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La carga eléctrica es la cantidad de electricidad acumulada en un cuerpo.
El átomo es la partícula mas pequeña que puede existir de un elemento o una sustancia.
Los átomos se constituyen por protones, neutrones, electrones y otras partículas mas pequeñas
Los átomos son eléctricamente neutros porque tienen el mismo
numero de protones y de electrones, pero es muy frecuente que un átomo
pierda electrones quedando cargado
positivamente o que gane electrones con carga
eléctrica negativa.
Cuando un átomo o molécula gana o cede electrones recibe el nombre de ion, y será ion
positivo o negativo, respectivamente. Por lo tanto, diremos:
Si un cuerpo pierde electrones adquiere carga positiva. Si un cuerpo gana
electrones adquiere carga negativa.
Benjamín Franklin pensó que todos los
cuerpos contenían una cantidad especifica de
fluido eléctrico que servia para mantenerlos en
un estado sin carga o neutro . Cuando dos
sustancias se frotaban entre si, el supuso que
una acumulaba el exceso de fluido y se
cargaba positivamente en tanto que la otra
perdía fluido y se cargaba negativamente.
Ahora se sabe que lo que las sustancias transfieren no es un
fluido sino cantidades muy pequeñas de electricidad negativa llamadas electrones.
La teoría atómica moderna de la materia sostiene que todas las sustancias están constituidas por átomos y moléculas . Cada átomo tiene un núcleo central cargado positivamente, rodeado por una nube de electrones cargados negativamente. El núcleo consta de cierto numero de protones, cada uno con una sola unidad natural de carga positiva, y (excepto el hidrogeno) uno o mas neutrones.
Como sugiere el nombre un neutron es una partícula
eléctricamente neutra. Normalmente un átomo de
materia esta en un estado neutro o sin carga debido a que contiene en su núcleo de mismo numero de protones que de electrones
que lo rodean.
Si por alguna razón un átomo neutro pierde uno o mas de sus electrones exteriores, el átomo adquiere una
carga positiva neta y se denomina ion positivo.
Un ion negativo es un átomo que ha ganado una o mas cargas (electrones)
adicionales.
Las cargas e léctr icas negativas están en la capa exter ior del
átomo, mientras que las posit ivas se local izan en e l
inter ior .
Al exceso de electrones en un cuerpo se le identifica como carga negativa y al déficit de electrones se le llama carga
positiva.
Hace mas de 2 000 años, los griegos descubrieron que el ámbar
al ser frotado con una tela atrae objetos livianos como plumas,
polvo, trozos de paja, pequeñas semillas, etc.
Se descubrió que dos varillas después de ser frotados se
repelen.
Pero fue casi 2000 años después que William Gilbert , medico de la corte inglesa durante el reinado de Isabel I, fue un excelente experimentalista y reconocido científico. En 1600 publico un tratado sobre el imán (De Magnete). En este, Gilbert explica que el magnetismo de la Tierra se comporta como el de un gran imán esférico.
El cuerpo humano es relativamente un buen conductor de la electricidad , esto fue demostrado por Stephen Gray en el siglo XVIII ya que aisló el cuerpo de un muchacho, colgándolo con
cuerdas de seda, y le acerco a los pies un tubo de vidrio cargado. Las cargas inducidas atravesaron el cuerpo desde los
pies y al, acercar una carga positiva, se produjo una acción inducida, detectada en la cabeza por la deflexión de una lámina
de bronce.
La carga eléctrica de algunos cuerpos fue sugerida por Benjamín Franklin al considerar el
fenómeno entre el vidrio y el ámbar: al ser frotados, el vidrio produciría una carga positiva y el ámbar una carga negativa. La carga eléctrica mas pequeña que se encuentra en la naturaleza es la del electrón o la del protón, esta acumulada en un material y en estos casos esta en reposo,
es decir, no se encuentra fluyendo.
En 1945, E. Georg von Kleit en Alemania ideo la “botella de leyden”; En Holanda, Peter von
Musschenbroek la construye y observa que se puede acumular una
gran carga eléctica en un conductor si se aisla con vidrio o una capa de aire para evitar la perdida de
electricidad.
Así podemos enunciar la ley de Así podemos enunciar la ley de las atracciones y repulsiones o las atracciones y repulsiones o
ley de las cargas:ley de las cargas:
Cargas del mismo signo se repelen, cargas del s igno
contrario se atraen.
La unidad para medir la carga eléctrica en el S.I. Se llama coulomb, en honor del físico francés Charles de Coulomb quien redacto las bases teóricas y experimentales de la
electrostática y el electromagnetismo.
El coulomb equivale a 6.25 x 1018 electrones
Para generar electricidad estática se aprovechan los materiales que no son buenos conductores de
electricidad, tales como: el vidrio, el plástico, el ámbar, la ebonita, la franela, la seda, la lana, el
nylon , el rayón, etc.
Si acercas un peine de plástico o una barra del mismo material que hayan sido frotados en un trozo de
franela, a una bolita de unicel que cuelga de un hilo, se observa que la bolita se acerca al plástico hasta que entran en contacto, pero después se aleja y de ahí en
adelante , al acercar el plástico a la bolita, esta siempre se aleja
Si en lugar del plástico se usa una barra de vidrio que ha sido frotada en la franela, el fenómeno se repite , pero ocurre una cosa curiosa: la bolita es atraída por la barra de vidrio y también por el plástico después de
hacer contacto con la barra de vidrio.
El vidrio se carga positivamente y también atrae a la esfera; pero luego, al ser cargada positivamente, también
la repelara.
La propiedad que adquiere el plástico es diferente de la que adquiere el vidrio. Esa propiedad es la carga
eléctrica; el plástico se carga negativamente, en tanto que el vidrio lo hace positivamente.
