ELECTRICIDAD

INTRODUCCIÓN La primera experiencia de la que se tenga registro fue cuando Tales de Mileto frotó un trozo de ámbar contra una piel y, después de este proceso, la piedra podía atraer pequeños trozos de papel.

Posteriormente varios científicos estudiaron la electricidad Posteriormente varios científicos estudiaron la electricidad. En el siglo XVIII surgió una teoría bastante interesante, la del fluido eléctrico de Franklin.

Para poder explicar como se origina la electricidad, hay que tener claro cómo está conformado un electrón.

LA CARGA ELÉCTRICA Es una propiedad física de la materia. Podemos encontrar cargas eléctricas positivas (protones) y cargas eléctricas negativas (electrones). Los protones y electrones pueden interactuar porque tienen carga, a diferencia del neutrón. La carga de un átomo dependerá de la diferencia entre la cantidad de protones y la cantidad de electrones.

ELECTROSTÁTICA Es la interacción eléctrica entre cargas o cuerpos cargados en reposo.

CARGA ELEMENTAL Se simboliza con una letra e minúscula y se mide en coulomb (C). El valor corresponde a: e = 1,602  10-19 (C) El protón y el electrón tienen una carga igual a la carga elemental. La del protón es +e y la del electrón es -e. La carga eléctrica puede existir solo en múltiplos enteros: no puede existir la carga de medio electrón, por ejemplo.

CARGA ELÉCTRICA EN LOS CUERPOS La carga eléctrica de un cuerpo corresponde a la suma algebraica de sus cargas positivas y negativas. Si un objeto se encuentra eléctricamente neutro, no podemos decir que no tiene partículas cargadas, sino que tiene igual cantidad de cargas positivas y negativas. Si un cuerpo tiene carga neta positiva, por ejemplo, significa que tiene más protones que electrones.

Ejemplo 1:

Ejemplo 2: si un cuerpo tiene 200 protones y 100 electrones, ¿cuál es su carga eléctrica en C? Desarrollo: Carga positiva: 200  1,6  10-19 (C) = 320  10-19 (C) Carga negativa: 100  -1,6  10-19 (C) = -160  10-19 (C) Carga total: 320  10-19 (C) -160  10-19 (C) = 160  10-19 (C)

INTERACCIONES ELÉCTRICAS Esta interacción se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión. Los posibles estados de los cuerpos son: neutro, cargado negativamente y cargado positivamente.

Fuerzas eléctricas entre los cuerpos Los cuerpos cargados interactúan a través de fuerzas eléctricas que pueden ser de atracción o repulsión, dependiendo de cuál sea la carga de los objetos.

- - SE REPELEN

NO INTERACTÚAN

+ + SE REPELEN

- SE ATRAEN

+ - SE ATRAEN

+ SE ATRAEN

LEY DE COULOMB Charles Coulomb descubrió en 1777, que la fuerza de atracción o de repulsión es directamente proporcional a las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de las distancias. F es la fuerza de atracción o repulsión entre las cargas y se mide en N. k es la constante de Coulomb (k = 9  109 Nm2/C2). q1 y q2 son las cargas de los cuerpos medidas en C. d es la distancia entre ellos, medida en m.

EJEMPLO 1: determinar la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas q1 = 1  10-6 (C) y q2= 2,5  10-6 (C), que se encuentran en reposo a una distancia de 5 cm. Solución: La fuerza de repulsión tiene un valor de 9 (N)

Ejemplo 2: determinar la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas q1 = -1,25  10-9 (C) y q2 = 2  10-5 (C), que se encuentran en reposo a una distancia de 10 cm.

LA CONSERVACIÓN DE LA CARGA Los protones y electrones son materia, por lo tanto, no pueden crearse ni destruirse dentro de un sistema. Podemos enunciar el principio de conservación de la carga eléctrica: “ LA CARGA ELÉCTRICA EN UN SISTEMA SE CONSERVARÁ, A MENOS QUE ACTÚE ALGÚN AGENTE EXTERNO” Por lo tanto, la carga final del sistema es igual a la carga inicial del sistema.

¿Cómo se cargan los cuerpos? Un cuerpo neutro puede ser cargado por diferentes métodos. El conjunto de estos procedimientos se conoce como métodos de carga y los más comunes son: fricción, contacto e inducción.

Carga por Fricción Es un método de carga en el que se frotan dos cuerpos, inicialmente neutros, y al hacerlo intercambian cargas eléctricas. Muchos materiales al ser frotados con otro material adquieren carga eléctrica, como el ámbar con la piel de animal o un globo con el pelo.

La carga con la que queda cada cuerpo depende, únicamente, de los materiales que lo componen. Por ejemplo, si frotamos vidrio con seda, el vidrio queda positivo y la seda negativa, y si frotamos el caucho con la piel de un animal, el caucho queda negativo y la piel positiva. Conclusión: la carga por fricción es un método en el cual, a partir de dos cuerpos eléctricamente neutros, se pueden obtener dos cuerpos con cargas eléctricas opuestas.

Carga por Contacto Consiste en poner en contacto un cuerpo neutro con un cuerpo cargado, quedando, finalmente, ambos cuerpos con la misma carga (tanto en cantidad como en signo). El contacto entre cuerpos puede ser simultáneo o sucesivo, los que no tienen el mismo efecto.

Carga por Inducción Es un método en el que se carga un cuerpo eléctricamente neutro utilizando un cuerpo cargado o inductor. Luego de la inducción, el cuerpo inicialmente neutro, queda con la carga opuesta a la del inductor. Es un proceso que debe realizarse manteniendo una secuencia muy ordenada, ya que consta de varios pasos que si no se realizan apropiadamente no producen la carga del cuerpo. Antes, debemos comprender el concepto de polarización.

Polarización: para polarizar un cuerpo neutro, se le debe aproximar, sin tocarlo, un objeto cargado positiva o negativamente. Al hacerlo, las cargas del cuerpo neutro se ven atraídas (o repelidas) por el objeto cargado. Esto produce que las cargas que se encuentran dispersas y desordenadas en el cuerpo neutro se separen y se “agrupen” de tal forma que las cargas de signo distinto a las del objeto cargado se acerquen a él, mientras que las de igual signo se alejan.

Inicialmente se tiene un cuerpo eléctricamente neutro. Luego, se acerca (sin tocarse) un cuerpo cargado (inductor), lo que provoca que el cuerpo neutro se polarice. Luego, se conecta el cuerpo a tierra (que es neutra), para liberar carga eléctrica. A continuación, se elimina la conexión a tierra, sin alejar el cuerpo cargado del inductor. Finalmente, al retirar el inductor, el cuerpo queda cargado.