electrostatica

La electrostática es la rama de la Física que analiza los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en equilibrio. La carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.

Image (binary/octet-stream)

Electrostática: Cargas eléctricas.

Caption: : Bola de plasma de 6 pulgadas.

Términos para tener en cuenta...

Para empezar a hablar de electrostática y cargas eléctricas, debemos tener en cuenta ocho términos esenciales en este tema: 1. La electricidad. 2. La electrización. 3. Cargas eléctricas. 4. Conservación de carga. 5. Conductores y aislantes. 6. Carga por contacto y carga por inducción. 7. Polarización de la carga. 8. Fuerza entre cargas. 8.1. La ley de Coulomb. 8.2. La fuerza eléctrica de otros materiales. 

Hqdefault (image/jpeg)

La electricidad

La Electricidad es una propiedad física de la materia. Consiste en aquella interacción negativa o positiva existente entre los protónes y los electrones de la materia. El origen etimológico de la palabra es Griego, quienes la estudiaron en esta civilización la llamaron “Ámbar” por el color tan versátil y luminoso que presentaba, sin embargo el término fue introducido en la sociedad científica por primera vez por el científico inglés William Gilberten el Siglo XVI para describir el fenómeno de interacción de energía entre partículas.

Electricidad Mano 172046 (image/jpeg)

La electrización

Cuando a un cuerpo se le dota de propiedades eléctricas, es decir, adquiere cargas eléctricas, se dice que ha sido electrizado.  La electrización es uno de los fenómenos que estudia la electrostática. Para explicar como se origina la electricidad estática, hemos de considerar que la materia está hecha de átomos, y los átomos de partículas cargadas, un núcleo rodeado de una nube de electrones. Normalmente, la materia es neutra (no electrizada), tiene el mismo número des cargas positivas y negativas.  Algunos átomos tienen más facilidad para perder sus electrones que otros. Si un material tiende a perder algunos de sus electrones cuando entra en contacto con otro, se dice que es más positivo en la serie Triboeléctrica. Si un material tiende a capturar electrones cuando entra en contacto con otro material, dicho material es más negativo en la serie triboeléctrica. Algunas formas de electrización son: electrización por contacto, electrización por frotamiento, electrización por inducción.  

Electrizacion 4 638 (image/jpeg)

Cargas eléctricas

6a0120a80c0c5a970b01b8d1934eb8970c Pi (image/png)

La Carga Eléctrica es aquella propiedad de determinadas partículas subatómicas que se produce cuando se relacionan unas con otras, esta interacción es electromagnética y se hace con las cargas positivas y negativas de la partícula. Cualquier elemento considerado materia tiene un conjunto de cargas, positivas, negativas y fraccionadas (Quarks), existe un movimiento de las partículas que contiene este elemento y genera a su vez un campo electromagnético que interactúa con su entorno, lo que lo rodea también tiene electromagnetismo por lo que la interacción entre campos es constante. La Carga Eléctrica es una unidad del Sistema Internacional de Unidades, se define como: “La cantidad de carga que pasa por la sección transversal de un determinado conductor eléctrico durante el lapso de un segundo y cuando la corriente eléctrica es de un amperio.”    

Conservación de carga

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.Los electrones no se crean ni se destruyen , sino que simplemente se transfieren de un material a otro. Cuando un cuerpo es electrizado por otro, la cantidad de electricidad que recibe uno de los cuerpos es igual a la que cede el otro. La carga se conserva. En todo proceso, ya sea en gran escala o en el nivel atómico y nuclear, se aplica el concepto de conservación de la carga. Jamás se ha observado caso alguno de creación o destrucción de carga neta. La conservación de la carga es una de las piedras angulares de la física, a la par con la conservación de la energía de la cantidad de movimiento. Todo objeto con carga eléctrica tiene un exceso o una deficiencia de cierto número entero de electrones: los electrones no se pueden dividir en fracciones. Esto significa que la carga del objeto es un múltiplo entero de la carga del electrón. El objeto no puede poseer una carga igual a 1.5 o a 1000.5 electrones.

Image014 (image/jpeg)

Caption: : Todos los objetos cargados que se han observado hasta ahora tienen una carga que es un múltiplo entero de la carga de un solo electrón.

