Carga eléctrica

Indice
1.
Estructura de la
materia.
2. Ley De Coulomb
3. Fuerza de atracción
entre los cuerpos

5. Formas de cargar un
cuerpo
6.
Carga Electrica

1. Estructura de
la materia.

1. Estructura atómica de la materia. QUÉ
es la materia? Según el diccionario,
es "aquello que constituye la sustancia del universo
físico". La Tierra, los
mares, la brisa, el Sol, las
estrellas, todo lo que el hombre
contempla, toca o siente, es materia. También lo es el
hombre mismo.
La palabra materia deriva del latín mater, madre. La
materia puede ser tan dura como el acero, tan
adaptable como el agua, tan
informe como el
oxígeno
del aire. A
diferentes temperaturas puede presentar diferentes fases, pero
cualquiera que sea su forma, está constituida por las
mismas entidades básicas, los átomos.
Las radiaciones ionizantes y sus efectos también son
procesos
atómicos o nucleares.
2.- Indica cual es la partícula portadora de cada clase de
carga eléctrica:
a.- Carga positiva: PROTONES b.- Carga negativa: ELECTRONES
3.- ¿Qué es un electrón libre?
Electrón, tipo de partícula elemental de carga
negativa que forma parte de la familia de
los leptones y que, junto con los protones y los neutrones, forma
los átomos y las moléculas. Los electrones
están presentes en todos los átomos y cuando son
arrancados del átomo se
llaman electrones libres.
4. Explica cómo una átomo puede carga
eléctrica positiva o negativa.
Un átomo eléctricamente neutro tiene el mismo
número de protones que de electrones. Todo cuerpo material
contiene gran número de átomos y su carga global es
nula salvo si ha perdido o captado electrones, en cuyo caso posee
carga neta positiva o negativa, respectivamente. Sin embargo, un
cuerpo, aunque eléctricamente neutro, puede tener cargas
eléctricas positivas en ciertas zonas y cargas positivas
en otras.
En todo proceso,
físico o químico, la carga total de un sistema de
partículas se conserva. Es lo que se conoce como principio
de conservación de la carga.
Las cargas eléctricas del mismo tipo interaccionan
repeliéndose y las cargas de distinto tipo interaccionan
atrayéndose. La magnitud de esta interacción viene
dada por la ley de
Coulomb.
5.a.- Conductor eléctrico, cualquier material que ofrezca
poca resistencia al
flujo de electricidad.
5.b.- Aislante, cualquier material que conduce mal el calor o la
electricidad y que se emplea para suprimir su flujo.
5.c.- Electrolitos: Desde el punto de vista Fisicoquímico
los conductores más importantes son los del tipo
electrolíticos, es decir los electrolitos; estos se
distinguen de los conductores electrónicos, como los
metales por el
hecho de que el paso de una corriente
eléctrica va acompañada por el transporte de
materia.
Cuando pasa una corriente eléctrica a través de un
conductor electrolito, el transporte de materia se manifiesta en
las discontinuidades del sistema. Por ej., si en una
disolución acuosa diluida en un ácido se sumergen
dos alambres, preferentemente de platino, unidos a los 2 polos de
una batería voltaica que actúa como fuente de
corriente, se desprenden en los alambres burbujas de hidrogeno y
oxigeno
respectivamente, si la disolución electrolítica
contuviera una sal de cobre o plata
se liberaría el metal correspondiente en lugar de
hidrogeno. Los fenómenos asociados con la electrólisis fueron estudiados por Faraday
y la nomenclatura que
utilizó y que se emplea todavía fue ideada por
Whewell.
5.d.- Semiconductor, material sólido o líquido
capaz de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero
peor que un metal. La conductividad eléctrica, que es la
capacidad de conducir la corriente eléctrica cuando se
aplica una diferencia de potencial, es una de las propiedades
físicas más importantes. Ciertos metales, como el
cobre, la plata y el aluminio son
excelentes conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el
diamante o el vidrio son muy
malos conductores. A temperaturas muy bajas, los semiconductores
puros se comportan como aislantes. Sometidos a altas
temperaturas, mezclados con impurezas o en presencia de luz, la
conductividad de los semiconductores puede aumentar de forma
espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los
metales. Las propiedades de los semiconductores se estudian en la
física del
estado
sólido.

