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Aspectos Históricos Relevantes

Algunos fenómenos naturales, como los rayos producidos durante las tormentas, llenaron de asombro e imaginación a los pueblos antiguos.

La electrostática es la rama de la física que estudia los fenómenos producidos por distribuciones de cargas eléctricas, esto es, el campo electrostático de un cuerpo cargado.

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600 a. C. el filósofo griego Tales de Mileto descubrió que si frotaba un trozo de la resina vegetal fósil llamada ámbar, este cuerpo adquiría la propiedad de atraer pequeños objetos. Después, Teofrasto (310 a. C.), realizó un estudio de los diferentes materiales que eran capaces de producir fenómenos eléctricos y escribió el primer tratado sobre la electricidad.

Brujula1.jpgA principios del siglo XVII comienzan los primeros estudios sobre la electricidad y el magnetismo orientados a mejorar la precisión de la navegación con brújulas magnéticas. La Reina Elizabeth I ordena al Físico Real Willian Gilbert (1544-1603) estudiar los imanes para mejorar la exactitud de las Brújulas usadas en la navegación, siendo éste trabajo la base principal para la definición de los fundamentos de la Electrostática y Magnetismo. El físico real británico William Gilbert utiliza por primera vez la palabra electricidad, creada a partir del término griego elektron (ámbar).

Niccolo Cabeo analizó sus experimentos y fue el primero en comentar que había fuerzas de atracción entre ciertos cuerpos y de repulsión entre otros.

Alrededor de 1672 el físico alemán Otto von Guericke construye la primera máquina electrostática capaz de producir y almacenar energía eléctrica estática por rozamiento. Esta máquina consistía en una bola de azufre atravesada por una varilla que servía para hacer girar la bola. Las manos aplicadas sobre la bola producían una carga mayor que la conseguida hasta entonces. Francis Hawksbee perfeccionó hacia 1707 la máquina de fricción usando una esfera de vidrio.

En 1733 el francés Francois de Cisternay du Fay propuso la existencia de dos tipos de carga eléctrica, positiva y negativa, constatando que:

  • Los objetos frotados contra el ámbar se repelen.

  • También se repelen los objetos frotados contra una barra de vidrio.


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Sin embargo, los objetos frotados con el ámbar atraen los objetos frotados con el vidrio. Du Fay y Stephen Gray fueron dos de los primeros "físicos eléctricos" en frecuentar plazas y salones para popularizar y entretener con la electricidad.

En 1745 se construyeron los primeros elementos de acumulación de cargas, los condensadores, (capacitores) por Ewald Jürgen Von Kleist y Pieter Van Musschenbroeck. Estos instrumentos fueron utilizados como curiosidad científica durante gran parte del siglo XVIII. En esta época se construyeron diferentes instrumentos para acumular cargas eléctricas y otros para manifestar sus propiedades, como los electroscopios.

En 1767, Joseph Priestley publicó su obra The History and Present State of Electricity sobre la historia de la electricidad hasta esa fecha. En él, Priestley anuncia también alguno de sus propios descubrimientos, como la conductividad del carbón. Hasta entonces se pensaba que sólo el agua y los metales podían conducir la electricidad.

En 1785 el físico francés Charles Coulomb publicó un tratado en el que se describían por primera vez cuantitativamente las fuerzas eléctricas, se formulaban las leyes de atracción y repulsión de cargas eléctricas estáticas y se usaba la balanza de torsión para realizar mediciones. En su honor, el conjunto de estas leyes se conoce con el nombre de ley de Coulomb. Esta ley, junto con una elaboración matemática más profunda a través del teorema de Gauss y la derivación de los conceptos de campo eléctrico y potencial eléctrico, describe la casi totalidad de los fenómenos electrostáticos.

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Ley de Coulomb expresando los signos de cargas de diferente signo, y de carga del mismo signo.

