Módulo de aprendizaje Nº 01

Instituto Profesional De Chile
Ingeniería Industrial
Unidad 1-
Electrostática
Módulo de aprendizaje Nº 01
ELECTROSTÁTICA
Objetivo: Reconocer a partir del
modelo Planetario la estructura del
átomo y las partículas elementales
que lo componen, sus característica
físicas y su naturaleza eléctrica.

Introducción
¿ Cuáles son las interacciones
fundamentales?
Tales de Mileto (alrededor de siglo
VI A. de C. ) sabía que un pedazo de

¿Cómo interactúan las partículas
mínimas?
ámbar frotado con un trozo de piel
adquiría la propiedad de atraer objetos
ligeros. La palabra griega que designa el
ámbar es electrón, de donde se deriva el
término electricidad. No existió ningún
avance de importancia posterior en esta
materia hasta el siglo XVII..
Interacciones
entre las partículas
 Fuerza
Concepto de materia.
Todos los cuerpos que existen en la
naturaleza
estás
constituidos
por
sustancias que se le denomina materia .
La materia se puede subdividir en
partículas más pequeñas aún, se llega a
porciones
mínimas,
denominada
Moléculas. Las moléculas están en
La materia esta hecha de partículas que
constante movimiento
y entre ellas
interactúan.
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existen fuerzas de atracción y repulsión,
Repasemos brevemente lo que hoy se
en los sólidos predominan las fuerzas de
sabe acerca de la estructura última del
atracción de las moléculas sobre la de
mundo que nos rodea. Es útil concebir al
repulsión y es por esto que conservan su
átomo, como un sistema solar en
forma propia.
miniatura, con un núcleo denso, de cargas
Molécula.
positiva, que ocupa la posición del Sol y
Es la partícula “más pequeña” en
que se puede dividir la materia sin que
los electrones de carga negativa girando
como planetas.
cambie las propiedades físicas originales,
conservan
del
cuerpo
original
su
densidad, color, estado físico, etc.
Átomo.
La molécula se puede dividir más
Los átomos están formados por
aún, llegando a pequeñas porciones de
partículas
materia , cabe preguntarse ¿siempre será
protones y neutrones en proporciones
la misma sustancia?. Preguntas como
diversas.
éstas se remontan hasta los antiguos
contiene protones, con carga positiva y
filósofos griegos. Dos de ellos Leucipo y
neutrones sin carga y en torno al núcleo
Demócrito, no podían aceptar la idea de
giran los electrones, con carga negativa,
que estos cortes
que
continuaran para
son
subatómicas:
electrones,
Consta de un núcleo, el cual
partículas
pequeñísimas,
siempre. Especularon que el proceso, en
siguiendo orbitas elípticas.
última instancia, debía terminar cuando
La existencia de los neutrones se verificó
resultara una partícula no se pudiera
de manera concluyente en el año 1932.
cortar. En griego la palabra átomo
Un neutrón no tiene carga eléctrica ,
significa “no divisible”.
De ahí viene
pero tiene una masa algo más ligera que
nuestra palabra átomo, que en algún
la del protón y su propósito es actuar
momento se pensó que era la partícula
como un pegamento para mantener unido
más pequeña de la materia , Los físicos
el núcleo. Si no hubiera neutrones en el
que estudian las partículas elementales
núcleo, las fuerza repulsivas entre los
todavía
especulan
y
realizan
protones haría que éste se desintegrara .
experimentos relacionados
con los
Pero,¿es aquí donde termina la división
elementos constitutivos de la materia.
en partículas cada vez más pequeñas?.
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Como verá en estudios posteriores de
Física,
existen
elementales
partículas
aún
más
que los protones y los
electrones. Ahora se piensa que existen
que protones ,neutrones y un gran número
de otras
partículas exóticas
están
compuestas de seis partículas llamadas
“Cuarks”:Arriba”(Up),abajo(down),extraño(strange),”encantado”,(charmed),
”fondo”( bottom) y “superior” (top). Los
cuarks arriba, encantado y superior tiene
cargas +2/3 de la carga del protón,
mientras que los cuarks extraño, abajo y
fondo tiene -1/3 de la del protón . El
protón consta con dos cuarks arriba y un
Figura a
La cantidad de electrones en orbita
cuarks abajo. En cambio el neutrón está
hace que la materia sea diferente.
compuesto de dos cuarks abajo y uno
Por ejemplo :
arriba.
Figura b
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Existen dos tipos de electricidad:

Positiva (+) .