Interacciones electricas
1. ¿Cómo interactúan dos cuerpos que tenga
carga eléctrica de igual signo?
Se repelen
2.- ¿ Cómo interactúan dos cuerpos que tenga
carga eléctrica de signos contrarios?
Se atraen
3.- ¿Cómo se manifiesta la interacción entre
dos cuerpos eléctricamente cargados?
Existe movimiento de
electrones

2. Ley De
Coulomb

1.- Ley de Coulomb.
Una manifestación habitual de la electricidad es la
fuerza de
atracción o repulsión entre dos cuerpos
estacionarios que, de acuerdo con el principio de acción y
reacción, ejercen la misma fuerza eléctrica uno
sobre otro. La carga eléctrica de cada cuerpo puede
medirse en culombios. La fuerza entre dos partículas con
cargas q1 y q2 puede calcularse a partir de
la ley de Coulomb
Según la cual la fuerza es proporcional al producto de
las cargas dividido entre el cuadrado de la distancia que las
separa. La constante de proporcionalidad K depende del medio que
rodea a las cargas.
2.- Expresión matemática. La 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 9·10-9
Nm2/C2.
4. Compara la ley de de Coulomb con la ley de gravitación
universal.
Obsérvese que la ley de Coulomb tiene la misma forma
funcional que la ley de la Gravitación
Universal

3. Fuerza de
atracción entre los cuerpos

La interacción entre dos cuerpos de masa M y m se
describe en término de una fuerza atractiva, cuya dirección es la recta que pasa por el
centro de los dos cuerpos y cuyo módulo viene dado por la
expresión
G es la constante de la gravitación universal
G=6.67·10-11 Nm2/kg2, y r
es la distancia entre los centros de los cuerpos

Fuerza central
La fuerza de atracción entre un planeta y el Sol es
central y conservativa. La fuerza de repulsión entre una
partícula alfa y un núcleo es también
central y conservativa. En este apartado estudiaremos la primera,
dejando para más adelante la segunda, en el estudio del
fenómeno de la dispersión, que tanta importancia
tuvo en el descubrimiento de la estructura atómica.
Una fuerza es central, cuando el vector posición
r es paralelo al vector fuerza
F. El momento de la fuerza
M=r F=0  y de la
relación entre le momento de las fuerzas que actúa
sobre una partícula y el momento angular, (Teorema del
momento angular) se concluye que El momento angular permanece
constante en módulo, dirección y sentido.
El momento angular L de una partícula es
el vector producto vectorial
L=rmv,
perpendicular al plano determinado por el vector posición
r y el vector velocidad
v. Como el vector L permanece
constante en dirección, r y
v estarán en un plano perpendicular
a la dirección fija de L.
De aquí, se concluye que la trayectoria del móvil
estará contenida en un plano perpendicular al vector
momento angular L

Fuerza conservativa
Supongamos que una partícula de masa m se mueve desde la
posición A hasta la posición B en las proximidades
de un
cuerpo fijo de masa M.
Vamos a calcular el trabajo
realizado por la fuerza de atracción F.
El trabajo infinitesimal es el producto escalar del vector fuerza
F por el vector desplazamiento dl, tangente a la
trayectoria.
dW=F·dl=F·dl·cos(180-θ)=-F·dl·cosθ=-F·dr.

donde dr es el desplazamiento infinitesimal de la
partνcula en la dirección radial.
Para calcular el trabajo total, integramos entre la
posición inicial A, distante rA del centro de
fuerzas y la posición final B, distante rB del
centro fijo de fuerzas.
El trabajo W no depende del camino seguido por la
partícula para ir desde la posición A a la
posición B. La fuerza de atracción F, que ejerce el
cuerpo fijo de masa M sobre la partícula de masa m es
conservativa.  La fórmula de la energía
potencial es
El nivel cero de energía potencial se ha establecido en el
infinito, para r=∞, Ep=0
El hecho de que la fuerza de atracción sea conservativa,
implica que la energía total (cinética más
potencial) de la partícula es constante, en cualquier
punto de la trayectoria.

