Unidad 7

Unidad 7. Electricidad y electromagnetismo
7.1.Tipos de carga eléctrica. Formas de electrización. Ley conservación de la carga.
Seguro que has “electrizado” un bolígrafo de plástico frotándolo con una prenda de lana. Una vez hecho
es capaz de atraer a distancia papelitos (ver fig. inferior). Aunque la materia es neutra, está constituida por átomos
en cuyo interior tienen cargas positivas (protones) y cargas negativas (electrones). Un objeto puede adquirir
“carga positiva” si sus átomos pierden electrones, o “negativa” si sus átomos ganan electrones. Son los
electrones, que están en la corteza del átomo los que tienen movilidad para desplazarse de un objeto a otro.
Cuando frotamos plástico con una prenda de lana, los
electrones pasan de la lana al plástico, y éste queda cargado
negativamente (ver fig.). Mientras que si frotamos una
varilla de vidrio con un paño de seda, los electrones pasan
del vidrio a la seda, quedando el vidrio cargado
positivamente. Cuando un cuerpo adquiere carga se dice
que se ha electrizado. Y en este caso ha sido electrización
por frotamiento.
Los cuerpos cargados con carga del mismo tipo (ambos
con carga positiva o ambos con carga negativa) se repelen,
y cuando están cargados con carga del signo contrario se atraen.
Ejercicio 1: Completa: Si frotamos dos varillas de vidrio con un paño de seda adquieren carga ___ y si son de
plástico al frotarlas con lana adquieren carga ____. Si luego acercamos las dos varillas de vidrio se ___________.
Si acercamos una varilla de vidrio a una varilla de plástico se… ___________.
Formas de electrización
Electrización por frotamiento: Al frotar un cuerpo con otro, ambos quedan electrizados. Uno de ellos
adquiere carga positiva, el que ha perdido electrones, y el otro carga negativa, ya que ha ganado electrones. (ver
figura superior plástico-lana o vidro-seda).
Electrización por contacto: Un cuerpo queda electrizado cuando se pone en contacto con otro que
ya lo está previamente y ambos adquieren el mismo tipo de
electricidad. En la figura acercamos una varilla cargada
negativamente y cuando toca la bola que cuelga del péndulo
(figura a) pasan parte de sus cargas negativas a la bola. Una vez
electrizados (figura b), se repelen entre sí.
Electrización por inducción: Mira la figura 1
al acercar un cuerpo cargado (por ej. +) inductor I a
un conductor neutro C , éste se polariza y los e- se
desplazan hacia el polo izquierdo atraídos por el
inductor I, dejando una carga igual pero de signo
opuesto en el polo derecho. Se ha cargado por
inducción.
Si después conectamos C a tierra o lo tocamos con
el dedo, pasan e- hasta neutralizar la carga positiva,
quedando C con exceso de carga negativa (fig.2 y 3)
Al eliminar la conexión a tierra se redistribuyen e-.
1
Ley de conservación de la carga
En estos fenómenos de electrización se transfieren los
electrones entre los objetos, lo que significa que la misma
carga que pierde un objeto gana el otro. Esto nos lleva a
enunciar la ley de conservación de la carga: La carga
eléctrica total en la naturaleza se conserva.
Ejercicio 2: Completa según la figura, en la fig. 1
tenemos un conductor neutro C. Al acercarle una varilla I
cargada positivamente el cuerpo C se ha electrizado por.. ______________. Si en C se han desplazado hacia la
izquierda 1 billón de e-, se habrá quedado cargado positivamente en la derecha con una carga equivalente a la
carga de ____________________. Fíjate en la fig. 1 la base es de un material aislante que no permite el paso de
los e- por su interior como el plástico o el vidrio. Indica cuáles son los 3 aislantes de esta lista ( corcho, madera,
cuchara metálica, hilo de cobre, seda , agua de mar, cuerpo humano (en sus tejidos agua con sales disueltas) …
____________________________________________________.
+ El electroscopio
Es un aparato que permite estudiar las características de los cuerpos electrizados.
