Una barra cargada sostenida cerca de una superficie metálica, por ejemplo, atrae a las cargas del mismo símbolo que tiene la barra y repele a las cargas de signo contrario. El resultado es una redistribución de las cargas del objeto, sin ningún cambio en su carga neta.
¿Qué sucede cuando un aislante cargado se coloca cerca de un objeto metálico sin cargar?
¿Qué sucede cuando un aislante cargado se coloca cerca de un objeto metálico sin carga? La fuerza no ocurre porque los átomos de la carga eléctrica en el aislante no pueden moverse tan libremente como en los objetos metálicos.
¿Cuando un material aislante se frota dónde se almacena la carga?
1 – Introducción La electricidad es el alma de la revolución tecnológica y la sociedad moderna. Sin ella, se regresaría a mediados del siglo XIX donde se destacaría la ausencia de por ejemplo: la telefonía celular, la TV digital, cualquiera de los electrodomésticos, medios de transportes, etc.
- La medicina moderna sería una fantasía y, debido a la falta de equipamiento sofisticado y supercomputadoras, y especialmente la lenta diseminación de la información, la ciencia y tecnología crecerían a un ritmo muy lento.
- En lugar de esto, con el descubrimiento y dominio de las fuerzas y campos eléctricos y magnéticos, se pueden ver arreglos de átomos, chequear el funcionamiento interno de una célula y enviar naves espaciales más allá del sistema solar.
Todo esto fue posible en las últimas generaciones de la vida humana. Los fenómenos eléctricos son estudiados por la electrostática, rama de la Física, que estudia las cargas eléctricas en reposo, las fuerzas que se ejercen entre ellas y su comportamiento al interior de los materiales.
Es importante considerar que la electricidad y el magnetismo están estrechamente relacionados y que a partir de 1820, con la experiencia de Hans Christian Oersted, con corrientes eléctricas, se inicia el electromagnetismo, rama de la Física que estudia la relación entre ambos fenómenos. Al estudiar este tema, conocerás en forma breve y resumida, acerca de las cargas eléctricas, las fuerzas que intervienen en la interacción entre ellas a través del campo eléctrico, cómo se relacionan con la materia (por ejemplo algún órgano o tejido del cuerpo humano), cómo se comportan en presencia de un campo magnético y cómo podemos cuantificar y describir los fenómenos asociados.
Todos estos conceptos son importantes para comprender los principios de funcionamiento, las diferentes formas de uso y los resultados conseguidos cuando utilizamos distintos equipamientos en los tratamientos estéticos y corporales.2 – Propiedades de la carga eléctrica Los fenómenos electrostáticos, como escuchar chasquidos al sacarnos una prenda de vestir, peinar varias veces nuestro cabello seco y luego acercarlo a pequeños trozos de papel, por ejemplo, se producen por la interacción de la carga eléctrica de un cuerpo con la de otro.
- A menudo la fuerza de atracción es lo suficientemente fuerte como para suspender por ejemplo, trocitos papel con el peine desafiando las leyes de atracción gravitacional.
- El mismo efecto ocurre con otros materiales que se frotan, como pueden ser el caucho duro y el vidrio.
- Existen 2 tipos de carga eléctrica que Benjamín Franklin (1706-1790) nombró positiva a una y negativa a la otra.
Experimentalmente se comprobó que entre ellas interactúan de la siguiente manera: cargas de distinto signo se atraen y cargas de igual signo se repelen, Veamos la Figura 1 a continuación. Figura 1 – Al acercar una barra cargada negativamente a una bolita metálica (péndulo electrostático) cuya carga final neta es positiva se atraen. Esto se debe a que la fuerza eléctrica que se genera entre los cuerpos es atractiva. Cuando un átomo, o un cuerpo, tiene la misma cantidad de cargas positivas (protones) y negativas (electrones) se dice que está eléctricamente neutro,
Si se produce un desequilibrio entre la cantidad de electrones y protones, se dice que está electrizado, El cuerpo que pierde electrones queda con carga positiva y el que recibe electrones queda con carga negativa. Se llama carga eléctrica ( q ) al exceso o déficit de electrones que posee un cuerpo respecto al estado neutro.
La carga neta corresponde a la suma algebraica de todas las cargas que posee un cuerpo. La carga eléctrica permite cuantificar el estado de electrización de los cuerpos siendo su unidad mínima la carga del electrón. Esto significa que la carga eléctrica q de un cuerpo está cuantizada y sepuede expresar como nq, enque n es un número entero(incluyendo el cero); sinembargo, como la carga delelectrón es muy pequeña,se utiliza un múltiplo de ella:el coulomb (C).