Negativa (-) .
(Propiedad dual de la carga eléctrica)
Es posible realizar el experimento de
Tales de Mileto, disponiendo de dos
pequeñas esferas de medula de saúco
suspendida mediante hilos de seda a una
cierta distancia , tal como se observa en
las figuras d y e.
Primero, se frota una vara de vidrio
con género de seda y una vara de ebonita
se frota con un trozo de piel. Ya que estas
varas adquieren la propiedad de atraer
pequeños trozos de papel contra la fuerza
Figura c
En los átomos siempre se cumple:

La cantidad de protones del
núcleo es igual a la cantidad de
electrones.

unidad neutra.
estado normal. Se puede decir que se ha
colocado una carga eléctrica. En el
átomos
transferir algo de la carga de las varas a
las esferas, tocándolas con una vara
cargada.
El comportamiento eléctrico de
los
forma de energía que no tenían en su
experimento se puede ver que se puede
El átomo está en su estado normal
o en equilibrio eléctrico, es una

de gravedad, deben haber adquirido una
depende
exclusivamente de la pérdidas o
ganancia de los electrones. Así :
Si un átomo gana electrones,
queda negativo, por el contrario si
un átomo pierde electrones,
Si se toca ambas esferas con la
vara de vidrio cargada, se observa que
ellas tienden a distanciarse, es decir se
repelen, figura d , sin embargo, si se toca
a la esfera de la izquierda con la vara de
vidrio cargada, y a la de la derecha se
toca con una vara de ebonita cargada, se
queda positivo.
De lo anterior se puede concluir:
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puede observar que ellas tienden a
es siempre una fuerza de atracción
acercarse, es decir se atraen, figura e.
y nunca de repulsión.

La carga de la vara de ebonita
debe ser diferente de la carga de la
vara de vidrio, ya que en un caso
se produce una fuerza de repulsión
y en el otro caso, una fuerza de
atracción.

Como
ambas
esferas
fueron
cargadas con la misma vara de
vidrio,
Figura d
deben
poseer
cargas
iguales.

Sin conocimiento cabal de la
naturaleza exacta de las cargas,
los científicos del siglo XVIII
designaron
las
cargas
de
la
figura b como cargas diferentes y
establecieron la 1º ley de la
electrostática, que dice:
Figura e
De esto se puede deducir:

La fuerza entre estas esferas
“Cargas de igual signo se repelen y
cargadas es una fuerza de campo,
distinto signo se atraen”
que actúa a distancia, (como la
Fuerzas Elementales:
fuerza gravitacional), y no
1. Gravitación: Fuerza Gravitacional.
una
fuerza de contacto (como podría
2. Electromagnetismo:
ser una fuerza del tipo mecánica)
electrostática y Fuerza magnética.
ya que ambas esferas no están en
3. En el interior del átomo: Interacción
Fuerte, Interacción débil.
contacto.

