ELECTROSTATICA

ELECTROSTATICA: LA CARGA ELECTRICA

Carga Electrica (binary/octet-stream)

     JOHAN SEBASTIAN SUAREZ VARON     11-07   COLEGIO SAGRADO CORAZON DE JESUS  

1. La electricidad.

Como Se Descubrio La Electricidad 1 (binary/octet-stream)

¿QUE ES LA ELECTRICIDAD? La electricidad es un conjunto de fenómenos producidos por el movimiento e interacción entre las cargas eléctricas positivas y negativas de los cuerpos físicos. La palabra "electricidad" procede del latín electrum, y a su vez del griego élektron, o ámbar. La referencia al ámbar proviene de un descubrimiento registrado por el científico francés Charles François de Cisternay du Fay, que identificó la existencia de dos tipos de cargas eléctricas (positiva y negativa). Las cargas positivas se manifestaban al frotar el vidrio, y las negativas al frotar sustancias resinosas como el ámbar. La energía producida por las cargas eléctricas puede manifestarse dentro de cuatro ámbitos: físico, luminoso, mecánico y térmico. Si bien la electricidad es abstracta o "invisible" en la mayoría de sus manifestaciones, como por ejemplo en el sistema nervioso del ser humano, es posible "verla" en ocasiones, como los rayos cuando se desarrolla una fuerte tormenta.

Usos y aplicaciones de la electricidad

La electricidad es una fuente de energía imprescindible. En cualquier hogar existen todo tipo de aparatos y electrodomésticos que funcionan con corriente eléctrica, además del sistema de iluminación. En la industria, casi la mitad de la energía que se consume es eléctrica. La electricidad se utiliza tanto como fuente impulsora de los motores eléctricos de las máquinas y aparatos de cada sector, como para calentar los contenidos de tanques, depósitos y calderas. Al igual que en el sector doméstico, la electricidad también es la principal fuente de iluminación, y permite obtener calor y frío con equipos de climatización. En el ámbito del transporte, el tranvía, metro o tren son los medios de transporte eléctrico por excelencia. Actualmente se están diseñando vehículos eléctricos dirigidos principalmente a usos urbanos, así como vehículos denominados "híbridos" en los que el motor eléctrico se combina con un motor de explosión, de manera que disfruta de las ventajas de ambas fuentes de energía. Con un simple enchufe de corriente eléctrica puede recargarse la batería.

2. La electrización.

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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.

FORMAS DE ELECTRIZACIÓN

Carga por el efecto fotoeléctrico Es un efecto de formación y liberación de partículas eléctricamente cargadas que se produce en la materia. 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. Carga por electrólisis 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 electrólito (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. Carga por efecto termoeléctrico[editar] Es la electricidad generada por la aplicación de calor a la unión de dos materiales diferentes. Si se unen por ambos extremos dos alambres de distinto material (este circuito se denomina como gonorreitix), y una de las uniones se mantiene a una temperatura superior a la otra, surge una diferencia de tensión que hace fluir una corriente eléctrica entre las uniones caliente y fría. Este fenómeno fue observado por primera vez en 1821 por el físico alemán Thomas Seebeck, y se conoce como efecto Seebeck.

3. Cargas eléctricas

Cargas Electricas (binary/octet-stream)

El norteamericano Benjamín Franklin, quien realizó distintos descubrimientos en el campo de la electricidad, sugirió la existencia de un único tipo de carga o fluido eléctrico. Cuando la cantidad de la misma en un cuerpo era superior a lo normal, este presentaba electricidad positiva, la adquirida por el vidrio; y cuando la misma era inferior a lo normal, el cuerpo tenía electricidad negativa, la adquirida por el ámbar. La magnitud física que nos indica la cantidad de esa propiedad de la materia se denomina carga eléctrica o, simplemente, carga. La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas por la mediación de campos electromagnéticos. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo, a su vez, generadora de ellos. La denominada interacción electromagnética entre carga y campo eléctrico es una de las cuatro interacciones fundamentales de la física. Desde el punto de vista del modelo estándar la carga eléctrica es una medida de la capacidad que posee una partícula para intercambiar fotones.

