altre? SI/NO
Pot existir un tipus de pol
magnètic per separat de
l’altre? SI/NO
Està present la interacció
electrostàtica sempre i en
tots el materials? SI/NO
Està present la interacció
magnètica sempre i en tots el
materials? SI/NO
Està present la interacció
gravitatòria sempre i en tots
el materials? SI/NO
Electrostàtica Magnetisme Gravitació
Un cos carregat atrau un imant? I un imant atraurà un cos carregat?
Activitats de reforç i consolidació
Construirem amb materials senzills i en casa un electròfor, és a dir, un instrument
que transporta electricitat, i un electroscopi de balança o aparell que permet observar
l’electricitat.
Grup física i química en el s. XXI V-10

Unitat 5 Electrostàtica
EXPERIÈNCIA 4
FITXA: CONSTRUCCIÓ DE L’ELECTRÒFOR I L’ELECTROSCOPI
NOM_______________________________________________DATA______GRUP___
Descripció de l’experiència: construeix l’electròfor i l’electroscopi de les figures següent:
Electròfor
Electroscopi
Pegament
Peça de
paper
Caixa de cinta
de vídeo
Làmina de poliestiré
Clip d’uns
50 mm
Envas de iogurt
Tapa metàl·lica d’una llauna
Canya de refresc
amb colze flexible
Agulla grosa
actuant de pivot
Fulla d’alumini
Qüestions
a) Busca en una enciclopèdia la definició d’electròfor i electroscopi.
b) Frega el got de l’electròfor sobre la làmina de poliestiré, després poses en contacte
la d’alumini del got amb el de l’electroscopi. Torna a repetir l’operació, que has
observat quan apropes el got a l’electroscopi la segona vegada? Quina pot ser
l’explicació?
c) Per a què pot fer-se servir cadascun d’aquests aparells o el principi del seu
funcionament?
Grup física i química en el s. XXI V-11

Unitat 5 Electrostàtica
A.9 Frega intensament una superfície de poliestiré o polietilé amb un drap de llana o un
tros de pell. Quin tipus de càrrega assoleix cada cos? (consulta la taula anterior).
A.10 Apropa ara l’electròfor de manera que la superfície d’alumini quede prop de la del
plàstic fregat, però sense arribar a tocar-lo. Com es distribueix la càrrega en la fulla
d’alumini? Per què? Què faries perquè l’electròfor quedara amb una càrrega neta positiva?
En apropar l’electròfor a la superfície del plàstic, carregat negativament, algunes càrregues
negatives de l’alumini (electrons) són repel·lits, quedant carregada positivament la seua
superfície més pròxima al poliestiré i negativa la més allunyada (polarització). Si toquem
el cantell de l’alumini amb el dit els electrons passen al nostre cos, quedant l’electròfor
carregat positivament, tot i que retirem el contacte del dit i després apartem l’alumini de les
proximitats del poliestiré. Una manera espectacular d’observar la seua descàrrega
consisteix en aproximar l’extrem d’una bombeta de neó en un ambient fosc.
A.11 Què en penses que ocorrerà en situar l’electròfor carregat just en les proximitats de la
peça metàl·lica de l’electroscopi? Per què?
De la mateixa manera que l’electròfor es carrega per “inducció” (veure l’activitat anterior),
la peça metàl·lica de l’electroscopi (o electròmetre) es polaritzarà si l’aproximem a
l’electròfor. Una vegada en contacte, part de la càrrega negativa de l’electroscopi passarà a
l’electròfor i tots dos elements restaran carregats positivament, produint-se una repulsió
entre ells.
A.12 Com demostraries el signe de la càrrega assolida per l’electroscopi?
Grup física i química en el s. XXI V-12

