carga electrica

LA CARGA ELECTRICA

Antecedentes Históricos

Desde la Antigua Grecia se conoce que al frotar ámbar con una piel, ésta adquiere la propiedad de atraer cuerpos ligeros tales como trozos de paja y plumas pequeñas. Su descubrimiento se le atribuye al filósofo griego Tales de Mileto

El médico inglés William Gilbert observó que algunos materiales se comportan como el ámbar al frotarlos y que la atracción que ejercen se manifiesta sobre cualquier cuerpo, aun cuando no fuera ligero. Como el nombre griego correspondiente al ámbar es elektron, Gilbert comenzó a utilizar el término eléctrico para referirse a todo material que se comportaba como aquél, lo que originó los términos electricidad y carga eléctrica.

El descubrimiento de la atracción y repulsión de elementos al conectarlos con materiales eléctricos se atribuye a Stephen Gray.

Clases de Cargas

El primero en proponer la existencia de dos tipos de carga es Charles Du Fay, aunque fue Benjamin Franklin quién al estudiar estos fenómenos descubrió como la electricidad de los cuerpos, después de ser frotados, se distribuía en ciertos lugares donde había más atracción; por eso los denominó (+) y (-).

Los trabajos de Joseph John Thomson al descubrir el electrón y de Robert Millikan al medir su carga, fueron de gran ayuda para conocer la naturaleza discreta de la carga.

La esencia de la electricidad es la carga eléctrica. Existen dos clases distintas, que se denominan:

• Carga Positiva
• Carga Negativa

Estas tienes dos cualidades fundamentales:

• Cargas iguales se repelen
• Cargas distintas se atraen

Las cargas eléctricas no son engendradas ni creadas, sino que el proceso de adquirir cargas eléctricas consiste en ceder algo de un cuerpo a otro, de modo que una de ellas posee un exceso y la otra un déficit de ese algo (electrones).

Carga Eléctrica del Átomo

Un átomo está formado por un núcleo central y una corteza compuesta por órbitas. El núcleo de cada elemento químico contiene una determinada cantidad fija de partículas denominadas “protones”, con carga eléctrica positiva, e igual cantidad de otras partículas denominadas “neutrones”, con carga eléctrica neutra. El átomo posee también una corteza o nube de partículas girando constantemente alrededor de su núcleo central denominadas “electrones”, que tiene carga eléctrica negativa (–).

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Unidad de la Carga Eléctrica

En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina culombio (símbolo C). Se define como la cantidad de carga que pasa por la sección transversal de un conductor eléctrico en un segundo, cuando la corriente eléctrica es de un amperio, y se corresponde con la carga de:

Electricidad Estática

Se refiere a la acumulación de un exceso de carga eléctrica en una zona con poca conductividad eléctrica, un aislante, de manera que la acumulación de carga persiste. Los efectos de la electricidad estática son familiares para la mayoría de las personas porque pueden ver, notar e incluso llegar a sentir las chispas de las descargas que se producen cuando el exceso de carga del objeto cargado se pone cerca de un buen conductor eléctrico

Carga Eléctrica

DEFINICIÓN

Es una propiedad de la materia que se traduce o que provoca que los cuerpos se atraigan o se repelen (se rechacen) entre sí en función a la aparición de campos electromagnéticos generados por las mismas cargas.

Leyes

• Conservación
• Atracción

Ley de la Conservación

El principio de conservación de la carga establece que no hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva.

Ley de Atracción

La atracción existe cuando las cargas eléctricas tienen signos o polaridad contraria por ejemplo una carga negativa y otra positiva.

Fundamentos Teóricos

1.3 Interacción Eléctrica

Se caracteriza por ser una interacción a distancia, de doble naturaleza (atractiva o repulsiva). Solo se manifiesta entre cuerpos en los que NO se da la igualdad entre protones y electrones en los átomos que forman su estructura, de modo que cuerpos cargados con"igual tipo de carga" se repelen, mientras que las de "signos contrarios" se atraen.

Ley de Coulomb

"La fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario".

En términos matemáticos, esta ley se refiere a la magnitud F de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales Q1 y Q2 ejerce sobre la otra separadas por una distancia r y se expresa en forma de ecuación como:

Constante de Proporcionalidad (K)

La constante de proporcionalidad K toma en el vacío un valor igual a:

Esa elevada cifra indica la considerable intensidad de las fuerzas electrostáticas.

Constante de Permisividad del Espacio Libre

La Ley de Coulomb se expresa mejor con magnitudes vectoriales:

donde es un vector unitario, siendo su dirección desde la cargas que produce la fuerza hacia la carga que la experimenta.

Al aplicar esta fórmula en un ejercicio, se debe colocar el signo de las cargas q1 o q2, según sean éstas positivas o negativas.

Temario

1.1 La Carga Eléctrica

• Definición y antecedentes históricos
• Electricidad Estática
• Tipos de Carga
• Carga Neta
• ¿Cómo se electrifican los objetos? Ejemplos
• Leyes (Conservación y Atracción)
• Cuantificación de la Carga
• Carga Eléctrica en el átomo
• Carga Eléctrica por Inducción

1.2 Conductores y Aislantes

1.3 Interacción Eléctrica

• Ley de Coulomb
• Constante de Proporcionalidad de Coulomb (k)
• Constante de Permisividad del Espacio Libre
• Forma Vectorial de la Ley de Coulomb

Electroscopio

Requiere "contacto" físico para que ocurra transferencia de electrones además de la existencia de un cuerpo previamente cargado. No es muy eficiente, ya que por sucesivos toques al final la carga se va "terminando". Tiene como característica fundamental que el cuerpo adquiere el mismo signo del cuerpo que está inicialmente cargado.

Polarización

electrostatica

La unidad de carga eléctrica del SI es el coulomb (C).

Electrización por Contacto

Prefijos

Los cuerpos se electrizan al perder o ganar electrones.

Que la carga de un cuerpo es positiva si pierde electrones y negativa cuando los gana. Los cuerpos se electrizan por:

• Frotamiento
• Contacto
• Inducción.

Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva, el otro con carga negativa. Si se frota una barra de vidrio con un paño de seda, hay un traspaso de electrones del vidrio a la seda.

Electrización por Frotamiento

¿Cómo se electrifican los objetos?

Son aquellos materiales en los cuales todos los electrones están unidos a átomos y no pueden moverse libremente a través del material.

AISLANTES

Son aquellos materiales en los cuales algunos de los electrones libres, no están unidos a átomos y pueden moverse con libertad a través del material.

CONDUCTORES

• Conductores
• Aislantes

Los cuerpos, según su capacidad de trasmisión de la corriente eléctrica, son clasificados en:

La carga eléctrica no aparece en cualquier cantidad, sino en múltiplos enteros de una unidad fundamental o cuanto. La unidad fundamental de carga es la carga eléctrica del electrón

1.2 Conductores y Aislantes

Cuantificación de la Carga

Es la electrización de un cuerpo neutro solamente por el acercamiento con un cuerpo electrizado sin que haya contacto mecánico ni eléctrico; esto se debe a que el cuerpo electrizado previamente genera una región de campo eléctrico alrededor del mismo el cual interactiva y excita a los electrones de la banda de valencia del cuerpo neutro pasándolos al nivel energético de conducción.

Electrificación por Inducción

La carga eléctrica neta de un cuerpo es la suma algebraica de sus cargas positivas y negativas; un cuerpo que tiene cantidades iguales de electricidad positiva y negativa (carga neta cero) se dice que es eléctricamente neutro.

Carga Neta