En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina culombio (símbolo C) y se define como la cantidad de carga que a la distancia de 1 metro ejerce sobre otra cantidad de carga igual, la fuerza de 9×109 N. Un culombio corresponde a la carga de 6,241 509 × 1018 electrones.8​ El valor de la carga del electrón fue determinado entre 1910 y 1917 por Robert Andrews Millikan y en la actualidad su valor en el Sistema Internacional de acuerdo con la última lista de constantes del CODATA publicada es:5​ {\displaystyle e={\frac {1C}{6,241509\times 10^{18}}}=1,602176\times 10^{-19}C} Como el culombio puede no ser manejable en algunas aplicaciones, por ser demasiado grande, se utilizan también sus submúltiplos: 1 miliculombio = {\displaystyle {\frac {1C}{1.000}}=1mC} 1 microculombio = {\displaystyle {\frac {1C}{1.000.000}}=1\mu C} Frecuentemente se usa también el sistema CGS cuya unidad de carga eléctrica es el Franklin (Fr). El valor de la carga elemental es entonces de aproximadamente 4,803×10–10 Fr.

Densidad de carga lineal Se usa en cuerpos lineales como, por ejemplo hilos. {\displaystyle \lambda ={\frac {Q}{L}}} Donde {\displaystyle Q} es la carga encerrada en el cuerpo y {\displaystyle L} es la longitud. En el Sistema Internacional de Unidades (SI) se mide en C/m (culombios por metro). Densidad de carga superficial Se emplea para superficies, por ejemplo una plancha metálica delgada como el papel de aluminio. {\displaystyle \sigma ={\frac {Q}{S}}} donde {\displaystyle Q} es la carga encerrada en el cuerpo y {\displaystyle S} es la superficie. En el SI se mide en C/m2 (culombios por metro cuadrado). Densidad de carga volumétrica Se emplea para cuerpos que tienen volumen. {\displaystyle \rho ={\frac {Q}{V}}} donde {\displaystyle Q} es la carga encerrada en el cuerpo y {\displaystyle V} el volumen. En el SI se mide en C/m3 (culombios por metro cúbico).

4. Conservación de carga.

Conservacion De La Carga Elctrica 1 728 (binary/octet-stream)

Cuando la fuerza eléctrica que mantiene unidos los electrones al núcleo disminuye, la distancia entre estos y el núcleo aumenta, por lo tanto, aquellos electrones que se encuentran débilmente unidos a los átomos, en algunos materiales, pueden ser liberados o transferidos a otros cuerpos. Es decir, que si un cuerpo tiene carga positiva o carga negativa es porque se ha redistribuido su carga eléctrica. En estas redistribuciones se cumple el principio de conservación de la carga. Este principio indica que la cantidad de carga eléctrica en un sistema aislado es constante, es decir, se conserva, ya que puede presentarse un intercambio o movimiento de carga de un cuerpo a otro, pero no se crea ni se destruye. Por otra parte, la carga eléctrica está cuantizada. Es decir, existe una cantidad mínima de carga y la carga existente en cualquier cuerpo es un múltiplo de esta cantidad.

5. Conductores y aislantes.

Conductores (binary/octet-stream)

Son materiales aislantes de la electricidad aquellos que dificultan e incluso impiden el paso de la corriente eléctrica (electrones). Los materiales aislantes se emplean en electricidad para evitar fugas y accidentes eléctricos.Los materiales conductores de la electricidad dejan pasar fácilmente la corriente. Son los componentes de todos los elementos del circuito eléctrico, especialmente los cables. Los materiales conductores más comunes son los metales.

Conductor eléctrico:Cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de electricidad. La diferencia entre un conductor y un aislante, que es un mal conductor de electricidad o de calor, es de grado más que de tipo, ya que todas las sustancias conducen electricidad en mayor o en menor medida. Un buen conductor de electricidad, como la plata o el cobre, puede tener una conductividad mil millones de veces superior a la de un buen aislante, como el vidrio o la mica. En los conductores sólidos la corriente eléctrica es transportada por el movimiento de los electrones; y en disoluciones y gases, lo hace por los iones.

Aislantes eléctricos:El aislante perfecto para las aplicaciones eléctricas sería un material absolutamente no conductor, pero ese material no existe. Los materiales empleados como aislantes siempre conducen algo la electricidad, pero presentan una resistencia al paso de corriente eléctrica hasta 2,5 x 1024 veces mayor que la de los buenos conductores eléctricos como la plata o el cobre. La elección del material aislante suele venir determinada por la aplicación. En los circuitos eléctricos normales suelen usarse plásticos como revestimiento aislante para los cables. El aislamiento interno de los equipos eléctricos puede efectuarse con mica o mediante fibras de vidrio con un aglutinador plástico. En los equipos electrónicos y transformadores se emplea en ocasiones un papel especial para aplicaciones eléctricas. Las líneas de alta tensión se aíslan con vidrio,porcelana u otro material cerámico.

