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      La naturaleza eléctrica de la materia
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      2. La naturaleza eléctrica de la materia

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      2. La naturaleza eléctrica de la materia

      • La materia está formada por átomos.
      • Cuando se frotan determinados materiales se producen fenómenos eléctricos.

      En el siglo VI a. C., Tales de Mileto sabía que, cuando se frota un paño de lana con un trozo de ámbar, ambos son capaces de atraer materiales muy ligeros, como plumas o cabellos. Este fenómeno se denominó electricidad (elektron, «ámbar»). Posteriormente, Cisternay du Fay (1698-1739) y Benjamin Franklin (1706-1790) describieron la existencia de dos tipos de cargas eléctricas y estudiaron los fenómenos de electrización.

      2.1. Los fenómenos de electrización

      ¿Qué ocurre si frotas una regla de plástico con la manga de tu jersey de lana y lo acercas a unos trocitos de papel?

      Frotamos una regla de plástico con un tejido de lana.
      Al acercar la regla a unos trozos de papel, estos serán atraídos por la regla.

       

       

      Como puedes observar en las fotografías, si frotamos una regla de plástico con un tejido de lana y, a continuación, lo acercamos a unos trozos de papel, estos serán atraídos por la regla.

      ¿Por qué crees que ocurre esto?

       

      Si ahora frotamos una varilla de vidrio con un pañuelo de seda y la acercamos a un péndulo eléctrico (construido con una bolita de espuma de poliestireno), observaremos que, inicialmente, el péndulo es atraído por la varilla, pero al entrar en contacto con ella, la bolita de poliestireno es repelida por la varilla.

      • ¿Por qué crees que en este caso la bolita de poliestireno es repelida cuando entra en contacto con el vidrio?
      • ¿Qué nos ocurre, en algunas ocasiones, al ponernos o quitarnos una prenda de vestir fabricada con fibras sintéticas?

      Los fenómenos de electrización se justifican mediante una propiedad de la materia denominada carga eléctrica.

      La cantidad de carga eléctrica, Q, es una magnitud física y su unidad en el SI es el culombio (C).

       

      Así, concluimos que:

      • En la materia existen dos tipos de cargas eléctricas denominadas, de forma arbitraria, negativa y positiva.
      • Un cuerpo es eléctricamente neutro cuando el número de cargas positivas es igual al número de cargas negativas.
      • Un cuerpo solo puede adquirir carga eléctrica cuando gana o pierde cargas negativas. Así, un cuerpo eléctricamente neutro que pierde cargas negativas se transforma en un cuerpo cargado positivamente, y uno que gana cargas negativas se convierte en un cuerpo cargado negativamente.
      • Dos cuerpos con cargas del mismo tipo se repelen, mientras que si tienen cargas de distinto tipo se atraen.

      2.2. Electrones y protones

      Los fenómenos de electrización y los relacionados con la corriente eléctrica, conocidos a finales del siglo XIX, pusieron de manifiesto que el átomo es divisible y que está formado por partículas más pequeñas que tienen carga eléctrica.

      ¿Cuáles crees que son estas partículas?

      A finales del siglo XIX y comienzos del XX, varios científicos realizaron diferentes experimentos con tubos de vidrio, como el del dibujo, que contenían un gas a baja presión al que se sometía a descargas eléctricas de alto voltaje.

      Estas experiencias permitieron a J. J. Thomson (1856-1940) identificar la partícula responsable de la carga eléctrica negativa, el electrón, y a E. Goldstein (1860-1930), la partícula responsable de la carga eléctrica positiva, el protón. Asimismo, sirvieron para determinar los valores numéricos de sus cargas eléctricas y sus masas.

        Electrón Protón
      Carga Negativa Positiva
      Carga eléctrica −1,602 · 10−19 C 1,602 · 10−19 C
      Masa 9,109 · 10−31 kg 1,673 · 10−27 kg
      Descubrimiento J. J. Thomson, 1897 E. Goldstein, 1886

       

      Ideas claras
      • El átomo es divisible.
      • El átomo contiene cargas positivas y negativas.
      • El electrón es la partícula negativa del átomo y el protón es la positiva.
      • El valor numérico de la carga del protón y del electrón es el mismo.
      • Un átomo neutro tiene el mismo número de protones y electrones.

