CARGA ELÉCTRICA

Allá por año 600 A.C, los griegos descubrieron que al frotar el ámbar con un trozo de lana, el ámbar atraía a otros objetos, pero en la actualidad al hacer este experimento decimos que el ámbar a adquirido una carga eléctrica neta, o simplemente se ha cargado, así como este ejemplo existen un sin número de casos como: al pasar un peine por su cabello seco, este se carga eléctricamente y atrae a pequeños papeles. La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de la materia y que se presenta de dos tipos: cargas positivas y cargas negativas. Cuando las cargas del mismo tipo se encuentran, se repelen (a) y (b) y cuando son diferentes se atraen (c). Positivas (+), protones Negativas (-), electrones

La carga eléctrica mide cuantos electrones le sobran o le faltan a un cuerpo, si le faltan decimos que tiene carga positiva y si le sobran decimos que tiene carga negativa. En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina coulomb (símbolo C), un coulomb corresponde a 6,24 × 1018 electrones y la carga del electrón es -1.6 x10-19 culombios. La electrización de un cuerpo se consigue

extrayendo del mismo las cargas de un signo y

dejando en él las

de signo

contrario. En tal

caso, el cuerpo

adquiere una

carga

eléctrica, ya sea positiva o negativa.

Propiedades de las cargas eléctricas

1. La carga eléctrica se conserva ya que no puede ser ni creada ni destruida. Esto indica que cuando, por ejemplo se carga eléctricamente un cuerpo por fricción o frotamiento, el otro cuerpo que participa de ese proceso queda cargado también, pero con la carga de naturaleza distinta. Por otro lado la carga eléctrica es un invariante relativista lo que indica que para todos los observadores, independientemente de su estado de movimiento con respecto a la partícula cargada, el valor medido de la carga será el mismo.

2. La naturaleza de la carga eléctrica: la positiva y la negativa, conociéndose las situaciones posibles sobre que partículas cargadas con cargas de igual naturaleza se repelen y las cargas con naturaleza distinta se atraen.

3. Tiene un carácter discreto, no existe valor menor que el de la carga del electrón o la del protón y todos los cuerpos tendrán una carga que es igual a un número entero de una de esas unidades de forma que si se trata de un número entero de la carga del electrón, sería que en cuerpo esté cargado negativamente y en caso que se trate de un número entero de cargas del protón el cuerpo estaría cargado positivamente.

Formas de cargar un cuerpo A.-Carga por fricción Aquí se transfieren electrones por la fricción del contacto de un material con el otro. La fuerza que retiene a los electrones exteriores en el átomo varia de una sustancia a otra. Por ejemplo los electrones son retenidos con mayor fuerza en el caucho que en

2

la

piel de gato y si se frota una barra de aquel material contra la piel de un gato, se transfieren los electrones de este al caucho. Por consiguiente la barra queda con un exceso de electrones y se carga negativamente. A su vez, la piel queda con una deficiencia de electrones y adquiere una carga positiva. Si se frota una barra de vidrio o plástico contra un trozo de seda, se desplaza electrones de la barra hacia la seda.

B.-Carga por contacto En muchos casos se puede transferir electrones de un material a otro por simple contacto. En la figura se representa un electroscopio descargado (en estado neutro). Al acercarle una varilla cargada positivamente tal como se indica en b), los electrones del electroscopio son atraídos hacia su esferita por la carga positiva de la varilla con lo cual se produce en las laminillas, un déficit de electrones, es decir se cargan positivamente, produciéndose de esta manera la separación de las laminillas. Si ahora se toca la esferilla con la varilla los electrones atraídos hacia la esferilla pasarán a la varilla donde neutralizarán algunas cargas positivas de ellas tal como se indica en c). Finalmente al retirar la varilla el electroscopio quedará cargado positivamente por haber perdido electrones; en cambio la varilla quedará con menos carga positiva que al principio (a).

C.-

Carga por inducción Cuando un campo eléctrico es acercado a un cuerpo neutro, este adquiere una carga del mismo signo que la del campo eléctrico; si se mantiene el campo eléctrico cerca del cuerpo llegara un momento en que estos se rechacen, pues ambos tendrán carga eléctrica del mismo signo.

D.-Carga por el efecto fotoeléctrico Es un efecto de formación y liberación de partículas eléctricamente cargadas que se produce en la materia cuando es irradiada con luz u otra radiación electromagnética. En el efecto fotoeléctrico externo se liberan electrones en la superficie de un conductor metálico al absorber energía de la luz que incide sobre dicha superficie. Este efecto se emplea en la célula fotoeléctrica, donde los electrones liberados por un polo de la célula, el fotocátodo, se mueven hacia el otro polo, el ánodo, bajo la influencia de un campo eléctrico. E.-Carga por electrolisis La mayoría de los compuestos inorgánicos y algunos de los orgánicos se ionizan al fundirse o cuando se disuelven en agua u otros líquidos; es decir, sus moléculas se disocian en especies químicas cargadas positiva y negativamente Si se coloca un par de electrodos en una disolución de un electrolito (compuesto ionizable) y se conecta una fuente de corriente continua entre ellos, los iones positivos de la disolución se mueven hacia el electrodo negativo y los iones negativos hacia el positivo. Al llegar a los electrodos, los iones pueden ganar o perder electrones y transformarse en átomos neutros o moléculas; la naturaleza de las reacciones del electrodo depende de la diferencia de potencial o voltaje aplicado.