La Ley de Coulomb fue descrita y utilizada en experimentos de laboratorio a partir del siglo XVII, y ya en la segunda mitad del siglo XIX las leyes de Maxwell concluyeron definitivamente su estudio y explicación, y permitieron demostrar cómo las leyes de la electrostática y las leyes que gobiernan los fenómenos magnéticos pueden ser estudiadas en el mismo marco teórico denominado electromagnetismo.

Durante todo el siglo posterior se sucedieron avances significativos en el estudio de la electricidad, como los fenómenos eléctricos dinámicos producidos por cargas en movimiento en el interior de un material conductor. Finalmente, en 1864 el físico escocés James Clerk Maxwell unificó las leyes de la electricidad y el magnetismo en un conjunto reducido de leyes matemáticas.

Realzado por:
Angie Castillo

La materia
Está constituida por partículas llamadas átomos. Por extraño que parezca, toda la materia está constituida por partículas electrizadas; la prueba de ello es la electrización por contacto y por inducción.

Electrización de los cuerpos
Algunos fenómenos naturales, como los rayos producidos durante las tormentas, llenaron de asombro e imaginación a los pueblos antiguos.
Si el comportamiento eléctrico de los cuerpos está relacionado con los átomos, es necesario conocer la estructura atómica.
Partículas mas importantes del átomo: Protón Neutrón y Electrón.
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En 1.897, J.J. Thomson (1.856-1.940)
“El átomo está compuesto de una esfera cargada positivamente en la que se mueven y están incrustados los electrones“.
Eugen Goldstein 1850-1930 descubrió otras partículas subatómicas de carga positiva a las que se le denominó protones.

En 1.909, Ernest Rutherford (1.871-1.937) los átomos poseen un centro de carga positiva llamado núcleo atómico, en el cual se concentra la mayor parte de la masa del átomo y donde se encuentran los protones; los electrones se mueven en órbitas alrededor del núcleo dejando espacios relativamente grandes y formando una corona electrónica. La carga negativa de los electrones contrarresta la carga positiva del núcleo, por lo que el átomo es eléctricamente neutro. A través de este modelo del átomo nuclear se pueden explicar algunos fenómenos como los de electrización de la materia.
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Ejemplo De La Electrización Por Fricción:
se produce cuando un cuerpo neutro eléctricamente se carga al ponerse en contacto con un cuerpo electrizado.
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Ejemplo De La Electrización Por Conducción:
se puede demostrar fácilmente frotando ligeramente a la piel un globo inflado y acercándole una varilla de ebonita, la cual ha sido frotada por un pedazo de lana, se observa que el globo es repelido por la varilla.
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Electrización por FROTAMIENTO:
Al frotar dos cuerpos uno con el otro, ambos se electrizan uno positiva y el otro negativamente, las cargas no se crean ni se destruyen, sino que solamente se trasladan de un cuerpo a otro o de un lugar a otro en el interior de un cuerpo dado. El elemento mal conductor es el que adquiere carga positiva. Los elementos buenos conductores reciben con facilidad los electrones, por ello se cargan negativamente.ejemplo: cuando se frota una varilla de vidrio en un pedazo de seda.
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El vidrio adquiere una carga eléctrica positiva al perder un determinado numero de cargas negativas (electrones); estas cargas negativas son atraídas por la seda, con lo cual se satura de cargas negativas. Al quedar cargados electricamente ambos cuerpos, ejercen una influencia eléctrica en una zona determinada que depende de la cantidad de carga ganada o perdida, dicha zona se llama campo eléctrico
Electrización por INDUCCIÓN :
La electrización por inducción es un efecto de las fuerzas eléctricas. Debido a que éstas se ejercen a distancia, un cuerpo cargado positivamente en las proximidades de otro neutro atraerá hacia sí a las cargas negativas, con lo que la región próxima queda cargada negativamente. explicación:
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El cuerpo redondo tiene carga positiva y el rectangular es neutro (igualdad de cargas positivas y negativas) siendo ambos cuerpos conductores.
b)external image texto.52.gif
Si aproximamos ambos cuerpos se observará que se produce un reordenamiento de las cargas en el cuerpo neutro.
c)external image texto.53.gif
Si al cuerpo rectangular lo partimos al medio nos quedarían dos trozos, el de la izquierda cargado negativa y el de la derecha positivamente.
ejemplo de electricidad por inducción:external image carga_globo_p.gif
Se frota con un paño un globo inflado y se acerca a unos retrasos de papel y se puede observar que los atrae, También se puede observar que se adhiere a una superficie.