Ecuación de la trayectoria

Así, una elipse se define en geometría
como el tipo de cónica cuya excentricidad es menor que la
unidad. Para que una partícula sometida a una fuerza
central, atractiva, inversamente proporcional al cuadrado de las
distancias al centro de fuerzas, describa dicha trayectoria tiene
que tener una energía total negativa
(E<0).
Volviendo a la geometría de la elipse en la primera ley de
Kepler, la posición más cercana al foco
r1 se obtiene cuando =0 y la posición
más alejada r2 se obtiene cuando
=. Es decir, Los semiejes a y b de la elipse
valen

Periodo
Se denomina periodo al tiempo que tarda
el móvil en dar una vuelta completa. En el applet que
estudia la segunda ley de Kepler y en la figura vemos que el
radio vector
que une el Sol con el planeta barre en el intervalo de tiempo
comprendido entre t y t+dt el área de color rojo de
forma triangular.

Integrando la ecuación del momento angular
expresado en coordenadas polares
La primera integral es el área total de la elipse
ab, que es igual a la suma de las áreas de todos
triángulos infinitesimales. La integral del segundo
miembro es el periodo P del planeta, por tanto
Esta ecuación se puede transformar para obtener la
relación entre el periodo de la órbita de un
planeta P y el semieje mayor de la elipse a, denominada tercera
ley de Kepler.

4. ¿Cómo se
define un campo
eléctrico?

El concepto
físico de campo
Las cargas eléctricas no precisan de ningún medio
material para ejercer su influencia sobre otras, de ahí
que las fuerzas eléctricas sean consideradas fuerzas de
acción a distancia. Cuando en la naturaleza se da
una situación de este estilo, se recurre a la idea de
campo para facilitar la descripción en términos
físicos de la influencia que uno o más cuerpos
ejercen sobre el espacio que les rodea.
La noción física de campo se corresponde con la de
un espacio dotado de propiedades medibles. En el caso de que se
trate de un campo de fuerzas éste viene a ser aquella
región del espacio en donde se dejan sentir los efectos de
fuerzas a distancia. Así, la influencia gravitatoria sobre
el espacio que rodea la Tierra se hace
visible cuando en cualquiera de sus puntos se sitúa, a
modo de detector, un cuerpo de prueba y se mide su peso, es
decir, la fuerza con que la Tierra lo atrae. Dicha influencia
gravitatoria se conoce como campo gravitatorio terrestre. De un
modo análogo la física introduce la noción
de campo
magnético y también la de campo
eléctrico o electrostático.

El campo eléctrico
El campo eléctrico asociado a una carga aislada o a un
conjunto de cargas es aquella región del espacio en donde
se dejan sentir sus efectos. Así, si en un punto
cualquiera del espacio en donde está definido un campo
eléctrico se coloca una carga de prueba o carga testigo,
se observará la aparición de fuerzas
eléctricas, es decir, de atracciones o de repulsiones
sobre ella.

1. ¿Cómo se define el vector intensidad de
   campo eléctrico?

2. La fuerza eléctrica que en un punto
   cualquiera del campo se ejerce sobre la carga unidad
   positiva, tomada como elemento de comparación, recibe
   el nombre de intensidad del campo eléctrico y se
   representa por la letra E. Por tratarse de una fuerza la
   intensidad del campo eléctrico es una magnitud
   vectorial que viene definida por su módulo E y por su
   dirección y sentido. En lo que sigue se
   considerarán por separado ambos aspectos del campo
   E.

3. ¿Cuál es su expresión
   matemática?