      La carga del electrón es la más pequeña que existe, y por eso recibe el nombre de carga eléctrica elemental.

      Observa que, en valor absoluto, es decir, sin tener en cuenta el signo, la carga del electrón es la misma que la del protón. Por tanto, podemos afirmar que en un cuerpo eléctricamente neutro el número de electrones debe ser igual al número de protones.

      Ya hemos identificado las partículas elementales electrón y protón. ¿Cómo están situadas en el átomo?

      La respuesta nos la dan los diferentes modelos atómicos que los científicos han ido describiendo a lo largo del siglo XX.

       

       
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      Actividad 1

      0/1

      Identifica la trayectoria que siguen los electrones en un tubo de descarga.

      • Del generador al ánodo.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • Del ánodo al cátodo.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • Del tubo de vidrio al cátodo.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • Del cátodo al ánodo

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
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      Actividad 2

      0/1

      ¿Cuántas veces es mayor la carga del protón que la del electrón?

      Datos: carga del protón = 1,602 · 10−19 C, carga del electrón = −1,602 · 10−19 C

      • 1

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • 2

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • -1

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • Tienen la misma carga en valor absoluto.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte

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      0/1

      ¿y la masa?

      Datos: masa del electrón = 9,109 · 10−31 kg, masa del protón = 1,673 · 10−27 kg

      • 4 veces mayor

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • 5.444 · 10-4 veces mayor

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • 1837 veces mayor

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • 1.524 · 10-57 veces mayor

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte

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      Actividad 3

      0/2
      • ¿Qué tienen en común el protón y el electrón? ¿Qué les diferencia?
      • El protón y el electrón tienen en común:  
      • El protón y el electrón se diferencian en:
      •  
      •  

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      Actividad 4

      0/1

      Sabiendo que la carga del electrón es 1,602 ⋅ 10−19 C, ¿cuántos electrones son necesarios para tener una carga de 1 C?

      • 6,242.1018 electrones

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • 1,602.10-19 electrones

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • 1.602.1019 electrones

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte

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      Actividad 5

      0/1

      ¿Cuántos electrones tiene en exceso un cuerpo cuya carga es −2 C?

      Un cuerpo con carga −2 C tiene en exceso

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      0/1

      ¿Y cuántos electrones le faltan a un cuerpo cuya carga es +2 C?

      • Le faltan los mismos que le sobran al anterior

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • En este caso 2 electrones.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • 3.204⋅10-19e-

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • No le faltan porque tiene carga neutra.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte

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      El tubo de rayos catódicos

      En este vídeo se explica con una animación las experiencias que algunos científicos, como Thomson, realizaron en los tubos de descarga de gases y que les permitieron descubrir el electrón y alguna de sus propiedades.

      Este experimento consiste en un sistema eléctrico que permite "disparar" electrones hacia una pantalla. La pantalla tiene una cubierta de fósforo que emite luz cuando le impacta un electrón y plomo para evitar la radiación peligrosa. Como los electrones viajan desde el "disparador" hacia la pantalla, ¿a cuál llamarías cátodo y a cuál ánodo? Efectivamente, como lo electrones viajan desde el cátodo hacia el ánodo,  la pantalla está actuando como ánodo. Lo más interesante del experimento es que si acercas un imán o un campo eléctrico a la trayectoria que siguen los electrones, la luz en la pantalla aparece desviada hacia donde tengamos el polo positivo de nuestro imán. Por eso, se pudo llegar a la conclusión de que los electrones tienen carga negativa.

      Tubo de descarga de gases
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      0/1

      ¿Qué sucede cuando se conecta el tubo de descarga de gases a un alto voltaje?