Frotamiento: En la electrización por fricción, el cuerpo menos conductor saca electrones de las capas exteriores de los átomos del otro cuerpo quedando cargado negativamente y el que pierde electrones queda cargado positivamente, Contacto: En la electrización por contacto, el que tiene exceso de electrones (carga –) traspasa carga negativa al otro, o el que tiene carencia de ellos (carga +) atrae electrones del otro cuerpo. Ambos quedan con igual tipo de carga, Inducción: Al acercar un cuerpo cargado al conductor neutro, las cargas eléctricas se mueven de tal manera que las de signo igual a las del cuerpo cargado se alejan en el conductor y las de signo contrario se aproximan al cuerpo cargado, quedando el conductor polarizado. Si se hace contacto con tierra en uno de los extremos polarizados, el cuerpo adquiere carga del signo opuesto,
Figura 2 – A) Electrización por frotamiento, B) Electrización por contacto y C) Electrización por inducción. La carga más pequeña que se conoce es la del electrón y su valor es: Como complemento sugerimos visualizar el siguiente video: https://www.youtube.com/watch?v=vu-ypLIkrjA Como complemento sugerimos visualizar el siguiente video: https://www.youtube.com/watch?v=28k-JCsjUx8 Como complemento sugerimos visualizar el siguiente video: https://www.youtube.com/watch?v=9qeuGQTDNbM 3- Fuerza eléctrica Sin entrar en detalles describiremos la Ley de Coulomb o ley fundamental de la fuerza.
Recordemos que una fuerza la podemos definir en forma intuitiva como ‘ algo que cuando actúa sobre un cuerpo, de cierta masa, le provoca un efecto’,El efecto de la aplicación de una fuerza sobre un objeto puede ser: la modificación del estado de movimiento en que se encuentra el objeto que la recibe, la modificación de su aspecto físico (deformación) o ambos.
Son ejemplos de fuerzas de contacto cuando pateamos una pelota, cuando empujamos un auto o cuando le hacemos masajes a un paciente con contractura. Al igual que las fuerzas de contacto, existen las fuerzas a distancia donde el cuerpo que ejerce la fuerza y quien la recibe no entran en contacto físicamente.
La fuerza eléctrica está dirigida a lo largo de una línea imaginaria que une las dos partículas y es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Es proporcional al producto de las magnitudes de las cargas de las dos partículas. Es atractiva si las cargas son de signo opuesto y repulsiva si las cargas tienen el mismo signo.
La magnitud de la fuerza eléctrica F entre las cargas q1 y q2 separadas por una distancia r está dada por: donde Ke es una constante llamada constante de Coulomb. Figura 3 – Magnitud de la Fuerza Eléctrica Finalizando recomendamos la visualización del siguiente video: http://videos.educ.ar/play/Disciplinas/_Fisica/Fuerza_entre_cargas_electrostaticas 4 – Campo Eléctrico La idea de campo se basa en transferirle las propiedades eléctricas al espacio.
La fuerza gravitacional y la fuerza electrostática son capaces de actuar a lo largo del espacio, lo que produce un efecto incluso cuando no hay ningún contacto físico entre los objetos involucrados. Las fuerzas de campo se pueden estudiar de varias formas, pero el enfoque desarrollado por Michael Faraday (1791-1867) es el más práctico.
En este enfoque, se dice que existe un campo eléctrico en la región de espacio alrededor de un objeto cargado. El campo eléctrico ejerce una fuerza eléctrica sobre cualquier otro objeto cargado dentro del campo. Figura 4 – Líneas de campo eléctrico entre dos cargas positivas. La representación matemática de este concepto excede el alcance de este curso, sin embargo se puede profundizar consultando cualquiera de la bibliografía propuesta. Las líneas de de campo eléctrico son útiles para visualizar el campo eléctrico en cualquier región del espacio.
El vector de campo eléctrico E es tangente a las líneas de campo eléctrico en cada punto. Más aun, el número de líneas de E por unidad de área a través de una superficie perpendicular a las líneas es proporcional a la intensidad del campo eléctrico en dicha superficie. A modo de complemento y para aquellos más curiosos recomendamos el siguiente video: En física, fuerza es toda causa capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo.
El campo eléctrico E producido por una carga Q en la posición de una pequeña carga ”de prueba” q0 se define como la fuerza eléctrica F ejercida por Q sobre q0, dividida entre la carga de prueba q0: 5 – Magnetismo En términos de aplicaciones, el magnetismo es uno de los campos más importantes de la física y sobre todo de la física médica.
- Para levantar cargas pesadas se utilizan grandes electroimanes.
- Los imanes se utilizan en dispositivos como instrumentos de medición, motores, dispositivos de almacenamientos de datos, etc.
- Los campos magnéticos intensos se usan en aparatos para la formación de imágenes medicas de forma más segura que con RX.
