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La electrización
En muchas ocasiones habrás sentido la electrización en el momento en que al peinarte, tu cabello se levanta como si existiera una atracción hacia él. También habrás sentido un leve corrientazo cuando al bajarte de un auto tocas una de sus manijas. Pues bien este fenómeno se denomina electrización y consiste en el poder de atracción que adquieren los objetos después de ser frotados.
El comportamiento eléctrico de los cuerpos está íntimamente relacionado con la estructura de la materia. Los cuerpos están formados por entidades llamadas átomos. En los átomos existen partículas que poseen carga positiva (protones), carga negativa (electrones) y otras partículas cuya carga es neutra (neutrones).
En general, los átomos poseen igual número de protones que de electrones, por lo cual la carga positiva de los primeros se compensa con la negativa de los segundos. Así mismo, el átomo en conjunto, no tiene carga eléctrica neta, por lo tanto, es eléctricamente neutro.
Al someter un cuerpo a ciertas manipulaciones, como la frotación con una barra de vidrio o de plástico electrizador, ese cuerpo puede ganar electrones o perderlos. Esto se debe a que las barras de vidrio o de plástico se electrizan al frotarlas, respectivamente, con seda o con lana. Al frotar la barra de plástico gana electrones de la lana (aumentando carga negativa), y la barra de vidrio cede electrones a la seda (aumentando carga positiva).
Es decir, el tipo de carga eléctrica que un cuerpo tiene está en función de que ese cuerpo tenga más o menos electrones que protones.
En la siguiente figura, se representa la composición eléctrica de un cuerpo neutro y un cuerpo cargado.
Se puede observar que:
Si un cuerpo tiene carga negativa es porque ha ganado electrones de otros cuerpos y, por tanto, posee más electrones que protones. Si un cuerpo tiene carga positiva es porque ha cedido electrones a otros cuerpos y, por tanto, posee menos electrones que protones.
Cargas eléctricas
El norteamericano Benjamín Franklin, quien realizó distintos descubrimientos en el campo de la electricidad, sugirió la existencia de un único tipo de carga o fluido eléctrico. Cuando la cantidad de la misma en un cuerpo era superior a lo normal, este presentaba electricidad positiva (+), la adquirida por el vidrio; y cuando la misma era inferior a lo normal, el cuerpo tenía electricidad negativa (-), la adquirida por el ámbar.
La magnitud física que nos indica la cantidad de esa propiedad de la materia se denomina carga eléctrica o, simplemente, carga.
La unidad de la carga eléctrica en el SI se denomina coulomb o culombio su símbolo es C.
Franklin propuso que las fuerzas ejercidas entre cuerpos electrizados eran acciones a distancia, unas de tracción y otras de repulsión, cuya ocurrencia dependía del tipo de electrización de dichos cuerpos.
En la actualidad, existen dos tipos de carga a las que por convenio, se les denomina cargas positivas (+) y cargas negativas (-), y por convenio, se considera como carga eléctrica negativa la que tiene el electrón, mientras la carga del protón se considera como positiva.
Como ya sabes, todos los cuerpos están formados por átomos. En los átomos existen protones, que poseen carga positiva y electrones, con carga negativa. Los protones y los neutrones (partículas sin carga eléctrica) se encuentran en el núcleo, mientras que los electrones se encuentran en el exterior del núcleo. Cada protón (todos iguales) tienen la misma cantidad de carga eléctrica que un electrón (también iguales entre sí), aunque de diferente signo.
Los átomos poseen el mismo número de protones que de electrones, por lo que la carga positiva de los primeros se compensa con la carga negativa de los segundos. Por este motivo, un átomo en conjunto, no posee carga eléctrica neta y se dice que es eléctricamente neutro.
La transferencia y la interacción entre las cargas producen los fenómenos eléctricos. Esta interacción responde a la ley de signos; según la cual, los cuerpos que tienen carga eléctrica del mismo signo se repelen y los cuerpos que tienen cargas de diferente signo se atraen. En la siguiente figura se muestran estas interacciones.
Se puede observar que entre las cargas eléctricas surgen fuerzas de atracción o de repulsión y el que surja una u otra clase de fuerzas se debe a la característica propia (positiva o negativa) de las cargas que interactúan.