6.Carga por contacto y carga por inducción

Contacto (binary/octet-stream)

Carga por contacto: al poner en contacto un cuerpo electrizado con otro sin carga eléctrica, se genera un paso de electrones entre el primer cuerpo y el segundo, produciéndose la electrización de este último. Por ejemplo, cuando frotas un esfero plástico y lo acercas a algunos trozos de papel, estos se adhieren al esfero, pero al cabo de unos segundos, se desprenden. Esto se debe a la transferencia de electrones libres desde el cuerpo que los tiene en mayor cantidad hacia el cuerpo que los tiene en menor proporción, manteniéndose este flujo hasta que la magnitud de la carga sea la misma en ambos cuerpos.

Carga por inducción: al aproximar un cuerpo cargado a otro cuerpo, preferiblemente conductor, que no está cargado, este cuerpo se polariza, es decir, una de sus partes se carga positivamente y la otra, negativamente. El fenómeno se debe a que el cuerpo cargado atrae las cargas de distinto signo y repele a las del mismo signo. Ahora, si se toca con un dedo el conductor polarizado la porción de carga negativa se desplazará a través de nuestro cuerpo, y de esta manera, la carga positiva se redistribuirá quedando el cuerpo cargado eléctricamente. Este procedimiento de cargar objetos eléctricamente se denomina carga por inducción

Induccion (binary/octet-stream)

7. Polarización de la carga

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En cualquier objeto, existen dos cuotas, el negativo y el positivo. Polarización es la separación de estos cargos. Es decir, separar las cargas negativas de las cargas positivas. Que no implica la carga. En cualquier caso, un material se dice que ser polarizada cuando en pandillas de átomos de un punto más electrones que neutrones mientras que en otro momento posee átomos más protones que electrones. Polarización puede hacerse por cualquiera de los dos electrones que hace pasar a través de la superficie de un punto a otro o por distorsión de electrones como en el caso de los aisladores. Para entender la polarización, es necesario revisar el comportamiento de los electrones, como son los principales contribuyentes de la polarización eléctrica. En cualquier átomo, los electrones se encuentran normalmente en una región llamada la nube de electrones. Una nube con una densidad mayor implica una mayor posibilidad de encontrar un electrón en ese momento, mientras una nube con menor densidad implica una baja posibilidad de encontrar un electrón en ese momento.  

8. Fuerza entre cargas

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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.

8.1 La ley de Coulomb

Descarga (binary/octet-stream)

Charles-Augustin de Coulomb desarrolló la balanza de torsión con la que determinó las propiedades de la fuerza electrostática. Este instrumento consiste en una barra que cuelga de una fibra capaz de torcerse. Si la barra gira, la fibra tiende a hacerla regresar a su posición original, con lo que conociendo la fuerza de torsión que la fibra ejerce sobre la barra, se puede determinar la fuerza ejercida en un punto de la barra. La ley de Coulomb también conocida como ley de cargas tiene que ver con las cargas eléctricas de un material, es decir, depende de si sus cargas son negativas o positivas. En la barra de la balanza, Coulomb colocó una pequeña esfera cargada y a continuación, a diferentes distancias, posicionó otra esfera también cargada. Luego midió la fuerza entre ellas observando el ángulo que giraba la barra. Una carga de un culombio equivale a 6,25 x 1018 veces la carga de un electrón. Como es muy grande, con frecuencia se utiliza un submúltiplo de ella, el microculombio (µC), que equivale a la millonésima parte del coulomb. Estos factores se resumen en la ley de Coulomb, que permite calcular la intensidad de fuerza de atracción o repulsión de dos cargas puntuales.

Las fuerzas eléctricas de atracción o de repulsión entre dos cargas puntuales, q1 y q2, es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Esta ley se expresa como: La constante K es la constante electrostática, se expresa en N . m2 /C2 y su valor depende del medio material en cual se encuentran las cargas. En el vacío la constante electrostática tiene un valor de K = 9 x 109 N . m2 /C2 . El enorme valor de la constante electrostática nos indica que las fuerzas eléctricas son intensas. Si la fuerza tiene signo menos, indica una fuerza de atracción entre las dos cargas y si es de signo positivo indica una fuerza de repulsión.

8.2 La fuerza eléctrica en otros materiales

La fuerza eléctrica depende de la constante electrostática K, la cual se definió para el vacío y que, en términos prácticos, es la misma para el aire. Si el medio es otro, esta constante presenta variaciones notables de tal forma que la fuerza electrostática entre los cuerpos cargados presenta variaciones. Según el medio, la constante electrostática K, La constante kd es la constante dieléctrica del medio material y no tiene unidades. En la tabla se muestran algunos valores para la constante dieléctrica.

Dielectricos (binary/octet-stream)