↵

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?

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.

Identifica la trajectòria que segueixen els electrons en un tub de descàrrega.

Quantes vegades és més gran la càrrega del protó que la de l’electró?

Dades: càrrega del protó = 1,602 · 10−19 C, càrrega de l'electró = −1,602 · 10−19 C

i la massa?

Dades: massa de l'electró = 9,109 · 10−31 kg, massa del protó = 1,673 · 10−27 kg

Què tenen en comú el protó i l’electró? Què els diferencia?

El protó i l'electró tenen en comú:
El protó i l'electró es diferencien en:

Si sabem que la càrrega de l’electró és 1,602 10⁻¹⁹ C, quants electrons calen per a tenir una càrrega d’1 C?

Quants electrons té en excés un cos que té una càrrega de −2 C?

Un cos amb càrrega −2 C té en excés

Quants electrons falten en un cos que té una càrrega de +2 C?

En aquest vídeo s'explica amb una animació les experiències que alguns científics, com Thomson, van fer en tubs de descàrrega de gasos i que els van permetre descobrir l'electró i alguna de les seues propietats.

Aquest experiment consisteix en un sistema elèctric que permet "disparar" electrons cap a una pantalla. La pantalla té una coberta de fòsfor que emet llum quan hi impacta un electró i plom per a evitar la radiació perillosa. Com els electrons viatgen des del "disparador" cap a la pantalla, a quin anomenaries càtode i a quin ànode? Efectivament, com que els electrons viatgen des del càtode fins a l'ànode, la pantalla està actuant com a ànode. El més interessant de l'experiment que si acostes un imant o un camp elèctric a la trajectòria que segueixen els electrons, la llum en la pantalla apareix desviada cap a on tenim el pol positiu del nostre imant. Per això, es va poder arribar a la conclusió que els electrons tenen càrrega negativa.

Tub de descàrrega de gasos

Què passa quan es connecta el tub de descàrrega de gasos a un alt voltatge?

D'on parteixen els electrons en un tub de rajos catòdics? Cap a on es dirigeixen?

És això coherent amb el fet que la càrrega de l'electró és negativa?

En el vídeo, per què els electrons travessen l'ànode?

Creus que la trajectòria dels electrons és rectilínia?

Què passa quan els electrons xoquen contra la paret del tub oposada al càtode?

Continuen en línia recta els electrons quan s'aplica el camp elèctric o un camp magnètic en el seu recorregut?

De tots aquests invents, quin ha aprofitat el coneixement obtingut mitjançant el tub de rajos catòdics? Com per exemple, saber les càrregues del protó i l'electró.

L'aprofita

No l'aprofita

En coneixes algun més? Esmenta'l ací:

Aquest vídeo mostra experiències reals amb tubs de descàrrega de gasos. Visualitza'l i intenta respondre a les activitats que hi ha a continuació.

Font: Youtube.

Compara les experiències reals que es descriuen en aquest vídeo amb el model de la imatge. Es tracta del mateix experiment?

Per què hi apareix un raig? Què creus que està passant?

De quines partícules es tracta? I per què són visibles?

Per què en un apareix l'ombra d'una creu?

Per què creus que es mou el molinet dins del tub?

Se t'ocorre alguna aplicació del coneixement obtinguda per aquests experiments?

Tub de descàrrega de gasos

Per què creus que es forma una ombra en la paret oposada al càtode quan en l'interior del tub de descàrrega se situa un objecte en forma de creu (creu de malta)?

Per què creus que giren les aspes del molinet que s'introdueix en l'interior del tub de descàrrega? Pot això estar relacionat amb el fet que els electrons tenen massa i es desplacen a gran velocitat?

Mira aquest vídeo, és un tub de rajos canals o tub de descàrrega de gasos.

Les conclusions que se'n dedueixen després de les experiències amb tubs de descàrrega de gasos que tenen el càtode perforat són:

Els “rajos canals” que es produeixen en un tub de descàrrega de gasos que conté hidrogen interior són protons.

Aquests viatgen de l'ànode al càtode però, en estar aquest perforat, el travessen i xoquen amb la paret del tub que està darrere del càtode. Això vol dir que aquestes partícules són positives.

Després de veure'l i de llegir les conclusions, intenta respondre a les preguntes següents.

Font: Youtube.

Emplena els espais en blanc.

va construir el conegut tub de rajos canals.

L' està perforat per diversos forats en el tub de rajos canals.

Aquest tub de descàrrega conté un nombre xicotet de mol·lècules de gas .

Pista: només té 1 protó.

Quines partícules emet el càtode quan es connecten els electrodes a un alt voltatge?

Què passa quan els electrons xoquen contra els àtoms d'hidrogen?

Per què travessen aquestes partícules el càtode perforat?

Què passa quan xoquen contra la paret del tub que està davant del càtode perforat?

Amb quin altre nom podem referir-nos a aquests àtoms d'hidrogen amb càrrega positiva? És a dir, que se'ls ha arrancat l'electró.

,
Sie haben die Einheit beendet.

Unten sehen Sie, wie viel Zeit Sie gebraucht und welche Punktzahl Sie erreicht haben.

Zeit

Punktzahl

Wie können wir Ihnen helfen?

Sie konnten das Gesuchte nicht finden?

Beschreiben Sie Ihre Frage so detailliert wie möglich. Geben Sie uns die Klasse, das Zugangsgerät, den Lizenzcode, den betroffenen Benutzer und Browser an oder ob es Ihnen in der App passiert:

2. La naturalesa elèctrica de la matèria

2. La naturaleza eléctrica de la materia

2.1. Los fenómenos de electrización

2.2. Electrones y protones

Activitat 7

Activitat 8

Activitat 9

Activitat 10

Activitat 11

El tub de rajos catòdics

Els tubs de descàrrega

Els rajos canals en un tub de descàrrega de gasos