La existencia de la carga eléctrica en un cuerpo se pone de manifiesto mediante un electroscopio (figura 3), dispositivo que consiste en un objeto que se carga al ponerlo en contacto con un cuerpo cargado, de manera que se observa la repulsión entre cuerpos cargados con el mismo tipo de electricidad.
Cuando se acerca un cuerpo cargado eléctricamente, las cargas eléctricas dentro de la varilla se redistribuyen y se observa que las laminillas se separan. El efecto es el mismo cuando se le acerca un cuerpo cargado positivamente que cuando se le acerca un cuerpo cargado negativamente.
Por tal razón, el electroscopio permite detectar si un cuerpo está cargado eléctricamente, aunque no permite detectar el tipo de carga eléctrica que posee.
Conductores y aislantes
En los fenómenos eléctricos se observa que el comportamiento de la materia respecto a la transmisión de electricidad es muy diverso. Existen medios materiales en los que las cargas eléctricas no se transmiten, estas sustancias son denominadas aislantes o dieléctricos. Entre ellos se encuentran la seda, el vidrio, la madera, la porcelana, etc.
Durante una tormenta se producen efectos de carga por inducción. La parte inferior de las nubes, de carga negativa, induce carga positiva en la superficie de la Tierra. Los gases, en general, son buenos aislantes, pero si la carga negativa de un objeto se aumenta suficientemente, los electrones pueden ser enviados al gas circundante produciendo lo que conocemos como una chispa. Cuando los electrones saltan de la nube a la Tierra se produce el relámpago.
La ley de Coulomb
Los cuerpos cargados experimentan una cierta interacción de atracción o de repulsión entre ellos. La fuerza que caracteriza esta interacción depende de las distancias entre los cuerpos y de la cantidad de carga eléctrica.
El físico francés Charles Coulomb, utilizando una balanza de torsión, estudió las fuerzas con las que se atraían o repelían los cuerpos cargados. Estas fueron sus conclusiones:
Las fuerzas eléctricas aparecen sobre cada una de las dos cargas que interactúan, y son de igual magnitud e igual línea de acción, pero de sentidos opuestos. Las fuerzas eléctricas dependen de los valores de las cargas. Cuanto mayor sean esos valores, mayor será la fuerza con la que se atraen o repelen. Las fuerzas eléctricas dependen de la distancia que separa las cargas: cuanto mayor sea esa distancia, menor será la fuerza entre ellas. Las fuerzas eléctricas dependen del medio en el que están situadas las cargas. No es igual la fuerza entre dos cargas cuando están en el vacío que cuando están en otro medio material, como el aceite o el agua.
El método para medir la carga se estableció ocho décadas después de las investigaciones de Coulomb y se definió en términos de la corriente eléctrica.
La unidad natural de la carga eléctrica es la unidad de la cantidad de carga que tiene un electrón; pero, al ser una cantidad muy pequeña, el SI define como unidad de carga eléctrica el culombio (C). El cual es la carga eléctrica que, situada a 1 metro de otra de igual magnitud y signo, la repele con una fuerza de 9 x 109 N.
Una carga de un culombio equivale a 6,25 x 1018 veces la carga de un electrón. Como es muy grande, con frecuencia se utiliza un submúltiplo de ella, el microculombio (μC), que equivale a la millonésima parte del coulomb.
Estos factores se resumen en la ley de Coulomb , que permite calcular la intensidad de fuerza de atracción o repulsión de dos cargas puntuales.
La constante K es la constante electrostática, se expresa en N·m^2 /C^2 y su valor depende del medio material en cual se encuentran las cargas. En el vacío la constante electrostática tiene un valor de K = 9 x 109 N·m^2 /C^2.
El enorme valor de la constante electrostática nos indica que las fuerzas eléctricas son intensas. Si la fuerza tiene signo menos, indica una fuerza de atracción entre las dos cargas y si es de signo positivo indica una fuerza de repulsión.
- PROBLEMAS HIPERTEXTO (Pag. 174 y 175): 11-15-18-19-23-25-30-31 -32-33-
PRÁCTICA DE FUERZA Y CAMPO ELECTRICO CON CARGAS PUNTUALES!!!
Hipertexto(pag 177):10-11-12-13-15-20 y Serway vol. 2
