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Naturaleza Eléctrica de la Materia Como se mencionó anteriormente: a) La primera partícula más pequeña que el átomo en ser descubierta, fue el protón.

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1 Naturaleza Eléctrica de la Materia Como se mencionó anteriormente: a) La primera partícula más pequeña que el átomo en ser descubierta, fue el protón. Es una partícula cuya masa es aproximadamente dos mil veces mas grande que el electrón y tiene carga eléctrica positiva b) La segunda partícula descubierta, más pequeña que el átomo fue el electron. Tiene masa tan pequeña, comparada con el protón, que se considera despreciable y carga eléctrica de igual magnitud que el protón, pero negativa. c) La otra partícula de menor tamaño que el átomo que fue descubierta fue el neutrón el cual tiene una masa mas o menos de igual magnitud que la del protón, pero sin carga eléctrica. Estás son las 3 principales partículas que forman la estructura del átomo. Los protones y neutrones unidos formando el núcleo atómico y los electrones girando a su alrededor formando una nube electrónica.

2 Naturaleza Eléctrica de la Materia Pero, este planteamiento no es suficiente para explicar fenómenos que muestran la relación entre la materia y la electricidad, tales como el hecho de que, algunos materiales, al ser frotados adquieren carga eléctrica; o como la corriente eléctrica descompone algunas sustancias en otras más simples. A partir de estas evidencias se empezó a estudiar la naturaleza eléctrica de la materia; pero ¿qué es la carga eléctrica?.

3 Naturaleza Eléctrica de la Materia La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de la materia, es decir es propio o característico de ella. Todas las cosas u objetos del universo, al estar formadas por átomos, tienen carga eléctrica. Normalmente, los átomos que constituyen a los cuerpos tienen tantos protones como electrones, por lo que tendrán tantas cargas eléctricas positivas como negativas; esto hace que los átomos sean eléctricamente neutros. Pero los átomos pueden ganar o perder electrones y convertirse en iones. De esta forma, los cuerpos neutros pueden adquirir una carga eléctrica.

4 Naturaleza Eléctrica de la Materia Cuando un átomo (eléctricamente es neutro) gana electrones, adquiere carga eléctrica negativa y se convierte en un ión negativo. A un ión negativo se le denomina anión. Cuando un átomo (eléctricamente es neutro) pierde electrones, adquiere carga eléctrica positiva y se convierte en un ión positivo. A un ión positivo se le denomina catión. Por lo tanto un cuerpo electrizado está cargado positiva o negativamente porque sus átomos han perdido o ganado electrones. Por ejemplo, en el dibujo, el átomo de la izquierda tiene 3 protones, 4 neutrones y 3 electrones por lo tanto es un átomo neutro. El de la derecha tiene 3 protones, 4 neutrones y 2 electrones. Es un ion positivo o un catión.

5 Naturaleza Eléctrica de la Materia Algunos fenómenos naturales, como los rayos producidos durante las tormentas, llenaron de asombro e imaginación a los pueblos antiguos. Tales de Mileto ( a.C.), antiguo científico y pensador griego, fue el primero en descubrir el fenómeno de la electricidad al observar que si se frotaba un pedazo de ámbar con lana, este atraía objetos ligeros que volaban y se adherían a él.

6 Naturaleza Eléctrica de la Materia Además del ámbar, otras sustancias, como la ebonita, el vidrio, etc., también se electrizan. Por ejemplo, cuando frotamos una barra de vidrio con un paño de seda, pasan cargas negativas del vidrio a la seda, con lo que la barra de vidrio queda con un exceso de carga positiva, y la seda, con un exceso de carga negativa. Observemos ahora la siguiente experiencia realizada con un péndulo eléctrico: una bola ligera de poliestireno (comúnmente la llamamos hielo seco) suspendida de un hilo muy fino. La bolita del péndulo es atraída por la barra de ebonita electrizada, y después del contacto es repelida. Si ahora acercamos una barra de vidrio electrizada, atraerá a la bolita.

7 Naturaleza Eléctrica de la Materia Con las experiencias mostradas con anterioridad, deducimos que hay dos tipos de electricidad: a) La del vidrio frotado, denominada vítrea o positiva. b) La de la ebonita frotada, llamada resinosa o negativa. c) Cuerpos con electricidad del mismo signo se repelen y cuerpos con electricidad de diferente signo se atraen. Los nombres positiva o negativa no hacen referencia a ninguna característica añadida de las cargas eléctricas; simplemente sirven para diferenciar los dos tipos de carga eléctrica.

8 Naturaleza Eléctrica de la Materia ¿Cómo adquieren carga eléctrica los cuerpos? Para adquirir carga eléctrica, es decir, para electrizarse, los cuerpos tienen que ganar o perder electrones. Existen tres formas para logra lo anterior: a)Frotamiento b)Contacto c)Inducción

9 Naturaleza Eléctrica de la Materia a) Electrización por frotamiento Si frotamos un bolígrafo con un paño de lana, veremos que este es capaz de atraer pequeños trozos de papel; por lo que decimos que el bolígrafo se ha electrizado. La electrización por frotamiento se explica del siguiente modo. Por efecto de la fricción, los electrones externos de los átomos del paño de lana son liberados y cedidos a la bolígrafo, con lo cual el bolígrafo queda cargado negativamente y el paño de lana positivamente. En términos análogos puede explicarse la electrización del vidrio por la seda. En cualquiera de estos fenómenos se pierden o se ganan electrones, pero el número de electrones cedidos por uno de los cuerpos en contacto es igual al número de electrones aceptado por el otro, de ahí que en conjunto no hay producción ni destrucción de carga eléctrica. Esta es la explicación, desde la teoría atómica, del principio de conservación de la carga eléctrica formulado por Franklin con anterioridad a dicha teoría sobre la base de observaciones sencillas.