Conductores y Aislantes

Conductores Semiconductores Y Aislantes (image/jpeg)

Todos los cuerpos presentan esta característica, que es propia de las partículas que lo forman, pero algunos la trasmiten mejor que otros. Los cuerpos, según su capacidad de trasmisión de la corriente eléctrica, son clasificados en conductores y aisladores. Conductores son los que dejan traspasar a través de ellos la electricidad. Entre éstos tenemos a los metales como el cobre. En general, los metales son conductores de la electricidad. Aisladores o malos conductores , son los que no permiten el paso de la corriente eléctrica, ejemplo: madera, plástico, etc. La pila es un sistema que transforma la energía química en energía eléctrica. En el interior de la pila se está produciendo una reacción química entre el cinc (metal) y un ácido, que genera el flujo de electricidad. Para saber si algún elemento no identificado, metal u otro que no se sepa su procedencia, es conductor o no, o si tiene electricidad o no, jamás debe hacerse al tacto de las manos. Para ello hay instrumentos especiales.

Carga por contacto y por inducción

CARGA POR CONTACTO: La carga por contacto se produce si se toca un cuerpo con otro cargado eléctricamente. Cuando esto ocurre se produce un paso de electrones de un cuerpo al otro, con lo cual se electriza. Por ejemplo, si se suspende una pequeña esfera conductora neutra de un hilo y se le acerca una barra cargada eléctricamente hasta establecer contacto momentáneo, se observa que entre la esfera y la barra hay fuerza de repulsión, lo cual nos permita concluir que la esfera ha sido cargada con el mismo tipo de carga que la barra.. CARGA POR INDUCCIÓN: La carga por inducción consiste en acercar un objeto cargado a otro en el cual se puede presentar una redistribución de cargas; de esta manera, cuando obtenemos, por ejemplo en una esfera, que se concentren cargas positivas, basta con aislar eléctricamente la misma para que esta conserve la carga que inducimos en ella. Nota que para cargar un objeto por inducción no se requiere que haya contacto con el cuerpo inicialmente cargado.

Image (binary/octet-stream)

Polarización de la carga

 La inducción no se limita a los conductores, cuando acercamos una barra cargada a un aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante; lo que ocurre es un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios átomos y moléculas. Por inducción un lado del átomo o molécula se hace ligeramente mas positivo o negativo que el lado opuesto por lo que decimos que el átomo está eléctricamente polarizado. Si, por ejemplo, la barra es negativa, entonces el lado positivo del átomo o molécula se orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en sentido contrario. Se presenta el fenómeno de polarización cuando trozos de papel neutros son atraídos por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared.  

Polarizacion2 (image/jpeg)

Fuerza entre cargas

La materia es esencialmente eléctrica, pues está constituida por átomos y éstos poseen cargas negativas y positivas. Normalmente los objetos que nos rodean se encuentran eléctricamente neutros debido a que dichas cargas se encuentran en igual cantidad. Sin embargo, cuando frotamos dos objetos este equilibrio se rompe y los fenómenos eléctricos se manifiestan como atracciones, repulsiones y flujo de corriente en forma de chispas. Posiblemente conoces muchos casos en que la electricidad estática está presente. Si cuelgas diferentes objetos, tales como papel, plástico o vidrio, según se ilustra en la figura 1, al acercarles una peineta o un tubo de PVC que ha sido previamente frotado con lana o con tu pelo, podrás poner en evidencia las fuerzas eléctricas. Si solo acercas el objeto electrizado a las varillas colgantes, verás atracciones. Si con el cuerpo electrizado electrizas algunos de los cuerpos colgantes, al acercarlo nuevamente, verás repulsiones.

Fig 01 (image/jpeg)

Ley de Coulomb

Mediante una balanza de torsión, Coulomb encontró que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales (cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables comparadas con la distancia r que las separa) es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.   El valor de la constante de proporcionalidad depende de las unidades en las que se exprese F, q, q’ y r. En el Sistema Internacional de Unidades de Medida vale 9·109 Nm2/C2.  

Image (binary/octet-stream)

Fin.

        GRACIAS POR LA ATENCIÓN