El vidrio y el plástico atraen a la bolita, la cual, antes de hacer las pruebas es eléctricamente
neutra, ya que tiene la misma cantidad de carga eléctrica positiva y negativa.
Al acercar el plástico a la bolita, las cargas de esta se separan, acercándose las positivas al
plástico y alejándose las negativas de el.
Al estar mas cerca las cargas positivas, se manifiesta la atracción que existe entre cargas de distinto signo;
cuando se ponen en contacto, la bolita recibe parte de la carga negativa del plástico, quedando ambos con cargas negativas, por lo que de inmediato las cargas provocan
repulsión y alejamiento entre el plástico y la bolita.
La carga electrostática se adquiere por fricción, por contacto y por
inducción.
POR FRICCION: Cuando su superficie se frota con otro material
POR CONTACTO: Un cuerpo se pone en contacto con la superficie de otro cargado
eléctricamente.
POR INDUCCION: Un cuerpo sin carga se aproxima a otro que tiene exceso de carga.
Un pedazo de materia se compone de muchos átomos arreglados de una manera especifica para dicho material. Algunos materiales, principalmente
los metales, tienen gran numero de electrones libres, los cuales pueden moverse por el material. Estos tienen la capacidad de transferir electrones
de un objeto a otro, y se llaman conductores.
Un conductor es un material por el cual puede transferirse carga fácilmente.
La mayor parte de
los metales son buenos conductores.
Un aislador es un material que se resiste al flujo de carga. Ejemplos de buenos aisladores son la ebonita, plástico, mica,
bakelita, azufre y aire seco.
Un semiconductor es un material intermedio en su capacidad para llevar o transportar carga. Ejemplos son silicio, germanio y
arseniuro de galio. La facilidad con la cual un semiconductor transporta carga puede variarse enormemente mediante la adición de impurezas o por un cambio en la temperatura.
El electroscopio es un instrumento que permite determinar la presencia
de cargas eléctricas y su signo.
Un electroscopio sencillo consiste en una varilla metálica vertical que
tiene una bolita en la parte superior y en el extremo opuesto dos láminas
de oro muy delgadas. La varilla está sostenida en la parte superior de una
caja de vidrio transparente con un armazón de metal en contacto con
tierra.
Si un electroscopio se encuentra con carga negativa, tiende a acercarse a un conductor
neutro, los electrones se alejan hacia el extremo opuesto al de las cargas positivas
que se orientan hacia el electroscopio cargado.
El efecto de la polarización de las cargas en el conductor termina al retirar el cuerpo cargado.
Pero si se toca el cuerpo cuando esta polarizado, parte de las cargas se transmiten y
así queda cargado.
Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electrifica y las laminillas cargadas con
igual signo que el objeto se repelen, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga
que han recibido. La fuerza de repulsión electrostática se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera, las
láminas, al perder la polarización, vuelven a su posición normal.
CARGA DE UN ELECTROSCOPIO POR CONTACTO
a) Barra cargada negativamente
b) Barra cargada positivamente
Un electroscopio cargado pierde gradualmente su carga debido a la
conductividad eléctrica del aire producida por su contenido en iones.
Por ello la velocidad con la que se carga un electroscopio en presencia de un campo eléctrico o se descarga
puede ser utilizada para medir la densidad de iones en el aire ambiente.
Por este motivo, el electroscopio se puede utilizar para medir la radiación de fondo en presencia de materiales
radiactivos.
El primer electroscopio fue creado por el médico
inglés William Gilbert para realizar sus experimentos
con cargas electrostáticas.
Actualmente este instrumento no es más que una curiosidad de museo, dando paso a mejores instrumentos
electrónicos.
Consta de una laminilla muy delgada de oro o de estaño, unida
a la barra conductora. Tanto la barra como la laminilla están
protegidas de las corrientes de aire por medio de una cubierta de
vidrio. La barra se ajusta por medio de una barra cilíndrica de ebonita o
ámbar. Cuando se suministra cierta carga al botón o terminal del electroscopio, la repulsión entre las cargas de igual signo, son la causa
de que se separa la laminilla.
La electrostática se encarga solamente de
cargas eléctricas en reposo (estáticas) y de los efectos de atracción y repulsión
entre ellas. Todas las sustancias que al frotarse se cargan son aisladoras.
La interacción eléctrica se manifiesta en la realización y
acción que hay entre las cargas eléctricas que tienen o adquieren
los cuerpos, observándose atracciones o repulsiones de
acuerdo a las cargas que estén presentes.
Se llama inducción a la acción a distancia de un
cuerpo cargado sobre otro que no lo esta. En la
maquina de inducción se suministra una carga a una
sección del aparato y esta se mueve cerca de otra sección
en la que se induce una carga.
La carga así inducida puede almacenarse y ser trasladada, y la carga originales puede utilizar de
nuevo para volver a inducir otras cargas.La maquina mas conocida de inducción es la de
wimshurst, inventada por james wimshursten 1878.
Nació en 1706 en la ciudad de Boston y murió en Filadelfia en 1790.
Fue un estadista y científico que favoreció la creación de diversos medios de prensa escrita.
En el campo científico realizo en 1752 el famoso experimento de la cometa y la llave que seria la base
de pararrayos, al descubrir la existencia de cargas eléctricas en las nubes de tormenta.
Desarrollo el descubrimiento realizado por el físico francés de Fay sobre la existencia de dos clases de electricidad, y afirmo que todos los cuerpos poseen
normalmente cierta cantidad de fluido eléctrico.
Sentó las bases para el correcto enunciado del principio de conservación de la carga eléctrica.
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