❑ ❑ ❑ ❑ ❑ INTRODUCCIÓN ELECTROSTÁTICA COMPORTAMIENTO DE LAS CARGAS CARGAS INDUCIDAS MEDIDAS DE LAS CARGAS INTRODUCCIÓN La materia está constituida por unas partículas elementales llamadas átomos. Dentro de cada átomo es posible distinguir dos zonas. La zona central llamada núcleo, concentra unas partículas subatómicas que tienen carga eléctrica positiva llamadas protones y otras partículas neutras, desde el punto de vista de la carga eléctrica, llamados neutrones. Rodeando al núcleo se localiza la corteza. En esta zona se mueven los electrones, que son partículas con carga eléctrica negativa, girando en orbitales que envuelven al núcleo. Los responsables de todos los fenómenos eléctricos son los electrones, porque pueden escapar de la órbita del átomo y son mucho más ligeros que las otras partículas. En general, los materiales son neutros; es decir, el material contiene el mismo número de cargas negativas (electrones) y positivas (protones). Sin embargo, en ciertas ocasiones los electrones pueden moverse de un material a otro originando cuerpos con cargas positivas (con defecto de electrones) y cuerpos con carga negativa (con exceso de electrones), pudiendo actuar sobre otros cuerpos que también están cargados. Por tanto, para adquirir carga eléctrica, es decir, para electrizarse, los cuerpos tienen que ganar o perder electrones. INTRODUCCIÓN La carga eléctrica es una propiedad de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas. Un átomo al que se le ha quitado un número determinado dé electrones queda cargado positivamente, a causa de un exceso de protones. En el S.l. la unidad de carga eléctrica se denomina culombio (6,241509 × 1018 ) y se denomina con el símbolo C. ELECTROSTÁTICA Es la parte de la física que estudia las acciones producidas entre cargas eléctricas en reposo. Todos conocemos desde hace tiempo el hecho de que una barra de ebonita frotada con un paño de lana adquiere la propiedad de atraer ciertos cuerpos como el papel y el azúcar. Esta fuerza de atracción es tan pequeña que, para que se manifieste se necesita que los cuerpos sobre los que actúa sean muy ligeros y estén muy próximos a la barra. PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA CARGA: La carga ni se crea ni se destruye → se transfiere. ▪ Entre átomos ▪ Entre moléculas ▪ Entre cuerpos La suma de todas las cargas de un sistema cerrado es constante. Al proceso de transferencia de carga de un cuerpo a otro se conoce como: electrización. ▪ Por frotamiento ▪ Por contacto ▪ Por inducción ELECTROSTÁTICA CARGA POR FRICCIÓN. La fricción transfiere electrones de un material a otro, un ejemplo de ello es cuando nos peinamos o acariciamos un gato; quedando por ello electrizados por un tiempo. CARGA POR CONTACTO. La transferencia de electrones entre materiales se da por simple contacto. Si el objeto es buen conductor la carga se distribuye en toda su superficie (cargas iguales se repele); si es un mal conductor debe tocarse con la barra varias partes del objeto para una distribución de carga más o menos uniforme. CARGA POR INDUCCIÓN. Si acercamos un objeto con carga a una superficie conductora, aún sin contacto físico los electrones se mueven en la superficie conductora. La inducción es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo. Cuando permitimos que las cargas salgan de un conductor por contacto, decimos que lo estamos poniendo a tierra. ELECTROSTÁTICA La electricidad estática es electricidad sin movimiento (estática = estacionario). Ya que la electricidad se define como una forma de energía, se concluye que la electricidad estática debe ser energía eléctrica potencial. Alrededor del año 1600 DC, el cirujano inglés William Gilbert intentó por primera vez encontrar la verdadera naturaleza de la fuerza misteriosa de atracción del ámbar frotado. Gilbert encontró en su investigación que muchas otras sustancias también podían cargarse con esas fuerzas de atracción al frotarlas con pieles o seda. Él dijo que la materia cargada con esa fuerza invisible de atracción estaba electrizada. Gilbert formó esta palabra basándose en el nombre griego del ámbar (elektron), que fue la primera sustancia electrizada. El siguiente paso lógico fue llamar electricidad a esta fuerza que no tenía nombre. peine carga estática electrones cabello ELECTROSTÁTICA Para investigar la naturaleza de una carga eléctrica con más detalle, repitamos el experimento anterior del peine, de manera ligeramente diferente. Pase el peine entre su pelo (un movimiento rápido y brusco le dará mejor resultado), después acerque el peine a su cabello sin que llegue a tocarlo. Cuando la distancia entre su pelo y el peine cargado es corta, su pelo se levanta debido a que es atraído por el peine. Nuestro interés realmente está en lo que sucede en el interior del peine y del cabello. La presencia de la fuerza invisible que ejercen los cuerpos cargados sobre cada uno de los otros puede verse al acercar dos cuerpos cargados. Si los cuerpos cargados se cuelgan de hilos delgados, se atraerán o rechazarán de acuerdo con la naturaleza de sus cargas. Los objetos con cargas diferentes se