Muchos dispositivos de cosmiatría y rehabilitación utilizan las propiedades de los campos magnéticos como principio de funcionamiento. El magnetismo esta cercanamente relacionado con la electricidad. Los campos magnéticos ( B ) afectan las cargas en movimiento y las cargas en movimiento producen campos magnéticos. Figura 5 – Imán de barra y sus polos La mayoría de nosotros ha experimentado con alguna forma de imán. Es más, todos nosotros estamos muy familiarizados con el imán de hierro con forma de herradura (entre otras) que levanta objetos que contienen hierro como clavos, tornillos, etc.
o que sujetapapeles pegado a una pared de nuestra heladera. En el análisis que sigue vamos a suponer que el imán tiene forma de barra tal como lo demuestra la figura 5. Los objetos de hierro son atraídos con mayor intensidad hacia cualquier extremo de uno de los tales imanes de barra, extremos que a partir de ahora llamaremos polos,
Un extremo se llama polo norte y el otro polo sur, Si un imán de barra se suspende libremente de un punto medio, de modo que pueda balancearse, girará hasta que su polo norte apunte hacia el norte y su polo sur apunte hacia el sur. De hecho, este es el principio constructivo de una brújula simple.
- Los polos magnéticos también ejercen fuerzas atractivas o repulsivas uno sobre otro similar a las fuerzas eléctricas entre objetos cargados.
- Experimentos simples con dos imanes de barra muestran que polos iguales se repelen y polos opuestos se atraen mutuamente,
- Aunque la fuerza entre dos polos magnéticos opuestos es similar a la fuerza entre cargas eléctricas positivas y negativas, existe una diferencia importante: las cargas eléctricas tanto las positivas como las negativas pueden existir aisladas las unas de las otras, en cambio, los polos norte y sur no pueden hacerlo.
Sin importar cuantas veces se corte un imán permanente, cada pieza siempre tendrá un polo norte y un polo sur, Figura 6 – Líneas de campo magnético Recuerde que un campo eléctrico rodea a cualquier carga eléctrica estacionaria (o conjunto de cargas que interactúan entre ella). La región del espacio que rodea una carga en movimiento incluye también un campo magnético. 6 – Curiosidades y preguntas capciosas El axón (prolongación del cuerpo celular de una neurona que puede llegar a medir hasta 1 metro) está envuelto de membrana plasmática y a su vez de un material no conductor denominado mielina. En este nivel atómico se producen fenómenos eléctricos que resultan en un mensaje biológico ultra rápido: el impulso nervioso o potencial de acción,
Las células nerviosas de todos los animales, desde el hombre hasta los calamares, utilizan súbitas variaciones de la diferencia de potencial en su membrana plasmática que se va contagiando y propagando en la superficie (conducción saltatoria del potencial de acción). Un capacitor es un componente electrónico que nos permite almacenar energía eléctrica.
Básicamente son dos placas metálicas enfrentadas separadas por un aislante. Entre ellas se forma un campo eléctrico proporcional a la carga almacenada y a la diferencia de potencial entre dichas placas. Las membranas biológicas de todas las células y las nerviosas en especial, se comportan como capacitores.
El impuso nervioso existe gracias a ello. Resulta que el interior y el exterior de las células poseen excesos de carga (negativas adentro, positivas afuera de la célula). Esos excesos se acumulan sobre la membrana y son fuertemente atraídos el uno por el otro (las cargas positivas quieren entrar y las negativas quieren salir).
El campo eléctrico que se forma dentro de esa capa de grasa llamada bicapa lipidia es extremadamente grande. Este campo eléctrico genera una fuerza eléctrica que sirve para mantener la estabilidad de la membrana plasmática celular. Haciendo una relación con el tema carga eléctrica, muchas moléculas biológicas, aun siendo neutras en su totalidad, poseen regiones con cargas de diferente signo e intensidad.
- Esas ‘superficies activas’ son indispensables para el ‘lenguaje molecular’ tanto de actividad química como reconocimiento entre moléculas.
- Revisar apunte sobre ‘Conceptos básicos sobre circuitos eléctricos’ alojado en el campus virtual.
- Estos nombres provienen del comportamiento de un imán en presencia del campo magnético de la tierra.
La detección de monopolos magnéticos existentes en la naturaleza es un campo de investigación experimental muy activo en la actualidad. Para profundizar recomendamos visualizar el siguiente video: http://videos.educ.ar/play/Disciplinas/_Biologia/Impulso_nervioso 7 – Bibliografía utilizada y recomendada
Ricardo Cabrera (2010). Ejercicios de Biofísica,1ª Edición. Editorial Eudeba
Serway&Vuille (2010). Fundamentos de Física,8ª Edición. Editorial Cengage Learning
Eugene Hecht. Fundamentos de Física,2ª Edición. Editorial Thomson Learning
Burdano S., Burdano E. & García Muñoz C. (2003). Física General,32ª Edición. Editorial Tébar S.L.
Grupo Santillana Chile (2013). Electricidad y Magnetismo, Editorial Santillana. Disponible en: http://www.santillana.cl/EduMedia/libros.htm,
Grupo Santillana Chile (2013). Electromagnetismo y Circuitos Eléctricos, Editorial Santillana. Disponible en: http://www.santillana.cl/EduMedia/libros.htm,
¿Cuando una barra metálica se carga positivamente por contacto con otro objeto cargado lo que ocurre en el proceso es que?