Unitat 5 Electrostàtica
Si, segons la taula de la pàgina 4, el polietilè o poliestiré fregat amb pell assoleix
carrega negativa (recorda que es tracta d’un conveni), serà suficient aproximar la seua
superfície a la peça metàl·lica de l’electroscopi per observar l’atracció i confirmar, així,
que l’electroscopi ha assolit càrrega positiva.
3. LLEI DE COULOMB
Les activitats anteriors ens han mostrat que la càrrega elèctrica és el nom que li
atribuïm a determinat estat de la matèria en el qual els objectes s’atrauen o es repel·leixen.
A partir del segle XVIII, comença a donar-se el salt dels estudis “qualitatius” (tot el que
has vist fins ara) dels fenòmens elèctric i magnètics cap a estudis “quantitatius”. Coulomb
va provar que la “quantitat” de càrrega elèctrica d’un cos podia ser mesurada i, a més a
més, va trobar una expressió matemàtica que relacionava la força entre els cossos carregats
elèctricament, la quantitat de càrrega que tenien i la separació entre aquests cossos.
A.13 Charles Coulomb (1736-1806) fou un científic francés. Consulta a la enciclopèdia
quins fets històrics importants va viure al seu país. Investiga si el moment polític que viu
França es favorable a la investigació científica.
Revolució Francesa (1789). El govern de Napoleó. Impuls de la ciència: Académie
Royale des Sciences, sistema mètric decimal, Il·lustració, etc.
Grup física i química en el s. XXI V-13

Unitat 5 Electrostàtica
A.14 Suposem que tens dos cossos carregats elèctricament, els dos positivament. De quin
tipus serà la interacció (força, F) entre ells: atracció o repulsió? De què dependrà el valor
d’aquesta força?
A.15 Suposem que en la figura següent cada signe + representa una unitat de càrrega
positiva. En la primera part s’ha representat amb la longitud d’una fletxa el valor de la
força entre els cossos carregats. Dibuixa en la resta de parelles de casos la longitud
aproximada de les fletxes que correspondrien a les forces respectives.
1)
2)
3)
F
d1
d2
Grup física i química en el s. XXI V-14
d3
F

Unitat 5 Electrostàtica
A.16 Tenint en compte el que acabes de contestar, tria la ruta de raonament adequada del
diagrama següent:
La gràfica seria:
F
La força entre dos
cossos carregats...
Varia amb
la distància?
SI
Disminueix F
en augmentar d?
SI
d
NO
NO
La F no depén de la
separació: sempre
és igual.
Disminueix F en
disminuir d
A.17 A manera de conclusió, completa la frase següent:
La gràfica seria:
Tenim dos cossos carregats elèctricament i augmentem la distància que els separa,
aleshores, la força entre ells ................................; en particular, si dupliquem la distància
entre els cossos, la força passarà a ser ....................................
A.18 La taula de valors que es dóna correspon a mesures fetes al laboratori.
FORÇA, F 100,0 25,0 11,1 6,2 4,0 2,8 2,1
DISTÀNCIA, d 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
Grup física i química en el s. XXI V-15
F
d

Unitat 5 Electrostàtica
a) Fes una representació gràfica.
d) Què podríem dir, a partir de la gràfica que acabes d’obtenir, quant a la relació entre
F i d?
e) Compara les hipòtesis que enunciares en l’activitat anterior, A.17, amb els resultats
experimentals que acabes de manejar i revisa la conclusió: escriu-la de nou si cal.
A continuació passarem a investigar la possible relació entre la quantitat de càrrega
elèctrica dels cossos i la força entre ells. Per estudiar aquesta força, ara no variarem la
separació entre els cossos, però si la quantitat de càrrega que tenen. Per què direm ara que
no variem la separació entre els cossos?
A.19 No et resultarà difícil completar la frase següent:
“Per a una determinada separació entre dos cossos, si aquests no estan carregats, la força
electrostàtica (s’anomena així a les forces que són conseqüència de la càrrega elèctrica)
entre ells valdrà .........; si la càrrega és molt petita la força entre els cossos serà
.........................., i si, pel contrari, la càrrega elèctrica esdevé molt gran, la força serà
............................”.
Grup física i química en el s. XXI V-16