Electroscopio



_Es posible cargar un electroscopio por inducción en la misma forma que la esfera de la ilustración de arriba, un electroscopio cargado puede emplearse para detectar la presencia de cargas , así como para determinar su signo. Inmagine que una barra con cargas negativas se acerca al electroscopio cargado negativamente, la barra repele electrones adicionales abajo hacia las hojas se desviaran menos.
Un electroscopio cargado estando al aire libre perderá gradualmente su carga debido que un pequeño número de moléculas están siendo ionizadas continuamente bajo la acción de rayos cósmicos, algunos de estos iones pueden tomar un exceso de carga del electroscopio.
La rapidez de carga de un electroscopio es proporcional a la cantidad de radiación de fondo (radioactividad).
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Un electroscopio mide la carga por la desviación angular de dos esferas idénticas conductoras, suspendidas por cuerdas aislantes de masas despreciables y longitud L. Cada esfera tiene una masa m y está sometida a la gravedad g. Las cargas pueden considerarse como puntuales e iguales entre sí.

Un conductor es un material en el que las cargas pueden moverse libremente. El cobre y el aluminio son muy buenos ejemplos de materiales conductores.

Supongamos que el objeto de la figura es un trozo de papel aluminio y veamos como se comporta la carga eléctrica en su interior. Normalmente, la carga neta en el conductor es cero. Esto no quiere decir que no hay cargas en su interior sino que hay tantas cargas positivas como negativas. Estas cargas se distribuyen uniformemente en el conductor y se neutralizan mutuamente. La situación se esquematiza en la figura donde los circulos azules representan cargas negativas y los rojos cargas positivas.

si acercamos un cuerpo cargado con carga positiva, por ejemplo una lapicera que ha sido frotada con un paño, las cargas negativas del conductor experimentan una fuerza atractiva hacia la lapicera . Por esta razón se acumulan en la parte mas cercana a ésta. Por el contrario las cargas positivas del conductor experimentan una fuerza de repulsión y por esto se acumulan en la parte más lejana a la lapicera.

Lo que a ocurrido es que las cargas se han desplazado pero la suma de cargas positivas es igual a la suma de cargas negativas. Por lo tanto la carga neta del conductor sigue siendo nula.


la historia del funcionamiento de electroscopio

No fue hasta 1660 que el médico y físico inglés William Gilbert, estudiando el efecto que se producían al frotar el ámbar con un paño, descubrió que el fenómeno de atracción se debía a la interacción que se ejercía entre dos cargas eléctricas estáticas o carente de movimiento de diferentes signos, es decir, una positiva (+) y la otra negativa (–). A ese fenómeno físico Gilbert lo llamó “electricidad”, por analogía con “elektron”, nombre que en griego significa ámbar.

En realidad lo que ocurre es que al frotar con un paño el ámbar, este último se electriza debido a que una parte de los electrones de los átomos que forman sus moléculas pasan a integrarse a los átomos del paño con el cual se frota. De esa forma los átomos del ámbar se convierten en iones positivos (o cationes), con defecto de electrones y los del paño en iones negativos (o aniones), con exceso de electrones.

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Explicaremos su funcionamiento empezando por ver que sucede con las cargas en los materiales conductores.