La barra se carga por fricción con el paño. Se pueden transferir electrones de un material a otro por simple contacto. Cuando ponemos una barra cargada en contacto con un objeto neutro se transfiere una parte de la carga a éste. Este método de carga se conoce simplemente como carga por contacto.
¿Cuando un conductor está cargado Qué sucede con el flujo Electroestatico?
Electrostática. Conductores en equilibrio electrostático Un material conductor es aquel que permite el transporte de carga eléctrica. En general, los sólidos metálicos son buenos conductores, ya que sus electrones de valencia están poco ligados a los núcleos atómicos, lo que permite que se muevan con facilidad a través del sólido.
| Si situamos una placa conductora (figura de la izquierda) en una región del espacio en que existe un campo eléctrico, los electrones de la placa se verán sometidos a una fuerza opuesta al campo externo y se acumularán en el lado derecho de la placa, dejando el lado izquierdo con un exceso de carga positiva. |
Esta distribución de carga dentro del conductor genera un campo eléctrico interno de sentido opuesto al externo y de igual módulo, de modo que en el interior del conductor el campo eléctrico total es nulo, Este hecho constituye en principio de funcionamiento de una jaula de Faraday,
- En la sección “Sabías que.” encontrarás una explicación de cómo funciona.
- Si el campo en el interior de un material conductor en equilibrio electrostático es nulo, no puede haber carga eléctrica en el interior del mismo.
- Por tanto, la carga de un conductor se acumula en su superficie,
- El campo eléctrico externo al conductor no puede tener componente tangencial, ya que las cargas de la superficie se moverían sobre ella y ya no sería un conductor en equilibrio; es decir, el campo externo es normal a la superficie del conductor,
Este hecho implica que la superficie del conductor es puesto que la fuerza (paralela al campo) no realiza trabajo. El campo en el exterior de un conductor se calcula empleando la ley de Gauss.
| La densidad superficial de carga no es la misma toda la superficie del conductor (depende de la curvatura local de la superficie), por lo que el módulo del campo eléctrico que crea tampoco será el mismo en todos los puntos. Si se considera un pequeño elemento de superficie, éste es aproximadamente plano, como se muestra en la figura de la derecha. El campo creado por este pequeño elemento de superficie se calcula determinando el flujo a través de la superficie cerrada representada en rojo en la figura. |
El cálculo es análogo al realizado para determinar el, La única diferencia es que ahora el flujo a través de la base del cilindro que se encuentra en el interior del sólido es nulo (puesto que no hay líneas de campo en el interior). Por tanto,
Cuanto mayor sea σ en una zona de la superficie del conductor, mayor será el módulo del campo eléctrico que crea. El campo eléctrico es por tanto mayor en un conductor en punta (donde se acumulan las cargas) que en uno plano.
¿Qué es la fuerza de repulsión?
La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario. La constante de proporcionalidad depende de la constante dieléctrica del medio en el que se encuentran las cargas.
¿Qué sucede cuando dos cargas del mismo signo?
Dirección de la fuerza eléctrica Las cargas opuestas, como una carga positiva o una carga negativa, se atraen entre sí. Las cargas iguales, como dos cargas negativas o dos cargas positivas, se repelen. Figura 2. Las cargas iguales se repelen.
¿Por qué no se puede cargar un metal por frotamiento?
El electróforo – Johannes Wilcke inventó el electróforo que fue posteriormente perfeccionado por Alessandro Volta. Este dispositivo se extendió por los laboratorios que realizaban experimentos en electrostática, por que era una fuente de carga fácil de usar.
La carga se genera frotando una superficie aislante por ejemplo, de Teflon que se comporta muy bien ya que es un excelente aislante y es fácil de limpiar y mantener. El signo de la carga depende de la naturaleza de la superficie aislante y del material utilizado para frotarla. Suponemos que una carga negativa se distribuye en la superficie del material aislante.
La carga en el conductor se genera por inducción, las cargas positivas son atraídas en la parte del conductor más cercana a la superficie aislante y las negativas son repelidas. Aunque el conductor se ponga en contacto con la superficie aislante no se transfiere carga negativa al conductor. En principio, el conductor se puede cargar cualquier número de veces repitiendo los pasos que se muestran en el dibujo. La parte superior del conductor se pone en contacto con tierra, tocándola con un dedo o mediante una conexión directa a tierra con un cable. Las cargas negativas se neutralizan mientas que las positivas permanecen en la parte inferior del conductor. El conductor se aleja de la superficie aislante, la carga positiva se redistribuye en la superficie del conductor hasta que se alcanza el equilibrio. Finalmente, el conductor se pone en contacto con el electroscopio que nos indica la carga del conductor.