Unitat 5 Electrostàtica
A.20 La força entre els cossos, dependrà de la càrrega elèctric d’un d’ells o de la càrrega
elèctrica de tots dos? (Justifica la resposta).
A.21 En conseqüència, la representació gràfica de la força front a la càrrega dels cossos
tindria, segons les teues hipòtesis, la forma aproximada següent:
F
Càrrega dels
cossos
A.22 La primera part de la figura següent representa, mitjançant una fletxa, la força entre
dos cossos carregats elèctricament. Reflexiona sobre els altres dos casos i dibuixa les
fletxes que correspondrien a les forces d’interacció mútua.
F
d1
d1
d1
Grup física i química en el s. XXI V-17
F

Unitat 5 Electrostàtica
A.23 En alguns llibres es troba la llei de Coulomb expressada mitjançant la fórmula
següent:
F Q•q
d 2 =
on F representa la força entre dos cossos amb càrregues respectives Q i q, separats una
distància d.
Expressa aquesta fórmula totes les conclusions a les quals has arribat tu en l’estudi
de la llei de Coulomb?
Acitivitats de reforç i consolidació
EXPERIÈNCIA 5
FITXA: ELECTROSTÀTICA AMB CINTA ADHESIVA
NOM______________________________________ DATA_________GRUP_______
Descripció de l’experiència: disposem d’un rotllo de cinta adhesiva. Desenrotllem un tros
d’uns 15 cm i l’enganxem a una superfície llisa (una taula per exemple); deixem que
sobresurta un tros d’uns 2 cm i, en aquesta part, enganxem un petit tros de paper que farà
de mànec. Estenem un altre tros de 15 cm, en la mateixa forma i paral·lel a l’anterior.
Qüestions
a) Agafa cadascuna de les cintes anteriors pels mànecs, desengànxa-les ràpidament de la
taula i apropa-les, poc a poc, una a l’altra. Descriu detalladament tot allò que observes.
Quina pot ser l’explicació?
b) Agafa una única cinta de les anteriors i apropa-li un foli. Descriu detalladament tot allò
que observes. Quina pot ser l’explicació?
Grup física i química en el s. XXI V-18

Unitat 5 Electrostàtica
Descripció: Suposem ara que has enganxat sobre la taula una de les tires anteriors i sobre
aquesta tira, mentre està en la taula, li enganxem una altra tira igual. Desenganxa ara les
dues tires una rere l’altra (mantenint-les inicialment molt separades).
c) Agafa cadascuna de les tires anteriors pels mànecs i apropa-les poc a
poc una a l’altra. Descriu detalladament tot allò que observes. Quina pot
ser l’explicació?
Activitats complementàries
A.24 Mentre fas el visionat del vídeo ELECTROSTÀTICA (I), contesta el qüestionari que
et faciliten i, amb una posada en comú, contrasta les teues respostes amb les dels
companys i companyes.
QÜESTIONARI: VIDEO ELECTROSTÀTICA (I)
1.-De quin signe diem que es carrega la vareta de plàstic després de
fregar-la? Com sabem que té el signe que se li atribueix?
2.-Per què atrau la vareta el mocador de paper que hem utilitzat per a
fregar-la?
3.-Què és el que suposem que passa d’un cos a l’altre quan en freguem un contra l’altre?
4.-En l’actualitat, quan diem que s’ha carregat un cos, què és el que estem suposant?
5.-Què ens pot ocórrer quan caminem per un sòl de moqueta? Què podem experimentar si
després de caminar per la moqueta toquem un cos metàl·lic?
6.-Quan freguem un guant de niló sobre una làmina de plàstic, què li ocorrerà a cadascun
d’aquests materials?
Grup física i química en el s. XXI V-19