Electroscopio
  • Explicar el principio de funcionamiento del electroscopio.
  • Acercar el lapicero al electroscopio. Tocar el electroscopio (la bola conductora) con el lapicero.
  • Frotar el lapicero con el cabello (limpio y sin grasa) y acercar ahora el lapicero a la bola del elctroscopio sin tocarla. Luego toquela.
  • Con un dedo toque el electroscopio.
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RESULTADOS:
  • Al principio el lapicero está descargado (su cantidad de carga negativa es igual a su cantidad de carga positiva -está neutro-); por tanto al acercarlo al electroscopio o tocar este la laminilla de oro no se mueve.
  • Cuando se frota el lapicero con el cabello, éste le cede carga negativa (electrones) y por tanto el lapicero queda cargado negativamente y el cabello positivamente. Al acercar ahora el lapicero al electroscopio rechaza las cargas negativas enviándolas a la laminilla de oro y a la parte inferior de la varilla metálica produciéndose una repulsión (la laminilla se separa). Sin embargo al retirar de nuevo el lapicero, la carga se vuelve a redistribuir y regresa la laminilla de oro a su posición inicial.
  • Si el lapicero toca el electroscopio le cede carga (de su exceseso, en este caso negativa -electrones-; esto se debe a que el cuerpo trata de neutralizarse) quedando cargado. Por tanto la laminilla permanece separada. Este proceso se denomina CARGAR POR CONTACTO (POR CONDUCCIÓN).
  • Al tocar con el dedo el electroscopio hace que su exceso de carga fluya a TIERRA quedando de nuevo neutro, y por tanto regresando la laminilla a su posición inicial. TIERRA es tanto un excelente DADOR de electrones como también un excelente RECEPTOR de éstos (con un efecto casi nulo sobre sus características eléctricas): es un "mar de electrones", que neutraliza todo lo que se conecta a ella.
Simulaciones:
En las simulaciones se observa cargas positivas y negativas en movimiento (esto es un modelo). Sin embargo los que se desplazan son los electrones, generando unl exceso de carga positiva de donde se marchan y un exceso de carga negativa hacia donde se desplazan.
FORMAS DE ELECTRIZACIÓN

Cuando un cuerpo cargado eléctricamente se pone en contacto con otro inicialmente neutro, puede transmitirle sus propiedades eléctricas. Este tipo de electrización denominada por contacto se caracteriza porque es permanente y se produce tras un reparto de carga eléctrica que se efectúa en una proporción que depende de la geometría de los cuerpos y de su composición. Existe, no obstante, la posibilidad de electrizar un cuerpo neutro mediante otro cargado sin ponerlo en contacto con él. Se trata, en este caso, de una electrización a distancia o por inducción o influencia. Si el cuerpo cargado lo está positivamente la parte del cuerpo neutro más próximo se cargará con electricidad negativa y la opuesta con electricidad positiva. La formación de estas dos regiones o polos de características eléctricas opuestas hace que a la electrización por influencia se la denomine también polarización eléctrica. A diferencia de la anterior este tipo de electrización es transitoria y dura mientras el cuerpo cargado se mantenga suficientemente próximo al neutro. Finalmente, un cuerpo puede ser electrizado por frotamiento con otro cuerpo, como aprecio Tales de Mileto en el siglo sexto antes de Cristo.

Electrización por frotamiento

La electrización por frotamiento se explica del siguiente modo. Por efecto de la fricción, los electrones externos de los átomos del paño de lana son liberados y cedidos a la barra de ámbar, con lo cual ésta queda cargada negativamente y aquél positivamente. En términos análogos puede explicarse la electrización del vidrio por la seda. En cualquiera de estos fenómenos se pierden o se ganan electrones, pero el número de electrones cedidos por uno de los cuerpos en contacto es igual al número de electrones aceptado por el otro, de ahí que en conjunto no hay producción ni destrucción de carga eléctrica. Esta es la explicación, desde la teoría atómica, del principio de conservación de la carga eléctrica formulado por Franklin con anterioridad a dicha teoría sobre la base de observaciones sencillas.

Electrización por contacto

La electrización por contacto es considerada como la consecuencia de un flujo de cargas negativas de un cuerpo a otro. Si el cuerpo cargado es positivo es porque sus correspondientes átomos poseen un defecto de electrones, que se verá en parte compensado por la aportación del cuerpo neutro cuando ambos entran en contacto, El resultado final es que el cuerpo cargado se hace menos positivo y el neutro adquiere carga eléctrica positiva. Aun cuando en realidad se hayan transferido electrones del cuerpo neutro al cargado positivamente, todo sucede como si el segundo hubiese cedido parte de su carga positiva al primero. En el caso de que el cuerpo cargado inicialmente sea negativo, la transferencia de carga negativa de uno a otro corresponde, en este caso, a una cesión de electrones.