Básicamente como ves en la figura es una esfera metálica sobre un vástago metálico
terminado en L, del que cuelgan dos laminillas metálicas. La esfera metálica se apoya en
un recipiente de vidrio que descansa sobre una base aislante (madera, plástico). Al
contacto de un objeto cargado, en la figura una varilla de plástico cargada negativamente,
las cargas circulan por el vástago y pasan a las laminillas, las cuáles se separan.
Ejercicio 3: Completa: La esfera se carga negativamente por electrización por
(inducción/ contacto) _____________. Las cargas negativas llegan hasta las laminillas y
ambas se separan porque al tener cargas del mismo signo se ____________. ¿Permitiría
el electroscopio distinguir un cuerpo cargado negativamente (varilla plástico) de un
cuerpo cargado positivamente (varilla de vidrio) _____, porque el efecto sobre las
laminillas en ambos casos sería (igual/distinto) ______________. ¿Permitiría distinguir
entre una varilla con poca carga eléctrica o mucha carga eléctrica? (sí/no) _________, porque las
laminillas.._________________________ __________________________. Si tocamos con el dedo la esfera
metálica del dibujo cargada negativamente entonces , las cargas (pasarían/no pasarían) a través de nuestro cuerpo
y el electroscopio quedaría (igual/ descargado) _____________. Si acercamos sin tocar una varilla cargada
positivamente, la esfera metálica se carga (positivamente/negativamente) ____________________ por (inducción/
contacto) _____________ y las laminillas se cargan (positivamente/negativamente) ___________________ y se
separan.
7.2.Fuerza entre cargas. Ley de Coulomb
Utilizamos un péndulo electrostático para
comprobar que cuanto mayor es la carga de la
esfera del péndulo y/o de la varilla que
acercamos mayor es la fuerza de repulsión, que
se visualiza a través del ángulo α entre el
péndulo y la vertical.
El físico francés Coulomb en 1777 inventó la balanza de torsión para medir la fuerza de atracción o repulsión
que ejercen entre sí dos cargas eléctricas y halló la fórmula que la relaciona con la distancia entre las cargas.
Coulomb usó sus propios experimentos para deducir la ley que describe la interacción entre cargas eléctricas:
2
La fuerza F con la que se atraen o repelen dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de
sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. (ver figura)
La fórmula matemática de la ley de Coulomb es:
F
= Fuerza con que se atraen o repelen las dos cargas. Newtons S.I.
q, q´ = Valor de las cargas en culombios (C) en el S.I.
d
= Distancia en metros que separa las cargas (m) en el S.I.
K
= Es una constante que depende del medio en el que se hallen las
cargas (vacío, aire o agua ..). S.I. en el vacío 9.109
+ El Culombio y submúltiplos
Mira la figura, un electrón es una fracción pequeñísima de la carga del
culombio. Así 1 C= 6,24.1018 e- (6,24 trillones de electrones!!!)
1 mC (miliculombio) = 10-3 C
Submúltiplos del culombio:
1 C (microculombio)= 10-6 C ; 1 nC (nanoculombio)= 10-9 C
Ejercicio 4: Calcula la fuerza con que se repelen dos cargas positivas con valores q=
3 C y q´= 4 C separadas por una distancia de 1,5 m en el vacío. (K=9.109
)
Aplicamos la fórmula de la ley de Coulomb:
Ejercicio 5: Calcula la separación entre dos cargas de -2 mC y + 4 mC si el valor de la fuerza con que se atraen es
de 120 N. (K=9.109
)
-
F
F
+
√
√
Como según ley Coulomb:
Ejercicio 6: Calcula la fuerza con que se atraen dos cargas con valores q= +3 C y q´= -5 C separadas por una
distancia de 20 cm en el vacío. (K=9.109
)
Ejercicio 7: Calcula el valor de dos cargas iguales si separadas 2 m, la fuerza con que se repelen es de 0,081 N.
Expresa sus unidades en culombios y en microculombios. (K=9.109
)
Ejercicio 8: Explica cómo varía la fuerza entre dos cargas si la distancia se cuadriplica.
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