Aparatos para la enseñanza de las leyes físicas del siglo XIX

FELIU Y PÉREZ, BARTOLOMÉ: Curso elemental de Física experimental y nociones de Química Inorgánica

Laboratorio de física del I.E.S. Ibáñez Martín. Lorca

ESFERA HUECA DE COULOMB

COLECCIÓN

Electricidad

FUNCIONAMIENTO

Sirve para poner de manifiesto la distribución y acumulación de electricidad en los cuerpos conductores aislados. Consta de una esfera hueca aislada que lleva un orificio en su superficie. Si después de cargar la esfera cogemos una lámina metálica, aislada con un mango de vidrio, y tocamos el interior de la esfera metálica, observaremos que la lámina no se carga, puesto que no atrae al péndulo. Si tocamos por el exterior de la esfera observaremos que la lámina se carga, puesto que ya atrae al péndulo de saúco. Con esto se prueba que las cargas se distribuyen en la superficie de la esfera.

TEORÍA

Noción de potencial eléctrico. El esfuerzo de la electricidad para escaparse de los cuerpos se denomina tensión. Ese esfuerzo es debido a la repulsión entre sus propias moléculas. Es equivalente a diferencia de potencial entre dos puntos y significa  la fuerza en virtud de la cual se mueve la electricidad. El punto desde el cual se aleja la electricidad tiene un potencial más elevado que el otro. En tal sentido, el potencial no es otra cosa que la fuerza electromotriz.

LA EXPERIENCIA en el GANOT

    Cuando un cuerpo aislado, de forma cualquiera, se electriza, ya positiva, ya negativamente, se dirige el fluido eléctrico a la superficie del cuerpo, en donde forma una capa muy tenue. Esta acumulación de la electricidad en la superficie se demuestra por los experimentos que siguen, y de los cuales respecto a los dos primeros, somos deudores a Coulomb:      1.º Se toma una esfera hueca de cobre, aislada sobre un pie de vidrio, y con una abertura circular en su parte superior (fig. 421). Electrizada por su contacto con un foco eléctrico, se tocan sucesivamente sus superficies interior y exterior con un plano de prueba, o sea una barrita de goma laca, terminada por un disco metálico que sirve para recoger la electricidad. Tocando exteriormente, con el plano de prueba, la esfera electrizada, recogía Coulomb parte de la electricidad, puesto que presentando dicho plano a la aguja on de la balanza de torsión (fig. 420), se notaba una atracción. Tocando la superficie interna, no observaba Coulomb vestigio alguno de electrización, deduciendo de aquí que sólo había electricidad libre en la superficie exterior de la esfera.      Con todo, no es, al parecer, rigurosa esta consecuencia, porque habiendo repetido recientemente M. Bourbouze el experimento anterior, haciendo comunicar cada una de las dos caras de la esfera hueca con un electrómetro de panes de oro (605), encontró que ambos estaban cargados de la misma electricidad y en cantidad igual, lo cual prueba que no sólo se dirige este fluido a la superficie externa, sino también a la interna. A la par se da cuenta de la existencia de la electricidad que posee el plano de prueba, después de haber tocado el interior de la esfera, diciendo que proviene de la barrita de goma laca, en la cual el fluido neutro puede descomponerse por la influencia de la electricidad que se encuentra sobre los bordes de la abertura de la esfera hueca.     2.º Sobre una esfera de cobre, aislada por un pie de vidrio, se aplican dos hemisferios huecos, también de cobre, del mismo diámetro que ella, y que pueden cubrirla exactamente y separarse cuando así se quiera, por medio de mangos de vidrio. Electrizada la esfera, se aplican sobre la misma los dos hemisferios que se cogen por los mangos de vidrio, y luego se retiran a un mismo tiempo y de una manera brusca (fig. 422). Se observa que quedan ambos electrizados, pero que no conserva huella alguna, de electricidad la esfera, de manera que todo el fluido se encontraba en la superficie, supuesto que se lo han sustraído por completo las dos cubiertas.   3.º se puede comprobar que se dirige la electricidad a la superficie de los cuerpos, por medio del aparato representado en la fig. 423. Consta de un cilindro de cobre aislado, en el cual se ve una lámina metálica muy flexible, que puede arrollarse o desarrollarse cuando así se quiera, haciendo girar al cilindro por medio de un manubrio. Por fin, sobre una esfera de metal, en comunicación con el cilindro, existe un pequeño electrómetro compuesto de un cuadrante de marfil, y en el centro una varilla ligera terminada por una esferita de médula de saúco. Cuando se comunica electricidad al cilindro, se ve que diverge el pequeño electrómetro en virtud de una repulsión eléctrica. Dando vuelta entonces al cilindro, de modo que se desarrolle la lámina metálica que lo cubre, disminuye la divergencia, la cual aumenta al arrollarla. se deduce de esto que, no variando la cantidad total de electricidad que posee fin cuerpo, la repulsión que ejerce la electricidad en cada punto de la superficie, es tanto menor, cuanto mayor es ésta, quedando así demostrado que la electricidad se dirige a la superficie.      4.º Una cuarta experiencia, dispuesta por M. Faraday, consiste en fijar sobre un aro metálico aislado una bolsita cónica de muselina, bastante parecida a las que se usan para coger mariposas (fig. 424). Mediante dos hebritas de seda sujetas a los dos lados del vértice del cono, se puede desfundar la bolsa, cuando se quiera. Entendido esto, se electriza la muselina tocándola con un cuerpo electrizado, y se encuentra, con el auxilio de un plano de prueba, que su superficie exterior es la única electrizada; luego, tirando de la hebra de seda interior, se vuelve la bolsita, de modo que su superficie interna venga a ser la externa, y recíprocamente; en cuyo caso se reconoce que también es la superficie externa la única que está electrizada.     5º. Finalmente, la experiencia manifiesta que una esfera maciza de metal no adquiere más electricidad que una esfera de madera del mismo diámetro, recubierta con una lámina metálica muy delgada.