Electrización por inducción

La electrización por influencia o inducción es un efecto de las fuerzas eléctricas. Debido a que éstas se ejercen a distancia, un cuerpo cargado positivamente en las proximidades de otro neutro atraerá hacia sí a las cargas negativas, con lo que la región próxima queda cargada negativamente. Si el cuerpo cargado es negativo entonces el efecto de repulsión sobre los electrones atómicos convertirá esa zona en positiva. En ambos casos, la separación de cargas inducida por las fuerzas eléctricas es transitoria y desaparece cuando el agente responsable se aleja suficientemente del cuerpo neutro.

Electroscopio

  1. Que es el electroscopio?
http://www.youtube.com/watch?v=Eb2R2ZIoXO8

El electroscopio es un instrumento muy antiguo que permite detectar la presencia de campos eléctricos y medir potencial eléctrico
en un cuerpo e identificar el signo de los mismos. En estel electroscopio sencillo consiste en: ü una varilla metálica vertical que tiene una esfera en la parte superior (gaz) y en el extremo opuesto dos láminas de oro o de aluminio muy delgadas. ü La varilla está sostenida en la parte superior de una caja de vidrio transparente con un armazón de cobre en contacto con tierra.

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En él sucede que: _Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electriza y las laminillas cargadas con igual signo de electricidad se repelen, separándose, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido. ¿Cuando un electroscopio se carga con un signo conocido, que puede pasar? Puede determinarse el tipo de carga eléctrica de un objeto aproximándolo a la esfera las láminas determinan los signos: v Si las laminillas se separan significa que el objeto está cargado con el mismo tipo de carga que el electroscopio. v si se juntan, el objeto y el electroscopio tienen signos opuestos. De qué se compone el electroscopio de láminas de oro? Consiste en una base de madera, un envase metálico con tapaderas de cristal, donde se encuentra una barra metálica y junto a ella una barra muy delgada de oro, conectados ambas a una perilla metálica exterior Image90.gif Este es el modelo de electroscopio más sencillo conocido no posee esfera solo dos tubos paralelos entre con sus chapas de oros. Existen dos tipos de electroscopios: ü el de médula de saúco ü el de láminas de oro. ¿En qué consiste el electroscopio de médula de saúco? El electroscopio de médula de saúco está compuesto de una base metálica de donde cuelgan dos bolitas de médula de saúco.
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El electroscopio de médula de saúco está compuesto de una base metálica de donde cuelgan dos bolitas de médula de saúco. Funciona de la siguiente manera: Primero se frota una varilla de ebonita (plástico endurecido) o una varilla de vidrio, con una franela o tela de piel de gato; luego se acerca la varilla a las bolas de médula de saúco, el cual las atrae o las repele según la carga que haya adquirido la barra.