Antes de repetir estos pasos es necesario descargar el conductor y el electroscopio poniéndoles en contacto a tierra. El procedimiento se puede repetir sin necesidad de volver a frotar la superficie aislante. La razón estriba en que carga por frotamiento está ligada a la superficie aislante, no se puede redistribuir en el aislante ni puede ser transferida al conductor.
- La combinación de la carga estacionaria en el aislante, el movimiento libre de las cargas en el conductor y la transferencia de cargas cuando se pone en contacto a tierra, es lo que hace al electróforo un dispositivo de carga pepetuo.
- Observamos el funcionamiento del electróforo en la animación, más abajo.
Se pulsa el botón titulado Inicio para comenzar la animación Se pulsa el botón titulado Siguiente, para observar las etapas para conseguir cargar el electróforo. En la última etapa, se mide la carga del electróforo mediante un electroscopio, cuyo funcionamiento se describe más abajo.
¿Qué es una carga aislante?
De Wikipedia, la enciclopedia libre
| Este artículo o sección necesita referencias que aparezcan en una publicación acreditada, Este aviso fue puesto el 14 de diciembre de 2015. |
Para otros usos de este término, véase Aislante, Cinta aislante eléctrica. Un aislante eléctrico es un material cuyas cargas eléctricas internas no pueden moverse causando una escasa magnitud de corriente bajo la influencia de un campo eléctrico, a diferencia de los materiales conductores y semiconductores, que conducen fácilmente una corriente eléctrica.
La característica fundamental que distingue a los materiales aislantes es su alta resistividad comparada con los semiconductores y conductores. El aislamiento eléctrico perfecto no existe; incluso el mejor aislamiento contiene pequeños portadores móviles ( portadores de carga ), capaces de transportar corriente.
Por lo cual, cualquier tipo de aislamiento se vuelve conductor cuando se le aplica una tensión lo suficientemente alta como para que dispare electrones de los átomos que constituyen el material. Este valor se conoce como tensión de ruptura de un aislamiento.
- Comúnmente se atribuye como buen Aislante el vidrio, el papel y el teflón, los cuales cuentan con una alta resistividad.
- Los materiales aislantes tienen la función de evitar el contacto entre las diferentes partes conductoras (aislamiento de la instalación) y proteger a las personas frente a las tensiones eléctricas (aislamiento protector).
Un ejemplo de estos materiales son los polímeros similares al caucho, y la mayoría de plásticos que pueden ser de naturaleza termoestable o termoplástica. El aislamiento se usa ampliamente en equipos eléctricos para separar conductores eléctricos y evitar que fluya corriente eléctrica entre ellos.
- El aislamiento se usa también para cubrir los cables eléctricos.
- Existen distintos niveles de aislamiento para cables eléctricos, en baja tensión los dos más comunes son 450/750 V y 0.6/1 kV.
- El término aislador se refiere específicamente a los soportes aislantes usados para fijar las líneas de transmisión o de distribución a postes y torres de transmisión.
Los aisladores soportan el peso de las líneas y evitan que fluya corriente a través de estas hacia la estructura que las soporta.
¿Qué es lo que hace que un material sea conductor o aislante?
El material ‘ conductor ‘ implica que los electrones mas externos de sus átomos están debilmente ligados y libres para moverse a través del mismo. La mayoría de los átomos tienen sus electrones fuertemente ligados y son aislantes.
¿Qué pasa si a una barra cargada positivamente se aproxima a un conductor en estado neutro?
De Wikipedia, la enciclopedia libre
| Este artículo o sección necesita referencias que aparezcan en una publicación acreditada, Este aviso fue puesto el 4 de febrero de 2012. |
Si acercamos un cuerpo A cargado, por ejemplo positivamente, a un conductor neutro, sus electrones libres serán atraídos cerca de A, formando una región cargada negativamente. Conectamos el metal con la tierra usando un cable conductor: los electrones libres de la tierra serán atraídos por la carga positiva del metal B y se incorporaran a éste.
- Si después retiramos el cable, el metal quedará con una carga neta negativa distribuida por todo su volumen.
- Existe electrización o carga por inducción cuando un cuerpo con carga eléctrica se aproxima a otro neutro causando una redistribución en las cargas de este último debido a la repulsión generada por las cargas del material cargado, y también se origina cuando las cargas de un cuerpo neutro se reordenan al estar en las cercanías de un cuerpo cargado.
Para completar el proceso de carga por inducción se debe conectar brevemente el objeto a “tierra” y luego retirar el cuerpo cargado. La inducción es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo. Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro.
Cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y las del cuerpo neutro. Como resultado de esta interacción, la distribución inicial se altera: el cuerpo electrizado provoca el desplazamiento de los electrones libres del cuerpo neutro.
En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas se carga positivamente y en otras negativamente. Se dice que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado, denominado inductor, induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.
¿Qué ocurre si la varilla cargada se acerca a la otra pero sin tocarla?