atraen, mientras que los cuerpos con cargas iguales se rechazan. En esta condición se cumple lo establecido en la segunda parte de la Ley de cargas: cargas diferentes se atraen. El cuerpo neutro completo permanece neutro, ya que ni ha ganado ni ha perdido electrones; sólo ha ocurrido un cambio de posición de electrones. Cuando se acerca una varilla con carga negativa a un cuerpo neutro, los electrones del cuerpo neutro son rechazados por la carga igual de la varilla. ELECTROSTÁTICA Dado que la materia se compone de protones y electrones, y su carga es e, podemos deducir que la carga eléctrica es una magnitud cuantizada, o lo que es lo mismo, la carga eléctrica de cualquier cuerpo es siempre un múltiplo del valor de e. En cualquier caso, la carga eléctrica de un cuerpo se dice que es: ▪ Negativa, cuando tiene más electrones que protones. ▪ Positiva, cuando tiene menos electrones que protones. ▪ Neutra, cuando tiene igual número de electrones que de protones. En cualquier fenómeno físico, la carga del sistema que estemos estudiando es idéntica antes y después de que ocurra el fenómeno físico, aunque se encuentre distribuida de otra forma. Esto constituye lo que se conoce como el principio de conservación de la carga: La carga ni se crea ni se destruye ya que su valor permanece constante. Las cargas pueden circular libremente por la superficie de determinados cuerpos. Aquellos que permiten dicho movimiento reciben el nombre conductores y aquellos que no lo permiten se denominan aislantes. COMPORTAMIENTO DE LAS CARGAS La presencia de la fuerza invisible que ejercen los cuerpos cargados sobre cada uno de los otros puede verse al acercar dos cuerpos cargados. Si los cuerpos cargados se cuelgan de hilos delgados, se atraerán o rechazarán de acuerdo con la naturaleza de sus cargas. Los objetos con cargas diferentes se atraen, mientras que los cuerpos con cargas iguales se rechazan. La figura muestra todas las posibles combinaciones de cargas y las fuerzas que actúan de acuerdo con cada combinación. CARGAS INDUCIDAS En esta condición se cumple lo establecido en la segunda parte de la Ley de cargas: cargas diferentes se atraen. El cuerpo neutro completo permanece neutro, ya que ni ha ganado ni ha perdido electrones; sólo ha ocurrido un cambio de posición de electrones. Cuando se acerca una varilla con carga negativa a un cuerpo neutro, los electrones del cuerpo neutro son rechazados por la carga igual de la varilla. MEDIDAS DE LAS CARGAS Definimos la carga como un exceso o deficiencia de electrones en un cuerpo. A la falta de electrones se le llamó arbitrariamente una carga positiva y a un exceso de electrones se le llamó carga negativa. En los dos casos se cambió el número normal de electrones en el cuerpo. La mejor manera de medir la cantidad de carga en un objeto sería contar el número de electrones forzados a entrar o sacados de ese objeto. El tamaño increíblemente pequeño de los electrones hace que este método sea imposible. La cantidad de carga en un cuerpo es medida en grupos de 6,25 millones de millones de millones (o trillones) de electrones. Esta cantidad de electrones representa una unidad de carga. Para honrar a Charles A. Coulomb, científico francés del siglo XVIII, la unidad de carga fue llamada coulomb o culombio. 1 coulomb = unidad de carga eléctrica (c) Cantidad de carga originada por un exceso o deficiencia de 6,25 trillones de electrones. En los cálculos matemáticos, se usa la Q para representar la carga. El nombre de la unidad de carga abreviada es c. MEDIDAS DE LAS CARGAS Si un objeto tiene más electrones de los normales, se dice que tiene carga eléctrica negativa. Este hecho establecido experimentalmente lleva a dos conclusiones: cada electrón tiene carga negativa permanente, y la lleva con él a donde quiera que vaya; la carga negativa de los electrones en un cuerpo sin carga es balanceada por una carga positiva en este cuerpo. Estas conclusiones han sido probadas experimentalmente por físicos. El núcleo de cualquier átomo contiene partículas muy pequeñas y a la vez poderosas llamadas protones. Cada protón tiene una carga positiva permanente (los protones no tienen libertad para moverse; no pueden abandonar el núcleo del átomo). En un ion positivo, el total de carga positiva de los protones en el núcleo es mayor que la carga total negativa de la nube de electrones, haciendo que el ion atraiga electrones. En un ion negativo la carga negativa total de la nube de electrones es mayor que la carga positiva en los núcleos, y como resultado el ion repele los electrones. MEDIDAS DE LAS CARGAS DUALIDAD DE LA CARGA: Todas las partículas cargadas pueden dividirse en positivas y negativas, de forma que las de un mismo signo se repelen mientras que las de signo contrario se atraen. CONSERVACIÓN DE LA CARGA: En cualquier proceso físico, la carga total de un sistema aislado se conserva. Es decir, la suma algebraica de cargas positivas y negativas presente en cierto instante no varía. CUANTIZACIÓN DE LA CARGA: La carga eléctrica siempre se presenta como un múltiplo entero de una carga fundamental, que es la del electrón