10 Naturaleza Eléctrica de la Materia b) Electrización por contacto: Se puede cargar un cuerpo neutro con sólo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si se toca un cuerpo neutro con otro que tenga carga eléctrica negativa, el primero debe quedar con carga eléctrica negativa. Esto se debe a que habrá transferencia de electrones desde el cuerpo cargado eléctricamente negativo (electrones en exceso) hacia el cuerpo neutro, manteniéndose este flujo hasta que la magnitud de la carga sea la misma en ambos cuerpos.

11 Naturaleza Eléctrica de la Materia También se puede cargar un cuerpo neutro con otro previamente cargado positivo. En este caso, si se toca el cuerpo neutro con el que tiene carga eléctrica positiva, el primero debe quedar con carga eléctrica positiva. Esto se debe a que habrá transferencia de electrones desde el cuerpo neutro hacia el cuerpo cargado positivo, manteniéndose este flujo hasta que la magnitud de la carga sea la misma en ambos cuerpos.

12 Naturaleza Eléctrica de la Materia Electrización por inducción La electrización por inducción es un efecto de las fuerzas eléctricas. Debido a que éstas se ejercen a distancia, un cuerpo cargado positivamente en las proximidades de otro cuerpo neutro atraerá hacia sí a las cargas negativas, con lo que la región próxima queda cargada negativamente (Fig. 1). Si el cuerpo cargado es negativo entonces el efecto de repulsión sobre los electrones atómicos convertirá esa zona en positiva (fig. 2). En ambos casos, la separación de cargas inducida por las fuerzas eléctricas es transitoria y desaparece cuando el agente responsable se aleja suficientemente del cuerpo neutro

13 Naturaleza Eléctrica de la Materia En conclusión, la electricidad es una propiedad característica de la materia; además de poseer masa y ocupar un lugar en el espacio, la materia tiene una naturaleza eléctrica, la cual se manifiesta de dos formas diferentes (positiva y negativa) asociadas a las partículas elementales que constituyen el átomo.

14 Naturaleza Eléctrica de la Materia El desarrollo de la electricidad desde Franklin Desde la descripción de los primeros fenómenos eléctricos por parte de Tales de Mileto, hasta hace poco más de dos siglos los avances que se produjeron en el estudio de la electricidad fueron bastante lentos. En el siglo XVIII, Benjamin Franklin ( ) voló una cometa con la intención de «capturar la electricidad» de las nubes tormentosas. A partir de aquí muchos científicos experimentaron con las cargas eléctricas en sus laboratorios y observaron que estas pueden originar chispas eléctricas.

15 Naturaleza Eléctrica de la Materia Galvani y la rana En 1787, Luigi Galvani ( ) observó que las patas de una rana diseccionada se contraían al tocarlas con un objeto metálico, si una máquina electrostática estaba en funcionamiento cerca del cuerpo del animal.

16 Naturaleza Eléctrica de la Materia Más tarde, Alessandro Volta ( ) se enteró de este suceso, y en sus estudios posteriores consiguió desarrollar un instrumento capaz de producir cargas eléctricas al que llamó electróforo. Y hacia 1800 anunció haber encontrado una fuente de electricidad: era la primera pila eléctrica.

17 Naturaleza Eléctrica de la Materia Una vez ideada la pila eléctrica, los científicos contaron con una fuente estable de corriente eléctrica que les permitía continuar con sus investigaciones. En 1820, Hans Christian Oersted ( ), mientras realizaba sus experimentos, encontró que existe una relación muy estrecha entre los fenómenos eléctricos y magnéticos de la materia. Surgió así el electromagnetismo, y se inventó un artilugio fascinante para esa época, el electroimán.

18 Naturaleza Eléctrica de la Materia En las primeras décadas del siglo XIX, Michael Faraday ( ) realizó importantes descubrimientos que permitieron comprender la relación existente entre la electricidad y el magnetismo. Sus trabajos facilitaron el desarrollo del generador eléctrico y del motor eléctrico.

19 Naturaleza Eléctrica de la Materia En 1870, Thomas Alva Edison ( ) fabricó bombillas y otros elementos para facilitar el uso de la luz eléctrica en las casas. Una vez que la electricidad estuvo disponible, se empezó a pensar en nuevas aplicaciones. Se inventaron aparatos para hacer más fácil y cómoda la vida doméstica: planchas, estufas, batidoras, cocinas eléctricas. En la figura: primeras lámparas eléctricas inventadas por Tomas Alva Edison.

20 Naturaleza Eléctrica de la Materia Otro descubrimiento importante fue el del telégrafo, perfeccionado por Samuel Morse ( ) en A partir de aquí se abrió una importante vía en el desarrollo de las comunicaciones.

21 Naturaleza Eléctrica de la Materia En 1880, Heinrich Hertz ( ), basándose en la teoría del electromagnetismo, demostró la existencia de ondas, predichas en 1873 por James C. Maxwell ( ), que podían ser detectadas a distancia. Esto permitió un avance espectacular en el campo de las comunicaciones sin hilos. Se inventaron la radio y la televisión.

22 Naturaleza Eléctrica de la Materia La comprensión del comportamiento y la naturaleza de los electrones permitió el desarrollo de componentes electrónicos, como las válvulas y los transistores. En la década de 1960 se desarrollaron técnicas para obtener circuitos integrados: comenzó así la actual era electrónica.


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