Para qué sirve el electroscopio?
El electroscopio sirve para detectar y medir la carga eléctrica de un cuerpo.
Cuál es su funcionamiento?
El funcionamiento del electroscopio es sencillo. Si se acerca a él previamente cargado un cuerpo electrizado con carga igual a la del electroscopio, las láminas se separan más. Al acercar al electroscopio un objeto con carga de signo contrario, se observa que las láminas se cierran.
Cuántos tipos de electroscopio hay y cuáles son?
Existen dos tipos de electroscopios, el de médula de saúco y el de láminas de oro.
En qué consiste el electroscopio sencillo?
Consiste en una varilla metálica vertical que tiene una esfera en la parte superior y en el extremo opuesto dos láminas de aluminio muy delgadas. La varilla está sostenida en la parte superior de una caja de vidrio transparente con un armazón de cobre en contacto con tierra.
¿De qué se compone el electroscopio de láminas de oro?
Consiste en una base de madera, un envase metálico con tapaderas de cristal, donde se encuentra una barra metálica y junto a ella una barra muy delgada de oro, conectados ambas a una perilla metálica exterior.
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¿En qué consiste el electroscopio de médula de saúco?
El electroscopio de médula de saúco está compuesto de una base metálica de donde cuelgan dos bolitas de médula de saúco.
¿Qué es la ebonita y para qué la utilizamos?
Es una varilla de plástico endurecido el cual atrae las bolas de médula de saúco o las repele según la carga que haya adquirido la barra.
¿Qué pasa si acercamos un cuerpo cargado positivamente al electroscopio?
Si tocamos el electroscopio con un cuerpo cargado positivamente, este se cargará positivo y las láminas se repelen. Lo mismo ocurre si lo tocamos con un objeto cargado negativamente, el electroscopio se cargara negativo y las láminas se repelen.
¿Cuáles son los materiales necesarios para construir un electroscopio casero?
Un tarro de cristal, un trozo de porexpan, papel de aluminio, electroscopio de caja metálica, barras de vidrio o plástico, forro de lana y objetos electrizados
¿Cuando fue creado el primer electroscopio?

El primer electroscopio fue creado por el médico inglés William Gilbert para realizar sus experimentos con cargas electrostáticas. Desde la antigüedad ya los griegos habían observado que cuando frotaban enérgicamente un trozo de ámbar, podía atraer objetos pequeños.

Posiblemente el primero en realizar una observación científica de ese fenómeno fue el sabio y matemático griego Tales de Mileto, pero no fue hasta 1660 que el médico y físico inglés William Gilbert, el que creo el primer electroscopio; para realizar sus experimentos con cargas electrostáticas. Actualmente este instrumento no es más que una curiosidad de museo, dando paso a mejores instrumentos electrónicos.
W. Gilbert fue el primero en acuñar el término “electricidad” que proviene de la palabra griega élektron que significa precisamente ámbar. Gilbert escribió sobre la electrificación de múltiples sustancias en su tratado “De magnete, magneticisique corporibus”. También fue la primera persona en emplear los términos: “fuerza eléctrica”, “polo magnético” y “atracción eléctrica”.
external image gilbert_color.jpg?w=630 Fue el primer electroscopio creado por william Gilbert.
Relación actual con: El electroscopio actualmente no es más que una curiosidad en un museo ya que paso a mejores instrumentos electrónicos. Ahora solamente lo hacen como experimentos caseros o para comprender mejor la electricidad.
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====El electroscopio que tenemos en la imagen, fue elaborado con un frasco de cristal, con tapa.

La tapa, perforada con vibrador, sirve para introducir una varilla de latón, que sellamos con masilla de dos componentes. La varilla lleva una bola metálica de un tirador en la parte externa y en el extremo de la parte interna, una tira de papel de aluminio doblada por el centro. Opcionalmente se puede potenciar el efecto con dos terminales metálicos en comunicación con una masa y en línea con el papel de aluminio.








electroscpio virtual
El electroscopio virtual mostrado en este interactivo simula el comportamiento de un electroscopio sencillo de hojas de oro. Al igual que el instrumento real, este electroscopio virtual sirve para detectar la presencia de cargas eléctricas estáticas y su magnitud de forma cualitativa
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La botella del extremo izquierdo representa al electroscopio, que es el dispositivo capaz de detectar cargas eléctricas. Dentro de la botella, se encuentran suspendidas de un alambre conductor las hojas de oro, mismas que, al separarse, servirán como referencia para detectar la carga aplicada.
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Una vez obtenida la carga deseada y tomando la varilla con el mismo control, hay que acercarla a la esfera en la parte superior del electroscopio. Pida a los alumnos que observen cómo, al ir acercando la varilla cargada, el electroscopio adquiere carga por inducción, lo cual se manifiesta en la separación de las hojas de oro. La separación es proporcional a la distancia de la esfera con la varilla.
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Al hacer contacto, la carga de la varilla es transferida al electroscopio, provocando la separación permanente de las placas.
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larissa sanchez