Por medio de la siguiente actividad, recordaremos algunos conceptos de mucha importancia en relación de las cargas eléctricas.
¿Qué es la electrostática?La electrostática es una rama de la física que estudia los efectos producidos en los cuerpos como consecuencia de sus cargas eléctricas, o lo que es lo mismo, el comportamiento de las cargas eléctricas en situación de equilibrio. Dicha carga eléctrica es la responsable de los efectos electrostáticos (de atracción o de repulsión) que se generan entre los cuerpos que la poseen.
Carga eléctricaTodos los cuerpos materiales están constituidos por átomos, estos a su vez contienen electrones, protones y neutrones. Los protones y neutrones constituyen el núcleo del átomo, los electrones giran alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares o elípticas. En física, se llama carga eléctrica a una propiedad de la materia que está presente en las partículas subatómicas y se evidencia por fuerzas de atracción o de repulsión entre ellas, a través de campos electromagnéticos.
Cuerpo neutroLos electrones son las cargas negativas, los protones son las cargas positivas y los neutrones no tienen valor, la diferencia entre las cargas positivas y negativas de un cuerpo se denominan CARGA NETA. Cuando dos cuerpos se frotan entre sí, una cantidad de electrones (carga negativa) de un cuerpo pasa al otro; el cuerpo que pierde electrones queda cargado positivamente, ya que queda con exceso de protones; el cuerpo que recibe electrones queda cargado negativamente, ya que queda con exceso de electrones y su carga neta es negativa.
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Formas de electrificar un cuerpo
Conductores y aisladoresCuando hablamos de conductividad nos referimos principalmente a los metales; son conductores aquellas sustancias en las cuales los electrones tienen libertad de movimiento dentro de la sustancia, por ejemplo los metales, el cuerpo humano, el aire húmedo, entre otros. Si los electrones no tienen libertad de movimiento dentro de una sustancia, esta se llamara aislador o dieléctrico, por ejemplo la porcelana, el vidrio, la goma, la madera, entre otros.
Inducción y polarizaciónSi acercamos un cuerpo cargado negativamente (exceso de electrones) a una distancia del electroscopio, los electrones libres del alambre metálico y las laminillas serán repelidos hacia el extremo de las laminillas; estas reciben un exceso de electrones que hacen que se repelen, por lo tanto la lámina superior del electroscopio queda cargada positivamente (exceso de protones); sí alejamos el cuerpo cargado del electroscopio, éste volverá a su estado inicial. Se puede decir que la distribución de la carga producida en el electroscopio fue inducida por el cuerpo; a éste fenómeno se le llama INDUCCION electrostática. El cuerpo cargado negativamente se llamará INDUCTOR y la parte metálica del electroscopio es el inducido. En conclusión el reordenamiento de las cargas en un conductor debido a la presencia de un cuerpo cargado, se denomina INDUCCIÓN
Inducción y polarizaciónSi acercamos un cuerpo a un no conductor o aislador, el desplazamiento de los electrones es muy pequeño, no hay movimiento de cargas en distancias grandes, éste fenómeno recibe el nombre de POLARIZACIÓN, figura 2. En conclusión el reordenamiento de las cargas en un no conductor o aislador debido a la presencia de un cuerpo cargado, se llamará POLARIZACIÓN.
Generador Van der Graff, GVGEl generador de Van der Graff, GVG, es un aparato utilizado para crear grandes voltajes. En realidad es un electróforo de funcionamiento continuo. Se basa en los fenómenos de electrización por contacto y en la inducción de carga. Este efecto es creado por un campo intenso y se asocia a la alta densidad de carga en las puntas. El primer generador electrostático fue construido por Robert Jamison Van der Graff en el año 1931 y desde entonces no sufrió modificaciones sustanciales.
Ley de Coulomb Hasta ahora hemos visto que entre dos cargas eléctricas existe una fuerza de atracción o repulsión, sí las cargas son de diferente signo o del mismo signo. La acción recíproca de las cargas se debe a que cada carga crea en el espacio que lo rodea un campo electrostático, este campo actúa sobre la carga con una fuerza determinada. El físico Francés Charles Coulomb a finales del siglo XVIII hizo un estudio cuantitativo sobre dichas fuerzas; después de varios experimentos llegó a la conclusión: ¨ La fuerza F de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas puntuales es directamente proporcional al producto de las magnitudes de las cargas Q1 y Q2 e inversamente al cuadrado de la distancia r entre ellas, dirigida a lo largo de la línea que une estas cargas.¨
¿Qué es un campo eléctrico?Un campo eléctrico E es un campo físico o región del espacio que interactúa con cargas eléctricas o cuerpos cargados mediante una fuerza eléctrica. Su representación por medio de un modelo describe el modo en que distintos cuerpos y sistemas de naturaleza eléctrica interactúan con él. Para comprobar si hay campo eléctrico en una región del espacio se utiliza una carga de prueba Q0, sí en dicha región ésta carga Q0 experimenta una fuerza F, se define el campo eléctrico en tal punto
Potencial y voltaje eléctricoSe llama potencial eléctrico al trabajo que debe realizar una fuerza F ejercida por un campo eléctrico E para llevar una carga de un punto a otro dentro del campo. Diferencia depotencial eléctrico. Si colocamos una carga positiva Q dentro de un campo eléctrico E, ésta experimentará una fuerza F ejercida por el campo, que hará que la carga se desplace de un punto a otro dentro del campo. V = WAB /Q
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