      • El cátodo emite protones.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • El ánodo emite electrones.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • El cátodo emite electrones.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • El ánodo emite protones.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      Tubo de descarga de gases
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      0/1

      ¿De dónde parten los electrones en un tubo de rayos catódicos? ¿Hacia dónde se dirigen?

      • El cátodo emite protones.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • El ánodo emite electrones.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • El cátodo emite electrones.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • El ánodo emite protones.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte

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      0/1

      ¿Es esto congruente con el hecho de que la carga del electrón es negativa?

      • Los protones parten del cátodo (electrodo negativo) y se dirigen hacia el ánodo (electrodo positivo).

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • Los electrones parten del cátodo (electrodo negativo) y se dirigen hacia el ánodo (electrodo positivo).

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • Los electrones parten del ánodo (electrodo negativo) y se dirigen hacia el cátodo (electrodo positivo).

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • Los protones parten del ánodo (electrodo negativo) y se dirigen hacia el cátodo (electrodo positivo).

      • Réponse correcte
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      0/1

      En el vídeo, ¿Por qué los electrones atraviesan el ánodo?

      • No lo es, ya que una carga negativa se dirige hacia el electrodo positivo.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • Sí lo es, ya que una carga negativa se dirige hacia el electrodo negativo.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • No lo es, ya que la carga del electrón es positiva y el enunciado es incorrecto.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • Sí lo es, ya que una carga negativa se dirige hacia el electrodo positivo.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte

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      0/1

      ¿Crees que la trayectoria de los electrones es rectilínea?

      • Porque es de plástico.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • Porque está agujereado.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • Porque está revestido de plomo.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • Porque el ánodo emite electrones siempre.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte

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      0/1

      ¿Qué sucede cuando los electrones chocan contra la pared del tubo opuesta al cátodo?

      • Tal y como se observa en la animación, la trayectoria de los electrones es rectilínea.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • No.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • Los electrones viajan en cualquier dirección sin una trayectoria definida.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • Parece que es rectilínea porque la pantalla está en línea recta.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte

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      0/1

      ¿Continúan en línea recta los electrones cuando se aplica un campo eléctrico o un campo magnético en su recorrido?

      • La pared se funde.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • El enunciado es incorrecto, los electrones chocan contra el ánodo.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • Todas son verdaderas.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte
      • Se produce una fluorescencia de luz brillante.

      • Réponse correcte
        Réponse incorrecte

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      0/6

      De todos estos inventos, ¿cuál ha aprovechado el conocimiento obtenido mediante el tubo de rayos catódicos? Como por ejemplo, saber las cargas del protón y del electrón.

      • Neumático

      • Acelerador de partículas

      • Televisión

      • Ordenador

      • Plancha

      • Nevera

      Lo aprovecha

        Lo aprovecha

        No lo aprovecha

          No lo aprovecha

            Aucun Lo aprovecha No lo aprovecha

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          P
          ¿Conoces alguno más? Nómbralo aquí:

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          Los tubos de descarga

          Este vídeo muestra experiencias reales con tubos de descarga de gases. Visualizalo e intenta responder a las actividades de a continuación.

           

          Fuente: youtube.

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          P
          Compara las experiencias reales que se describen en este vídeo con el modelo de la imagen. ¿Se trata del mismo experimento?
          ¿Porqué aparece un rayo? ¿Qué crees que está sucediendo ahí?
          ¿De qué partículas se trata? ¿y porqué pueden verse?
          ¿Porqué en uno aparece la sombra de una cruz?
          ¿Porqué crees que se mueve el molinillo dentro del tubo?
          ¿Se te ocurre alguna aplicación del conocimiento obtenido por estos experimentos?
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          0/1

          ¿Por qué crees que se forma una sombra en la pared opuesta al cátodo cuando en el interior del tubo de descarga se sitúa un objeto en forma cruz (cruz de malta)?

          • Porque los electrones se mueven de manera oscilatoria y la pantalla está situada en un punto de cruce.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte
          • Porque los electrones de desplazan en línea recta y al chocar con la cruz no pueden continuar su trayectoria y se forma una sombra del objeto en la pared.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte
          • Porque no hay suficiente fósforo en el cristal.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte
          • Porque la corriente eléctrica generada es muy débil.