Unitat 5 Electrostàtica
7.-Quin és el fonament físic de la xerocòpia (fotocòpia)?
8.-Com s’aconsegueix que no s’esborre la xerocòpia?
9.-Quin és el fonament físic del precipitador electrostàtic? Per a què s’utilitza?
10.-Fes un dibuix del precipitador electrostàtic (xemeneia) indicant-hi les parts més
importants
A.25 El text següent correspon a una carta original de Benjamin Franklin. Fes un resum de
les idees principals que s’hi troben. Quines conseqüències pràctiques s’han derivat dels
pensaments de Franklin?
Fes un dibuix de cadascun dels muntatges que proposa B. Franklin en el text
El poder de las puntas y el pararrayos 1
Colocad una bola de hierro de 3 a 4 pulgadas [7 a 10 cm] de diámetro sobre el orificio de una botella
de vidrio, bien limpia y seca; con un hilo de seda atado al techo, precisamente sobre el orificio de la botella,
suspended una bolilla de corcho del tamaño de un balín de mosquete, dándole al hilo la longitud necesaria
para que la bolilla de corcho quede junto a la bola que previamente fue electrizada: el corcho será rechazado a
una distancia de 4 ó 5 pulgadas [10 a 13 cm] más o menos, según la cantidad de electricidad. En este estado,
si presentáis a la bola la punta de un punzón largo y fino, a 6 u 8 pulgadas [15 a 20 cm] de distancia, la
repulsión cesará en el acto, y el corcho volará hacia la bola. Para que un cuerpo romo produzca el mismo
efecto, es necesario que se aproxime 1 pulgada [2,5 cm] y arranque una chispa. A fin de probar que el fuego
eléctrico es atraído por la punta, si quitáis de su mango la parte chata del punzón y lo fijáis en una barra de
lacre, en vano presentaréis el punzón a la misma distancia o lo aproximaréis más aún, pues el mismo efecto
no se producirá. Pero deslizad el dedo a lo largo del lacre hasta tocar la parte chata, entonces el corcho volará
enseguida hacia la bola. Si presentáis esta punta en la oscuridad, veréis algunas veces, a 1 pie [30,5 cm] de
distancia y más, una luz brillante, semejante a un fuego fatuo o a una luciérnaga. Cuanto menos aguda es la
punta, tanto más hay que aproximarla para percibir la luz, y a cualquier distancia que observéis la luz, podréis
atraer el fuego eléctrico y destruir la repulsión.
Si una bola de corcho así suspendida es repelida por un tubo, y si la punta se le presenta
bruscamente, aun a distancia considerable, veréis con sorpresa con cuánta rapidez el corcho vuelve hacia el
tubo. Las puntas de madera producirán el mismo efecto que las de hierro, siempre que no esté seca, ya que la
madera perfectamente seca no es mejor conductora de la electricidad que el lacre de España.
Para demostrar que las puntas tanto repelen como atraen el fuego eléctrico, colocad una larga aguja
puntiaguda sobre la bola, y veréis que es imposible electrizarla lo bastante para hacerle repeler la bolilla de
corcho...
Ahora, si el fuego eléctrico y el de los rayos es el mismo, como he tratado de demostrar, pregunto,
admitiendo esta suposición, si el conocimiento del poder de las puntas no podría beneficiar a los hombres para
preservar las casas, las iglesias, los buques, etc., contra los golpes del rayo, fijando perpendicularmente, sobre
las partes más elevadas de los edificios, barras de hierro en forma de aguja y doradas para prevenir la
herrumbre, y al pie de estas barras un alambre que llegue hasta los cimientos en la tierra o alrededor de uno de
1
Carta de B. Franklin d’1 de setembre de 1747 en PAP, D. (1961), Historia de la Física. Desde la antigüedad
hasta los umbrales del siglo XX, Madrid, Espasa-Calpe, S.A.
Grup física i química en el s. XXI V-20

