Unitat 4

Unitat 4. Com interaccionen els objectes carregats i els imants?

A1. Fregueu un bolígraf «Bic» contra un jersei de llana i acosteu-lo a trossets petits de paper. Expliqueu què ocorre. Podem observar aquesta propietat amb altres objectes?

Aquest experiment l'hem fet tots a l'escola. Si ens n'adonem, no es pot explicar amb el model atòmico-molecular que hem estat utilitzant fins ara. De fet, el nostre model no contemplava l'existència de fenòmens elèctrics o magnètics. Hem de construir un nou model que ens permeta explicar aquests tipus de fenòmens, no només per l'interés científic, sinó també per la presència que tenen en la vida quotidiana.

A2. Indiqueu objectes o situacions de la vida quotidiana en què intervenen fenòmens elèctrics i magnètics.

Per avançar en el nostre objectiu, començarem analitzant els fenòmens més senzills, aquells en els quals interaccionen objectes fregats i objectes no fregats de diversos materials. A continuació, analitzarem com interaccionen els imants amb diferents tipus d'objectes i, per últim, abordarem la interacció dels corrents elèctrics amb tot tipus d'objectes. L'índex que seguirem és el següent:

1. Com interaccionen els objectes amb càrrega elèctrica?
2. Com interaccionen els imants?

3. Com interaccionen els corrents elèctrics?
4. Algunes aplicacions d'aquests fenòmens.
5. Problemes oberts.

 

1. Com interaccionen els objectes amb càrrega elèctrica?

A3. Indiqueu objectes que puguen interaccionar de manera similar a com ho fa el bolígraf. Sobre quins objectes poden interactuar?

A4. És possible que les forces entre objectes siguen molt febles i que per això no les observem. A més, es podria donar el cas que foren repulsives, i si l’objecte es troba sobre la taula no s’observarà cap força. És necessari construir un instrument que ens ajude a observar, i si és possible mesurar, les forces produïdes per objectes carregats. Dissenyeu un aparell que permeta observar forces febles produïdes per objectes carregats.

A5. I si acostem objectes fregats els uns als altres? Proveu a fer diverses combinacions amb la barra de plàstic, la barra de baquelita i la barra de vidre. Useu la taula següent per anotar els resultats:
                                       plàstic                    baquelita                     vidre

           plàstic

        baquelita

           vidre

Vídeo barra plàstic fregada-barra plàstic fregada
Vídeo barra plàstic fregada-barra baquelita fregada
Vídeo barra plàstic fregada-vidre fregada
Vídeo barra baquelita fregada-barra baquelita-fregada
Vídeo barra baquelita fregada-barra vidre fregada

A6. Fins el moment hem fet moltes observacions. Hauríem de fer un esforç per recollir tota la informació que tenim i donar-li sentit. Reviseu els resultats obtinguts i, com a primera conclusió, indiqueu amb caràcter general quins objectes s’atrauen i quins es repelen.

A7. PORTFOLI. Aprofundiu en les conclusions. Construiu un primer model que explique eixes observacions. Ajudeu-vos de dibuixos:

• Per què es repelen dos objectes iguals que han sigut fregats?
• Per què alguns objectes diferents s’atrauen i altres es repelen una vegada fregats?
• Per què els objectes fregats atrauen als objectes no fregats?

A8. Com podem comprovar que els extrems d’un objecte no fregat agafen càrrega quan li acostem un objecte carregat?

Vídeo globus fregat-barra alumini-boleta de suro

A9. Com expliquem que un objecte es carregue quan el freguem?

A10. Dos objectes que s’atrauen poden passar a repel·lir-se? Quan acostem un globus carregat a paperets alguns d’ells s’acosten al globus i després de tocar-lo ixen disparats. Com expliqueu que passen de ser atrets a ser repel·lits?

Vídeo globus fregat-paperets

Vídeo barra baquelita fregada-paperets

Vídeo globus fregat i boleta de suro

PORTFOLI. Afegiu una explicació sobre com es carreguen els objectes.

A11. Ens ha quedat pendent la interacció de l’imant. Acosteu un objecte carregat a un imant. Expliqueu el resultat que observeu usant el model que hem introduït.

2. Com interaccionen els imants?

A12. Seguint la mateixa estratègia que hem seguit fins ara: acosteu un imant a altres objectes i observeu què ocorre. Useu altres imants, objectes metàl·lics, no metàl·lics, etc.

A13. Construïu un aparell que permeta observa forces poc intenses entre un imant i un altre objecte, tant atractives com respulsives.