La expresión del módulo de la intensidad
de campo E puede obtenerse fácilmente para el caso
sencillo del campo eléctrico creado por una carga puntual
Q sin más que combinar la ley de Coulomb con la
definición de E. La fuerza que Q ejercería sobre
una carga unidad positiva 1+ en un punto genérico P
distante r de la carga central Q viene dada, de acuerdo con la
ley de Coulomb, pero aquélla es precisamente la
definición de E y, por tanto, ésta será
también su expresión matemática
Puesto que se trata de una fuerza electrostática estará aplicada en P,
dirigida a lo largo de la recta que une la carga central Q y el
punto genérico P, en donde se sitúa la carga
unidad, y su sentido será atractivo o repulsivo
según Q sea negativa o positiva respectivamente.
Si la carga testigo es distinta de la unidad, es posible no
obstante determinar el valor de la fuerza por unidad de carga en
la forma:
Donde F es la fuerza calculada mediante la ley de Coulomb entre
la carga central Q y la carga de prueba o testigo q empleada como
elemento detector del campo. Es decir:
E=KQq/rª /=KQ/rª
expresión idéntica a la (9.2).
A partir del valor de E debido a Q en un punto P y de la carga q
situada en él, es posible determinar la fuerza F en la
forma
F = q · E (9.4)
Expresión que indica que la fuerza entre Q y q es igual a
q veces el valor de la intensidad de campo E en el punto P.
Esta forma de describir las fuerzas del campo y su
variación con la posición hace más sencillos
los cálculos, particularmente cuando se ha de trabajar con
campos debidos a muchas cargas.
La unidad de intensidad de campo E es el cociente entre la unidad
de fuerza y la unidad de carga; en el SI equivale, por tanto, al
newton
(N)/coulomb (C).

5. Formas de cargar un
cuerpo

1. Explica brevemente los siguientes procesos para
   cargar un cuerpo:

A.- Electrizacion Por Contacto
Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro
previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo
de carga, es decir, si toco un cuerpo neutro con otro con carga
positiva, el primero también queda con carga
positiva.

B.- Electrizacion Por Frotamiento
Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros
(número de electrones = número de protones), ambos
se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga
negativa.
Si frotas una barra de vidrio con un paño de seda, hay un
traspaso de electrones del vidrio a la seda.
Si frotas un lápiz de pasta con un paño de lana,
hay un traspaso de electrones del paño a al
lápiz.

C.- Electrizacion Por Inducción
 Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro
cuerpo que está neutro. Cuando acercamos un cuerpo
electrizado a un cuerpo neutro, se establece una
interacción eléctrica entre las cargas del primero
y el cuerpo neutro.
Como resultado de esta relación, la redistribución
inicial se ve alterada: las cargas con signo opuesto a la carga
del cuerpo electrizado se acercan a éste.
En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta
inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas
está cargado positivamente y en otras negativamente
Decimos entonces que aparecen cargas eléctricas inducidas.
Entonces el cuerpo electrizado induce una carga con signo
contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.

2.- Explica en términos de movimiento de
electrones lo que ocurre cuando:
A.- Un objeto con carga positiva se conecta a tierra:
Existe un flujo de electrones de tierra hasta la carga, carga
neutra.
B.- Una esfera con carga negativa se pone en contacto con una
neutra:
Existe un flujo de electrones de la carga hacia tierra.
C.- Una barra con carga positiva se acerca a una placa
metálica neutra y aislada:
Se atraen los cuerpos.

6. Carga
Electrica

1. A.- La carga está cuantizada: la carga de un
   cuerpo cargado siempre es un múltiplo entero de una
   carga elemental que corresponde a la carga del
   electrón. Es decir:
   Donde
   q = carga eléctrica
   n = número entero
   e- = electrón
   Los electrones pueden desplazarse a través de ciertos
   cuerpos que reciben el nombre de conductores.
   B.- La carga se conserva: al electrizar un cuerpo no se
   está creando carga, sólo se transmite carga
   (electrones) de un cuerpo a otro. La carga total siempre la
   permanece constante.
   2. ¿Cómo se define la unidad de carga
   eléctrica en el sistema MKS?

   En amperios
   3. ¿Cuál es la unidad elemental de carga
   eléctrica?
   La unidad con la cual se mide la carga eléctrica es el
   coulomb (C), en honor a Charles Coulomb. Corresponde a la
   siguiente carga:

   1 Coulomb = 6,25×10 18 electrones

   de donde podemos decir que la carga del
   electrón es igual a
   Para cargas más pequeñas se usan los
   submúltiplos:
   1 coulomb = 3×10 9 stat-coulomb (stc)
   1 milicoulomb = 1mC = 0,001 C = 1×10 –3 C
   1 microcoulomb = 1?C = 0,000001 C = 1×10 – 6
   C

2. Explica brevemente las siguientes propiedades de la
   carga eléctrica:
3. Investiga los valores
   y completa la siguiente tabla:

Autor:

Veleriro