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| Se sabe que al frotar una barra de ebonita con un pao de piel de gato se produce un trasvase de electrones de la piel a la barra, mientras que, si la barra frotada es de vidrio, el trasvase de electrones tiene lugar en sentido contrario, es decir, desde la barra hacia el pao. El modelo de cargas prev que, tras el frotamiento, la barra de ebonita adquiere carga negativa y la barra de vidrio adquiere carga positiva. En todos los casos, el objeto frotado y el frotador adquieren cargas de signo contrario y, por tanto, se atraen. |
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| La facilidad de movimiento de las cargas a travs de los metales es consecuencia del tipo de enlace qumico que determina su estructura. El enlace metlico conforma una red de iones positivos entre los cuales existen “bandas de electrones”. Estos electrones se pueden mover con bastante facilidad a travs del conductor y tambin pueden pasar de un material a otro. El hecho se puede poner en evidencia con el experimento mostrado en la figura adjunta, donde se observa que la barra metlica transmite la fuerza de atraccin entre una barra con carga negativa (a la izquierda) y una esferita con carga positiva (a la derecha). |
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| En la figura adjunta se ve un ejemplo de cmo entre un cuerpo cargado y otro neutro se ejerce una fuerza elctrica de atraccin. En la situacin planteada se supone que la barra se haba cargado previamente por frotamiento, adquiriendo carga negativa, y que la esferita del pndulo elctrico era inicialmente neutra. Entonces, al acercar la barra a la esferita (sin llegar a tocarla) los electrones que hay en exceso en el borde de la barra repelen a los ms prximos de la esferita y los desplazan alejndolos de la parte ms prxima a la barra (los electrones se mueven por la esferita con relativa facilidad, al ser sta metlica). Como consecuencia, en esa zona de la superficie de la esfera queda un exceso de carga positiva (por falta de electrones) y se produce un efecto neto de atraccin entre la barra y la esferita. |
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| La secuencia de dibujos adjuntos explica el proceso por el que al tocar un cuerpo cargado con otro neutro, se produce en ocasiones una repulsin. Mientras se aproxima la barra de ebonita cargada negativamente a la esferita, se induce en ella carga positiva en la zona prxima a la barra y carga negativa en la zona opuesta (figura izquierda). En el momento del contacto de la barra con la esferita puede haber un trasvase de electrones de la ebonita a la esferita (figura central). Como consecuencia de dicho trasvase se enfrentan cargas del mismo signo (en este caso negativas) y se produce la repulsin (figura derecha ). |
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| Terminamos estos ejemplos de aplicacin del modelo de cargas mostrando un proceso adecuado para cargar por induccin a dos esferas metlicas con cargas de signo opuesto. Se dispone de inicialmente de las dos esferas metlicas, neutras, en contacto, y sostenidas por pies aislantes (1). Cuando una barra de ebonita cargada negativamente se aproxima a una de las esferas, pero sin llegar a tocarla, los electrones libres de las esferas metlicas son repelidos y toda la nube de gas electrnico contenido en el interior de las esferas se desplaza ligeramente hacia la derecha, alejndose de la barra. Como los electrones no pueden escapar de las esferas, en la superficie de la esfera de la derecha, mas alejada de la barra, se acumula un exceso de carga negativa. Esto origina una prdida de carga negativa (por tanto, un exceso de carga positiva) en la superficie ms prxima a la barra de la esfera de la izquierda (2). Las cargas inducidas permanecen sobre las superficies de las esferas mientras se mantenga cerca la barra de ebonita (si sta se aleja, la nube de electrones de las esferas se desplaza hacia la izquierda y se restablece el estado neutro inicial). Tenindolo en cuenta, se desplazan ligeramente las esferas mientras se mantiene la barra cerca la barra de ebonita. As quedan dos esferas metlicas cargadas con cargas opuestas (3). Cmo se atraen entre s, permanecen tan prximas como les sea posible (4), y solo cuando ambas esferas estn separadas lo suficiente, las cargas se distribuyen uniformemente en cada esfera (5). |
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| Para contribuir a que se afiance la apropiacin por los alumnos del modelo de cargas, conviene realizar en el aula o en el laboratorio de fsica diversas experiencias. Como alternativa y/o complemento a las que acabamos de relatar, aconsejamos que se realicen tambin experiencias como las que encontramos en una demostracin, disponible en la pgina Web de la Facultad de Fsica de la Universidad de Valencia ( aqu ). En este magnfico trabajo, las profesoras Chantal Ferrer Roca y Ana Cross Sttter ensean cmo se pueden usar cintas adhesivas para mostrar cualitativa y cuantitativamente la atraccin y repulsin entre cargas elctricas, as como la atraccin por conductores o dielctricos neutros. |
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¿Cuándo se aproxima un cuerpo cargado positivamente a un electroscopio sin tocarlo?
Si a un electroscopio cargado positivamente se le acerca (sin tocarlo) otro cuerpo cargado positivamente, las láminas se separan más (acción de cargas del mismo signo o nombre), y si se acerca un cuerpo cargado negativamente, estas se juntan. El electrómetro es un electroscopio calibrado (figura 3.23).
