En el siglo VII
AC, los antiguos griegos describían la propiedad del ámbar,
la cual consistía en atraer ciertos cuerpos livianos al ser frotados con lana. Más tarde Gilbert, en el año de 1600, estudió este fenómeno y observó que esta misma propiedad la
adquieren otros cuerpos como el vidrio, al ser frotados con seda. Hoy en día
los cuerpos que adquieren esta propiedad se les llama electrizados, porque están cargados eléctricamente o poseen carga
eléctrica. En este BLOG estudiaremos
las propiedades de las cargas
eléctricas en reposo y los
fenómenos debidos a ellas, este estudio se conoce con el nombre
de ELECTROSTATICA. Para iniciar el estudio de la electrostática es necesario que identifiquemos el concepto de la carga eléctrica.
Todos 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.
Los 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.
De todo lo anterior se puede decir que las cargas eléctricas no se crean, ni desaparecen, sino que solamente se pueden trasladar de un cuerpo a otro o de un lugar a otro dentro del mismo cuerpo; este principio se conoce como principio de conservación de la carga eléctrica.
Con la siguiente actividad se entenderá mejor los tipos de cargas eléctricas y la interacción entre ellas.
Suspendamos de dos hilos, dos bolas de icopor enrolladas en papel de aluminio como se muestra en la figura 1, de tal forma que queden separadas una distancia aproximada de 4 centímetros.
Coge una barra de vidrio y frótala con un pedazo de seda, se puede observar que ambos cuerpos quedan cargados eléctricamente, donde el vidrio queda cargado positivamente y la seda negativamente. ¿Qué explicación física existe en lo anterior?
Ahora toca con la barra de vidrio una de las bolas de icopor. ¿Qué sucede al hacer contacto entre la barra de vidrio y la bola de icopor?
Se puede observar que cuando hay contacto, la electricidad de la barra se transmite al icopor. Frota nuevamente la barra de vidrio y con ella toca cada una de las bolas. ¿Qué sucede?
Se puede observar que las dos bolas quedan cargadas positivamente, además existe una repulsión entre ellas. Figura 2.
Repite los pasos anteriores, pero con la barra de plástico. ¿Qué observas? Figura 3.
Ahora carga una de las bolas transmitiéndole las cargas de la barra de vidrio y la otra bola con la barra de plástico. ¿Qué observas? Figura 4.
Se
puede concluir que:
· Existen dos formas de electrizar un cuerpo, una por frotamiento y
la otra por contacto.
Para
entender mejor la atracción y repulsión entre cuerpos cargados
eléctricamente, es necesario entender el
funcionamiento del electroscopio y la conductividad
de los metales.
Consulta
en tu tiempo libre ¿En qué consiste el ELECTROSCOPIO?
¿Cuál es su funcionamiento?
Conductores y aisladores
Cuando 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 polarización
Si 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, figura 1.
Si 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.
El 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.
Por medio de este apartado, pude introducirme en las maravillas de las cargas eléctricas y sus peculiaridades. Aprender acerca de la dualidad entre cargas positivas y negativas, y cómo estas interacciones dan forma a la esencia misma de la electricidad. La Ley de Coulomb, una joya matemática, la cual, revela la naturaleza de las fuerzas eléctricas entre partículas cargadas, destacando la importancia de las magnitudes de las cargas y la distancia que las separa.
ResponderEliminarAsi pues, la exploración del campo eléctrico me llevó a comprender cómo las cargas generan su influencia en el espacio que las rodea. Este campo, un concepto abstracto pero poderoso, nos permite entender las fuerzas eléctricas que actúan sobre las partículas cargadas y nos conduce a la noción de potencial eléctrico, proporcionando un lenguaje matemático para expresar la energía eléctrica en un sistema.