LA EXPERIENCIA DE CAVENDISH en el TURPAIN

Cavendish recubrió una esfera conductora aislada y electrizada con dos hemisferios sostenidos por mangos aislantes y que la recubren exactamente por contacto. Se observa que después del recubrimiento y alejamiento de los dos hemisferios, la esfera no posee ya ninguna carga eléctrica. La electrización interesa entonces solamente a la superficie de los hemisferios. No hay necesidad, por otra parte, de que el conductor hueco sea continuo. Una caja aislada, de tela metálica, de cuyas paredes interior y exterior se suspende largas borlas de papel ligero formando electroscopios, y que se electriza fuertemente, no se muestra cargada más que en la superficie externa. Efectivamente, sólo divergen las borlas fijas en el lado exterior. (Nota: este experimento también se atribuye a Biot en el libro de Feliú)

LA EXPERIENCIA DE FRANKLIN en el TURPAIN

Utilizó como conductor metálico una tetera, que se coloca sobre una placa aislante de parafina, electrizándola luego. Se pone en el fondo de la tetera un fragmento de cadena metálica, que se puede extraer por medio de un hilo aislante de seda. Si el trozo de cadena es bastante corto de forma que no esté ya en contacto con el interior de la tetera, hallándose todo él suspendido en ella, se observa, por medio de un electroscopio, que no presenta ningún vestigio de electrización. Por el contrario, una cadena larga que, al extraerla de la tetera, forma parte de la superficie exterior del conductor, se lleva consigo una porción de la carga eléctrica comunicada a la tetera.

APLICACIÓN

Graduación de un electroscopio en electrómetro: En el interior de un conductor hueco no puede haber carga. Si introducimos una carga en un cilindro o una esfera, la electricidad de la carga se anula, y la carga pasa al exterior del la esfera o cilindro como ya hemos visto. Lo que hacemos es colocar sobre el platillo del electroscopio de hojas, y se señalan las divergencias que esas hojas podrán después presentar, por medio de una graduación convenientemente establecida, con ayuda de trazos grabados en la superficie de una de las láminas de vidrio que permiten la proyección de las hojas, por ejemplo. Estando las hojas en contacto, si se introduce en el cilindro y se pone en contacto con el fondo un pequeño cuerpo conductor electrizado (una de las esferas a de la balanza de Coulomb, p.e.), la carga de ese cuerpo pasa por el cilindro al exterior y la electrización del cilindro se manifiesta por una separación α1 de las hojas. se electriza de nuevo y de modo idéntico la esfera a. Al introducirla en el cilindro perderá su carga en beneficio de la superficie exterior del cilindro. Esta última carga se suma a la anterior. Las hojas de oro marcarán ese aumento de carga por medio de un aumento de divergencia, y al ángulo α2  que acusen corresponderá a la posesión por el cilindro de una carga doble de la anterior. Si repetimos lo mismo varias veces, habremos acumulado en la superficie externa del cilindro una carga mucho mayor que la que la esfera a. Si tomamos nota de las separaciones de las hojas del electroscopio y las hacemos corresponder con una determinada carga, tendremos un electrómetro.

BIBLIOGRAFÍA

DELGADO, Mª ÁNGELES, LÓPEZ, J. DAMIÁN Y OTROS: La recuperación del material científico de los gabinetes y laboratorios de Física y de Química de los institutos y su aplicación a la práctica docente en secundaria, en XXI Encuentros de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Servicio editorial UPV, 2004, pp.361-380.

FELIU Y PÉREZ, B.: Curso elemental de Física experimental y aplicada y nociones de Química Inorgánica. 6ª ed. Imprenta de Jaime Jepus, Barcelona, 1886.

GANOT, ADOLPHE: Tratado elemental de física experimental y aplicada y de meteorología. 2º edición. París 1871.

TURPAIN, ALBERTO: Tratado teórico-práctico de física. Casa editorial Araluce. Barcelona 1931.

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