¿Cómo se realiza el movimiento de las cargas en un conductor metálico?
Objetivos de aprendizaje – Al final de esta sección, podrá:
Definir la velocidad de deriva de las cargas que se mueven a través de un metal. Definir la densidad de corriente vectorial. Describir el funcionamiento de una lámpara incandescente.
Cuando los electrones se mueven a través de un cable conductor, no se mueven a una velocidad constante, es decir, los electrones no se mueven en línea recta a una velocidad constante. Más bien, interactúan y colisionan con los átomos y otros electrones libres del conductor.
Así, los electrones se mueven en zigzag y se desplazan por el cable. También debemos tener en cuenta que, aunque sea conveniente hablar de la dirección de la corriente, esta es una cantidad escalar. Cuando se habla de la velocidad de las cargas en una corriente, es más apropiado hablar de la densidad de corriente.
Volveremos sobre esta idea al final de esta sección.
¿Cuando un objeto con carga eléctrica se encuentra en equilibrio electrostático en que sus cargas se encuentran en reposo la carga eléctrica se encuentra distribuida?
El campo eléctrico desaparece dentro de un conductor – Si hay un campo eléctrico en el interior de un conductor, este ejerce fuerzas sobre los electrones libres (también llamados electrones de conducción), que son los electrones del material que no están unidos a un átomo.
Entonces, estos electrones libres se aceleran. Sin embargo, las cargas en movimiento significan, por definición, condiciones no estáticas, al contrario de lo que suponemos. Por lo tanto, cuando se alcanza el equilibrio electrostático, la carga se distribuye de tal manera que el campo eléctrico dentro del conductor desaparece.
Si se coloca una pieza de un metal cerca de una carga positiva, los electrones libres del metal son atraídos por la carga positiva externa y migran libremente hacia esa región. La región a la que se desplazan los electrones tiene entonces un exceso de electrones sobre los protones de los átomos y la región desde la que han migrado los electrones tiene más protones que electrones. Figura 6.34 Polarización de una esfera de metal por una carga puntual externa + q + q, El lado cercano del metal tiene una carga superficial opuesta en comparación con el lado lejano del metal. Se dice que la esfera está polarizada. Al eliminar la carga externa, la polarización del metal también desaparece.
La polarización del metal solo se produce en presencia de cargas externas. Se puede pensar en esto en términos de campos eléctricos. La carga externa crea un campo eléctrico externo. Cuando el metal se coloca en la región de este campo eléctrico, los electrones y protones del metal experimentan fuerzas eléctricas debidas a este campo eléctrico externo, pero solo los electrones de conducción son libres de moverse en el metal a distancias macroscópicas.
El movimiento de los electrones de conducción conduce a la polarización, que crea un campo eléctrico inducido además del campo eléctrico externo ( Figura 6.35 ). El campo eléctrico neto es una suma vectorial de los campos de + q + q y las densidades de carga superficial − σ A − σ A y + σ B, Figura 6.35 En presencia de una carga externa q, las cargas de un metal se redistribuyen. El campo eléctrico en cualquier punto tiene tres contribuciones, desde + q + q y las cargas inducidas − σ A − σ A y + σ B, + σ B, Tenga en cuenta que la distribución de la carga superficial no será uniforme en este caso.
La redistribución de cargas es tal que la suma de las tres contribuciones en cualquier punto P dentro del conductor es E → P = E → q + E → B + E → A = 0 →, E → P = E → q + E → B + E → A = 0 →, Ahora, gracias a la ley de Gauss, sabemos que no hay carga neta encerrada por una superficie gaussiana que esté únicamente dentro del volumen del conductor en equilibrio.
Eso es, q enc = 0 q enc = 0 y por lo tanto E → neto = 0 → ( en puntos del interior de un conductor ), E → neto = 0 → ( en puntos del interior de un conductor ),6.13
¿Que genera el movimiento de cargas eléctricas a través de un conductor?
¿Qué es la electricidad? 
La electricidad es una forma de energía que se manifiesta con el movimiento de los electrones de la capa externa de los átomos que hay en la superficie de un material conductor. La electricidad es un fenómeno íntimamente ligado en la materia y a la vida.
La corriente eléctrica continua es aquella que fluye de un punto a otro siempre en el mismo sentido. La corriente de una pila o batería es del tipo continuo. La corriente alterna es aquella que fluye de un punto a otro cambiando de sentido periódicamente. La electricidad comercial a gran escala procede de generadores que producen corriente alterna.
La corriente eléctrica genera también calor. Cuando laso cargas eléctricas fluyen a través de un material conductor, chocan cono sus átomos, los electrones ceden una parte de la energía que contienen y los átomos ganan velocidad, la cual se manifiesta a través del calor. La transformación de la energía eléctrica en calor se llama efecto Joule. : ¿Qué es la electricidad?