Unitat 5 Electrostàtica
los obenques de un barco o sobre la borda hasta tocar el agua. ¿No atraerían estas barras de hierro, en silencio,
el fuego eléctrico de la nube, antes de que ésta pueda aproximarse para dar el golpe? ¿Y no podríamos por
este medio precavernos de tantos desastres repentinos y terribles?
Para decidir la cuestión y saber si las nubes que contienen el rayo están electrizadas o no, tuve la idea
de proponer una experiencia a realizarse en un lugar conveniente a este efecto. Colocad sobre la cúspide de
una alta torre o de un campanario una especie de mirador bastante grande como para que pueda caber en él un
hombre y un taburete eléctrico; del medio del taburete levantad una barra metálica, que pase doblada fuera de
la puerta y se eleve perpendicularmente a una altura de 20 ó 30 pies [6 o 9 m], terminando en una punta muy
aguda. Si el taburete eléctrico está limpio y seco, el hombre que esté sentado cuando las nubes electrizadas
pasan un poco bajas, puede ser electrizado y despedir chispas, pues la barra de hierro le atraerá el fuego de la
nube.
A.26 Fins que en 1800 Volta inventa (o descobreix?) la pila elèctrica, no es disposava de
cap dispositiu que subministrara càrrega elèctrica de forma continuada. Fins aleshores
només es construïen instruments que permetien acumular càrrega i en entrar en contacte
amb ells es produiria una ràpida descàrrega, manifestant-se en forma d’espurna o petit
llamp. Entre aquests instruments cal citar la botella de Leiden. Investiga el seu fonament i
construeix-ne una.
Leiden és una ciutat holandesa, on en 1746 Van Musschenbroek i altres
col·laboradores descobriren, de forma accidental, que una botella de vidre amb aigua i un
fil metàl·lic que arriba al seu interior podia emmagatzemar càrrega elèctrica. Aquest
instrument es perfecciona al llarg del segle XVIII.
Construiràs una botella de Leiden casolana, però igual d’efectiva, amb recursos del
laboratori de Física.
Procedirem de la manera següent:
Prepara el muntatge cullera
metàl·lica, vas de precipitat, perdigons,
com s’indica a la figura.
Carrega l’electròfor i després
possa’l en contacte amb la cullera de la
botella de Leiden. Repetir aquesta
operació diverses vegades.
Apropa la làmpada de neó o el
dit, com indica la figura de la dreta.
Cullera
metàl·lica
Vas de
precipitat
Perdigons
Petita espurna
Podries comentar l’explicació física que hi ha al darrere d’aquest instrument? Què
és l’espurna? Per què es produeix?
Grup física i química en el s. XXI V-21

Unitat 5 Electrostàtica
A.27 Fes una petita ressenya biogràfica de Charles Coulomb.
Si tens oportunitat de connectar-te a la Internet hi trobaràs molta informació sobre
aquest científic, per exemple en les adreces:
http://perso.club-internet.fr/dspt/COULOMB.htm
http://www-groups.dcs.st-andrews.ac.uk/~history/Mathematicians/Coulomb.html
La primera està en francés i la segona en anglés (sempre pots demanar l’ajut de
professorat de llengües).
Fins ara hem arribat a construir (imaginar) un model de la matèria que ens permet
d’explicar els fenòmens d’electrització, en definitiva resoldre problemes com aquells que
hem anat enunciant; altres interrogants, però, no s’havien contestat, així, per exemple, com
es produeix la interacció entre cossos carregats si no estan en contacte? A més a més,
l’aparició de la pila de Volta en 1800 va plantejar nous interrogants, com ara si
l’electricitat estàtica (la que assoleix un cos per fricció) és igual a l’electricitat d’una pila.
En el proper capítol sobre el corrent elèctric, avançarem en la solució d’alguns d’aquests
problemes.
Grup física i química en el s. XXI V-22