3

Conservación de la carga Como se comento anteriormente los protones y los electrones tienen carga eléctrica, así que si hablamos de un átomo neutro, este tiene la misma cantidad de electrones y protones, es decir que la carga positiva total compensa la carga total negativa. El átomo tiene una carga positiva de mas (1 protón) respecto a la carga negativa (los electrones) y decimos que está cargado negativamente. Un átomo con carga recibe el nombre de ion, si la raga es positiva (perdió electrones) será un ion positivo, en cambio si es carga negativa (gano electrones) entonces será u ion negativo. Esto se puede resumir en: Todo objeto cuyo número de electrones sea distinto al de protones tiene carga eléctrica. Si tiene más electrones que protones, la carga es negativa. Si tiene menos electrones que protones, la carga es positiva. Por tanto los electrones no se crean ni se destruyen, sino que simplemente se transfieren de un material a otro, es decir la carga se conserva

“El hombre encuentra a Dios

detrás de cada puerta que la

ciencia logra abrir”

A. Einstein

SEMINARIO DE PROBLEMAS

NIVEL I:

1. ¿Cuál es la unidad elemental de carga eléctrica? 2. ¿que es la electricidad estatica? 3. ¿Cómo se comportan las cargas del mismo signo y las de signo contrario?

4

4. ¿Cuál es la diferencia entre un ion negativo y un ion positivo? 5. ¿Cómo se define la unidad de carga eléctrica en el sistema MKS? 6. Algunos de los electrones libres de un buen conductor (como el cobre) se mueven muy

rápidamente a velocidades de 1000000m/s ¿Por qué no abandonan por completo esos electrones el conductor?

7. ¿Qué tiene más masa: un protón o un electrón? 8. Los electrones libres de un metal tienen masa y por tanto, pesan, y son atraídos

gravitacionalmente hacia la tierra. ¿porque entonces no se depositan todos en el fondo del conductor, como lo hace el sedimento en el fondo de un río?

9. ¿Cuál de estas fuerzas puede ser de repulsión y de atracción? 10. Las fuerzas gravitacionales dependen de la propiedad que llamamos masa ¿Qué propiedad

comparable subyace a las fuerzas eléctricas? 11. ¿Cuál es la diferencia entre protones y electrones en cuanto a carga?

12. Cómpo se produce una carga inducida?

13. Cómo se produce una carga por fricción?

NIVEL II: 14. ¿Qué significa que la carga se conserva?

15. ¿Por qué la fuerza de gravedad, es más débil, predomina sobre las fuerzas eléctricas en los

objetos astronómicos? 16. ¿Por qué predomina las fuerzas eléctricas entre los átomos que están muy próximos entre si? 17. ¿Cuál es la diferencia entre un buen conductor y un buen aislante?

5

18. ¿Qué es un rayo y como se da en la naturaleza? 19. ¿Qué función desempeña el pararrayos? 20. Las fuerzas eléctricas que se ejercen entre las cargas son enormes en comparación con las

fuerzas gravitacionales, sin embargo normalmente no percibimos fuerzas eléctricas entre nosotros y nuestro entorno, pero si sentimos nuestra interacción gravitacional con la tierra. ¿a que se debe esto?

21. Si una barra de vidrio que se ha frotado con una bolsa seca de plástico adquiere cierta carga,

¿Por qué tiene la bolsa exactamente la misma cantidad de carga de signo opuesto? 22. Los cinco trillones de electrones que se mueven libremente en una moneda pequeña se repelen

mutuamente. ¿Por qué no salen despedidos de la moneda?

23. Si al pasar el peine quitas electrones a tu cabello, ¿quedas tu con carga positiva o negativa? ¿ y el peine?.

24. Un objeto puntiagudo es cargado eléctricamente por medio de un generador electrostático. Si este objeto esta próximo a la llama

de una vela encendida se puede observar que ésta se desvía.Como explica este fenómeno?

25. Dos cargas eléctricas -q y +q están fijas en los puntos A y B , conforme a la figura. Una tercera carga positiva Q es abandonada en un punto de la recta AB. Se puede afirmar que la carga Q :

6

26. Un cupero esférico conductor A , de peso P , electrizada positivamente , está sujeta por un hilo aislante que pasa por una roldana . La esfera A se aproxima, con una velocidad constante, a una esfera B idéntica a la anterior, pero neutra y aislada. La esfera A toca a la B y , en seguida, es tirada hacia arriba , con velocidad constante también . Cuando A pasa por el punto M , la tracción en el hilo es T1 , en el descenso, y T2 , en el ascenso. Se puede afirmar que T1<T2<P?

27. Una aspa de tres brazos ubicada sobre un soporte que le permite girar, se carga eléctricamente por

medio de un generador electrostático. Se puede observar que el aspa gira en sentido contrario a la

dirección de las puntas de cada brazo.

28. Quién construyo la primera maquina para generar cargas estàticas y cual es el fundamento de su

funcionamiento?

29. Defina que es un generador electrostático y mencione cuatro ejemplos y el principio de funcionamiento

de cada generador.

7

Inventor australiano usando un traje aislante de fabricación propia, La corriente eléctrica tiene un voltaje de

500.000 voltios pasara por su cuerpo. “pensador” electrizado