¿Cómo saber si una carga es de atraccion o repulsion?
La ley de Coulomb señala que la fuerza F (newton, N) con que dos carga eléctricas Q y q (culombio, C) se atraen o repelen es proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r (metro, m) que las separa, K es la constante eléctrica del medio (en el vacío vale K = 9 10 –9 N m 2 /C 2 ). Cuando las dos cargas tienen igual signo, la fuerza es positiva e indica repulsión. Si ambas cargas poseen signos opuestos, la fuerza es negativa y denota atracción, como la figura. y que apunta alejándose de Q si la carga es positiva y en dirección a Q si es negativa. Una carga q en el seno del campo eléctrico sentirá una fuerza que viene dada por: Si existe más de una carga, cada una produce un campo eléctricoy el campo eléctrico total en un punto dado será la suma vectorial del campo creado por cada carga. Cuando esta suma vale cero, el campo eléctrico vale cero y la fuerza sobre cualquier carga colocada en ese punto también vale cero.
Podemos estudiar el campo eléctrico utilizando una carga Qp que pende de un hilo, el péndulo eléctrico. El péndulo estará vertical en aquellos puntos en los que el campo valga cero. En nuestra experiencia tenemos dos cargas Q 1 y Q 2, y vamos a sondear la recta delimitada por ellas. El campo eléctrico se hará cero en algunos puntos sobre la línea: en los tramos izquierdo, central o derecho (dependiendo de los signos de las cargas y sus valores).
Todos los puntos fuera de la recta presentan un campo distinto de cero. Una vez localizado un punto de campo cero, se miden las distancias a cada carga d 1 y d 2, Las fuerzas deben ser iguales en módulo y sentido contrario:
¿Qué sucede cuando el imán lo colocas en otra dirección?
Si se cambia la orientación del imán respecto a la brújula se puede observar que ahora el polo norte del imán repele al polo norte de la aguja y atrae a su polo sur.
¿Qué dice la ley de las cargas en reposo?
Enunciado de la ley de Coulomb – “Entre dos cargas en reposo hay una fuerza directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.” La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas es proporcional al producto de la magnitud de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de separación.
¿Cuando un cuerpo pierde electrones adquiere carga negativa?
La carga eléctrica de la materia – Entonces, ¿? Los protones (dentro del núcleo del átomo) y los electrones (que forman la corteza) cuentan con una carga eléctrica. En ambos casos es la misma, con la diferencia de que la carga de protones es positiva y la de los electrones negativa,
- Esto produce una fuerza de atracción y de repulsión entre las partículas subatómicas siguiendo una ley de relación muy sencilla: las cargas de diferente símbolo se atraen y las del mismo signo se repelen.
- Esto ocurre en el campo eléctrico, el espacio alrededor de la carga eléctrica de la materia.
- En cambio, los neutrones no tienen carga eléctrica, ni positiva ni negativa.
Por lo tanto, los neutrones no son atraídos ni repelidos por los protones ni los electrones. La carga eléctrica es una propiedad general de la materia y se mide en una unidad llamada Coulomb (C), La masa y la carga eléctrica de las principales partículas subatómicas son:
| Protón (p) | 1,6725 · 10-27 | 1,6 · 10 -19 |
|---|---|---|
| Neutrón (n) | 1,6748 · 10-27 | – |
| Electrón (e) | 9,1095 · 10-31 | 1,6 · 10 -19 |
La carga eléctrica de un átomo se considera nula debido a que tiene el mismo número de protones que de electrones, lo que se traduce en la misma cantidad de cargas positivas que negativas. Sin embargo, existen algunas excepciones a tener en cuenta:
En algunas situaciones los átomos pueden perder o ganar electrones y quedar cargados eléctricamente. Estos átomos se llaman iones, Cuando un átomo pierde uno o diversos electrones queda cargado positivamente y recibe el nombre de catión, Si un átomo gana uno o varios electrones queda cargado negativamente, recibiendo el nombre de anión,
¿Qué sucede si no se utiliza el aislante correctamente cuando se manipula la electricidad?
Ocurre contracción muscular y daños nerviosos; muerte probable.
¿Cuándo acercamos un cuerpo cargado con electricidad estática a otro que no está cargado se produce un fenómeno llamado inducción electrostática?
La inducción es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo. Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y las del cuerpo neutro.
¿Qué les pasa a las cargas eléctricas cuando se encuentran con un material conductor?
Por lo tanto, podemos clasificar los materiales de acuerdo a la facilidad con la que las cargas eléctricas se mueven en su interior: Materiales conductores: las cargas se mueven con mucha facilidad (y las cargas eléctricas en movimiento generan corriente eléctrica).
¿Cuándo dos conductores se ponen en contacto existe transferencia de carga hasta que momento deja de transferirse la carga?
Cuando se ponen en contacto dos conductores, la carga pasa de un conductor a otro hasta que el potencial se iguala.