A14. PORTFOLI. Establiu conclusions sobre com actuen els imants.

3. Com interaccionen els corrents elèctrics?

A15. Què és un corrent elèctric? Com podem representar l’electricitat que travessa un cable?

A16. Com interactuen els corrents elèctrics amb els objectes carregats? I amb els imants? Planifiqueu una investigació al respecte i porteu-la a terme.

PORTFOLI. Poseu en el portfoli les conclusions a què arribeu.

A17. Explicació per part del professor: Funcionament d’un motor elèctric i d’un generador elèctric.

4. Algunes aplicacions d'aquests fenòmens

A18. Per què es separen tots els “pèls” del “plumeret” quan connectem el Van der Graaf? Explica-ho i representa-ho.

A19. Per què boten les boles de dins del cilindre quan el connectem al Van der Graaf? Explica-ho i representa-ho.

A20. Per què la bola rebota contínuament entre la mà el Van der Graaf? Explica-ho i representa-ho (és necessari fer més d'un dibuix).

A21. Quan llances trossets de paper al Van der Graaf observes que primer s'acosten cap a ell però després de tocar-lo ixen disparats. Per què ocorre això? Explica-ho i representa-ho amb dibuixos.

A22. Per què es produeix una descàrrega elèctrica quan acostem la bola metàl·lica al Van der Graaf?

A23. Un dia vas a La Vital i puges les escales fregant la mà per la barana. Quan arribes dalt te n'adones que tens els cabells «de punta» i, quan toques la mà d'un amic, els dos rebeu una descàrrega elèctrica. Per què t'ha passat això? Explica els dos fenòmens i representa'ls amb dibuixos.  

A24. Quan acostem una brúixola a un cable recte pel qual circula un corrent observem que l'agulla es posa perpendicular al cable. Què passa si canviem els extrems positiu i negatiu del cable?

A25. Què passa si apropes un boli Bic fregat (suposa que adquireix càrrega negativa) al pol nord d'un imant? I al pol sud? Raona la teua resposta.

A26. Indica què passarà si acostem un potent imant a:

• Un got de ferro.
• Un got de coure.
• Un got de ferro ple d'aigua.
• Un got de coure ple d'aigua.

A27. En penjar imants de neodimi d'un fil observem que es queden apuntant en una direcció fixa. Per què passa això?

A28. Els altaveus estan fabricats amb un imant i una xicoteta bobina que es troba pròxima a ell (el professor en mostra un). Tenint en compte que aquesta és l'estructura bàsica d'un altaveu, explica com s'aconsegueix que emeta so.

A29. Els lectors de CD i de disc dur tenen bobines al seu interior (el professor en mostra un). Explica quina funció tenen i com funcionen.

A30. Una de les aplicacions dels electroimants és alçar objectes pesats de metall per moure'ls del lloc, com ho fa una grua. Digues quins canvis s'experimenten si:

• Usem un corrent elèctric més intens per fer funcionar l'electroimant.
• Fem circular el corrent en sentit contrari a través de l'electroimant. 

A31. La imatge representa un disparador magnètic. En l'interior hi ha una bobina i un imant. Aquest mecanisme s'usa en botons automàtics: els que prems per a què un aparell faça una determinada funció i, quan acaba de fer-la, el botó bota tot sol. També s'usa en dispositius de seguretat, per evitar que un aparell es creme quan usa molt de corrent elèctric. Explica per què el botó «es dispara» quan passa molt de corrent per la bobina i no quan passa poquet.

5. Problemes oberts

El treball que hem fet fins ací ens ha permés construir un nou model que dóna compte de la interacció entre objectes carregats. En menor mesura, també hem descrit la interacció entre objectes que presenten característiques magnètiques, encara que en aquest camp ens hem limitat només a una descripció dels fenòmens observats, sense aprofundir en la recerca d'una explicació microscòpica. Aquest és, per tant, un problema que queda obert.

Tot i això, el problema més important que tenim ara damunt la taula és el trencament de la coherència. És a dir, fins el moment, durant aquest curs, hem estat treballant amb un model d'acord amb el qual tota la matèria està formada per partícules, i amb aquest model hem explicat molts fenòmens. Ara hem introduït un mou model, d'acord amb el qual tota la matèria conté càrregues, una característica que no havíem contemplat fins ara. La ciència no pot admetre l'existència de dos models completament diferents. La matèria té una estructura interna, no pot ser d'una manera o d'una altra en funció dels nostres interessos. Hem de connectar ambdós models.