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          0/1

          ¿Por qué crees que giran las aspas del molinillo que se introduce en el interior del tubo de descarga? ¿Puede esto estar relacionado con el hecho de que los electrones tienen masa y se desplazan a gran velocidad?

          • Porque los electrones se mueven de manera oscilatoria y la pantalla está situada en un punto de cruce.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte
          • Porque los electrones de desplazan en línea recta y al chocar con la cruz no pueden continuar su trayectoria y se forma una sombra del objeto en la pared.

          • Réponse correcte
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          • Porque no hay suficiente fósforo en el cristal.

          • Réponse correcte
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          • Porque la corriente eléctrica generada es muy débil.

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          Los rayos canales en un tubo de descarga de gases

          Mira este vídeo, es un tubo de rayos canales o tubo de descarga de gases.

          Las conclusiones que se deducen tras realizar las experiencias con tubos de descarga de gases que tienen el cátodo perforado son:

          Los “rayos canales” que se producen en un tubo de descarga de gases que contiene hidrógeno interior son protones.

          Estos viajan del ánodo al cátodo pero al estar este perforado lo atraviesan y chocan con la pared del tubo que está tras el cátodo. Esto quiere decir que estás partículas son positivas.

          Después de verlo y leer las conclusiones, intenta responder a las siguientes preguntas.

           

          Fuente: youtube.

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          0/3

          Rellena los espacios en blanco.

          construyó el conocido tubo de rayos canales.

          El está perforado por varios agujeros en el tubo de rayos canales.

          Este tubo de descarga contiene un número pequeño de moléculas de gas .

          Pista: sólo tiene 1 protón.

            argón ánodo *cátodo Lise Meitner diodo Rosalind Franklin Lynn Margulis *Eugen Goldstein helio xenón *hidrógeno

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          0/1

          ¿Qué partículas emite el cátodo cuando se conectan los electrodos a un alto voltaje?

          • El cátodo emite protones.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte
          • El cátodo emite electrones.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte
          • El cátodo emite neutrones.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte
          • El cátodo emite muones

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte

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          0/1

          ¿Qué sucede cuando los electrones chocan contra los átomos de hidrógeno?

          • El cátodo emite protones.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte
          • El cátodo emite electrones.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte
          • El cátodo emite neutrones.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte
          • El cátodo emite muones

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte

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          ¿Por qué atraviesan estas partículas el cátodo perforado?

          • Cuando los electrones chocan contra los átomos de hidrógeno producen átomos de hidrógeno sin carga.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte
          • Cuando los electrones chocan contra los átomos de hidrógeno producen átomos de hidrógeno con carga negativa.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte
          • Cuando los electrones chocan contra los átomos de hidrógeno producen átomos de hidrógeno con carga positiva.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte
          • Cuando los electrones chocan contra los átomos de hidrógeno producen átomos de helio con carga positiva.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte

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          ¿Qué sucede cuando chocan contra la pared del tubo que está enfrente del cátodo perforado?

          • Porque al tener carga positiva son atraídas por el ánodo (electrodo negativo) y lo atraviesan por los agujeros.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte
          • Porque al tener carga negativa son atraídas por el cátodo (electrodo positivo) y lo atraviesan por los agujeros

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte
          • Porque al tener carga positiva son atraídas por el cátodo (electrodo negativo) y lo atraviesan por los agujeros.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte
          • Porque al tener carga negativa son atraídas por el cátodo (electrodo negativo) y lo atraviesan por los agujeros.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte

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          0/1

          ¿Con qué otro nombre podemos referirnos a estos átomos de hidrógeno con carga positiva? Es decir, que se les ha arrancado el electrón.

          • Producen una florescencia.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte
          • Producen una reacción química.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte
          • Producen un sonido agudo.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte
          • Producen un calentamiento de la superficie.

          • Réponse correcte
            Réponse incorrecte

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