Fuerza
No
es
una
fuerza
del
tipo
gravitacional, ya que esta fuerza
Fuentes:
-
La fuente de la gravitación es la
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“masa m”.
-
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2. La carga eléctrica se conserva en un
La fuente del electromagnetismo es
sistema aislado, al igual que la
la carga eléctrica “q”.
energía y la masa.
3. La carga eléctrica esta cuantizada.
Por convención:
 carga eléctrica negativa
Electrón
qe   e
Protón
La carga total qt debe ser un
múltiplo de e .
 carga eléctrica positiva
qp   e
qt  n e , n 0
Ejercicios:
Carga eléctrica : “q”
Es la llamada carga eléctrica
En la siguiente figura señale la dirección
del flujo de electrones cuando dos
cuerpos conductores se ponen en contacto
y uno de ellos, a lo menos, está cargado.
fundamental. Todo cuerpo que aparezca
naturalmente
cargado
presenta
una
------
++++
cantidad de carga múltiplo de él, no existe
otra menor.
-----
-En el S. I. “q” se mide en:
[Coulomb]=[cb]
-En el sist. C.G.S. “q” se mide en:
[statcoulomb]=[stc]
++++
Donde 1[cb] = 6,25x10 18 [electrones]
1 e = -1,6x10 -19 [cb]
1[cb] = 3x10 9 [stc]
10
1 [stc] =3,33x10 - [cb]
++++
+
++
----
- - - - --
Propiedades de la carga eléctrica.1. Las cargas se suman.
qt  q1  q2  q3  ........  qn
n
qt   qi
i 1
Una esfera
metálica
se encuentra
aislada y cargada positivamente. Si se
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toca con la mano, entonces las cargas
d) I y II
que se mueven son :
e) II y III
a) positivas desde la esfera a la
Tierra
b) Positivas desde la Tierra a la
esfera
c) Negativas desde la Tierra a la
esfera
d) Negativas desde la esfera a la
Tierra
Electrostática
Tenemos
un cuerpo P cargado
negativamente y otro N
cargado
positivamente. Al hacerlos interactuar
separadamente con un cuerpo neutro,
sucede que el cuerpo:
a) P se repele con el cuerpo neutro.
b) P y el cuerpo N atraen al cuerpo
neutro.
c) N se repele con el cuerpo neutro.
d) N repele al neutro, mientras que
P lo atrae.
e) Ninguna de las anteriores
Al aproximarse dos cuerpos, uno cargado
eléctricamente y el otro neutro, ellos:
a) Se atraen y quedan unidos
b) Se repelen
c) Inicialmente se repelen y luego se
atraen
d) Inicialmente se atraen y luego se
repelen
e) No sucede nada
Se tienen tres cargas eléctricas puntuales
1,2 y 3 que interactúan de tal manera
que 1 atrae a 2 y 2 repele a 3. La
explicación de este comportamiento
podría ser debido a que los signos de las
cargas son :
a) 1 positiva, 2 negativa y 3 positiva.
b) 1 negativa, 2
positiva y 3
negativa.
c) 1 negativa, 2 negativa y 3
positiva.
d) 1 positiva , 2 negativa y 3
negativa.
El comportamiento eléctrico de los
cuerpos depende del grado de facilidad
con que sus átomos cedan o capten:
Si tenemos un cuerpo P eléctricamente
neutro y otro cuerpo Q cargado
eléctricamente, entonces:
I.- Protones
II.- Neutrones
III.- Electrones
Es o son verdaderas
a)
b)
c)
d)
Se atraen sólo si Q es negativo.
Se repelen sólo si Q es negativo.
Se traen sólo si Q es positivo.
Se atraen cualquiera sea la carga
de Q.
a) Solo I
b) Solo II
c) Solo III
Un cuerpo está cargado positivamente
porque :
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Electrostática
5. Física para la ciencia y la
a) Ha ganado
positivas.
b) Ha perdido
negativas.
c) Ha ganado
negativas.
cargas eléctricas
cargas
eléctricas
cargas
eléctricas
tecnología, v 1 4° edición
Paul A Tipler.
Editorial Reverté, S.A. 2002 .
VÍNCULO WEB RECOMENDADO
http://www.educarchile.cl/Portal.Base/Web/V
Un cuerpo está cargado negativamente
porque :
a)Ha ganado protones.
b)Ha perdido electrones.
c)Ha ganado electrones.
erContenido.aspx?GUID=123.456.789.000&I
D=104516#Sitios%20sugeridos
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagne
t/electrico/cElectrico.html
BIBLIOGRAFÍA
1.
Física Conceptual. 9° Edición.
Paul G. Hewitt.
Pearson Educación, México
2004.
2. Física General .4° Edición .
Antonio Máximo, Beatriz
Alvarenga.
Oxford University Press,1998.
3. Física Quinta Edición
Wilson- Bufa
Pearson Educación, México 2003
4. Física II . 4° edición
Raymond A. Serway.
Ed. McGraw-Hill, 1997.
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