ELECTRIZACIÓN DE LOS CUERPOS. LEY DE COULOMB

Baner_electrizacin_2

 
SUMARIO

Según cuenta la historia, los antiguos griegos conocían que al frotar con piel un trozo de resina fósil que llamaban elektrón (en la actualidad se conoce como ámbar), esta adquiría la propiedad de atraer a otros cuerpos de materiales ligeros como: pajas, plumas de aves. Mucho después, más de 2000 años, el físico y médico inglés William Gilbert, quien vivió entre 1544 y 1603, encontró que existen otros muchos materiales que tienen esa propiedad. Ese fenómeno recibe el nombre de electrización.

Carga eléctrica

Recuerda que...

La partícula más pequeña a la que se puede reducir un elemento un elemento de modo que conserve sus propiedades es el átomo así es posible reducir una gota de agua hasta llegar a la molécula de esta sustancia. Si la reducimos aún más, entonces la molécula de agua se convierte en dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Considerando la teoría atómica actual, un átomo está compuesto por tres partículas fundamentales: protones, neutrones y electrones. El núcleo es la parte central de un átomo y en él se encuentran los protones y neutrones. Convencionalmente la carga eléctrica de los protones es positiva, mientras que los neutrones no tienen carga eléctrica, son eléctricamente neutros.

Los electrones se encuentran fuera del núcleo y poseen carga eléctrica negativa. En condiciones normales los átomos son eléctricamente neutros, lo que significa que tienen el mismo número de protones que de electrones. La masa del protón es mucho mayor que la del electrón. Los protones, por estar ubicados en los núcleos de los átomos y tener una masa mucho mayor que la del electrón, no se pueden desplazar. Los únicos capaces de trasladarse de un átomo a otro, o a través de la estructura de los cuerpos, son los electrones.

Las partículas que participan en la electrización tienen una propiedad intrínseca FIS-PC-020103-12, que representa la propiedad de los cuerpos de interactuar eléctricamente y determina la intensidad de estas interacciones que recibe el nombre de carga eléctrica.
 

E1

 

En el Sistema Internacional de unidades (SI), la unidad de carga eléctricaes el coulomb (C).

En la siguiente tabla se dan algunos valores de carga eléctrica de las partículas que conforman a un átomo.
 

E2

 

Cuando hablamos de “cargas eléctricas” nos estamos refiriendo a cuerpos electrizados que tienen la propiedad de interactuar eléctricamente. ¡Pueden existir cuerpos sin estar eléctricamente cargado, pero no cargas eléctricas sin cuerpos!


E3

 

 

Para conocer si un cuerpo está electrizado y cuál es el signo de la carga eléctrica se utiliza el electroscopio. Si está dotado de una escala se denomina electrómetro

 

 

 

 

El fenómeno de la electrización de los cuerpos

 

¿Cuándo un cuerpo está electrizado o cargado eléctricamente?

elect5_327

Siguiendo el curso de la historia de este conocimiento, podemos proceder del mismo modo a como lo hicieron los griegos pero utilizando materiales a tu alcance. Si frotas con papel o tela varios cuerpos de diferentes sustancias, notarás que algunos cumplen con la condición de atraer a otros cuerpos y otros no.
 

 

0

Un cuerpo está electrizado cuando al ser frotado atrae a otros cuerpos.

Después de haber ensayado la electrización de diversos cuerpos, seguramente te has preguntado por qué unos se electrizan al ser frotados y otros no. Resulta que unos materiales conducen la electricidad mejor que otros. Así, los plásticos habituales la conducen muy mal, el cuerpo humano bastante bien y los metales muy bien. Por eso es que podemos electrizar un cuerpo de plástico que sostenemos con la mano, mientras que uno metálico no.

Los cuerpos que se electrizan, se denominan aisladores y los que no se electrizan, conductores. Este conocimiento tiene gran utilidad práctica en dependencia de para qué se utilice.

Todos los cuerpos electrizados adquieren la propiedad de atraer a otros cuepos. Por la interacción de los cuerpos no puede diferenciarse la carga eléctrica de una varilla de vidrio frotada con seda, de la carga de una varilla de ebonita frotada con piel. Ambas varillas electrizadas atraen pequeños pedazos de papel.

¿Significa esto que las cargas en cuerpos de distintas sustancias no se diferencian unas de otras?

Imagen1
Recurramos al experimento. Electricemos, frotando con piel, dos cuerpo de la misma sustancia. Al aproximarlos observamos que estos se repelen. En estos casos podemos decir que, los cuerpos a los que se se han transmitido cargas de igual tipo, se repelen mutuamente.
 

 

Ahora acerquemos una varilla de vidrio frotada con seda a un cuerpo de ebonita frotado con piel que cuelga de un hilo.

Imagen2
En este caso observamos que los cuerpos electrizados se atraen. Conociendo que los cuerpos con igual tipo de carga eléctrica se repelen, podemos decir que en este caso los cuerpo poseen cargas de tipo diferentes. De las observaciones anteriores podemos concluir que, existen dos tipos de carga eléctrica.
La carga obtenida por el vidrio frotado con seda ( y en todos los cuerpos donde se adquiere una carga del mismo tipo) se denomina positiva y la obtenida por (la ebonita, la resina, el plástico, es negativa) al frotarse con piel, es negativa.

 

De ese modo, los experimentos han demostrado que existen dos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas, y que los cuerpos electrizados interactúan de diferentes modos de acuerdo con el tipo de carga que poseea cada uno.

Los cuerpos electrizados con el mismo tipo de electricidad se repelen y los electrizados con diferente tipo, se atraen.

Explicación de la electrización de los cuerpos

El origen de la electrización de los cuerpos es una transferencia de partículas eléctricas. En condiciones normales, un cuerpos tiene igual número de electrones que de protones, esto significa que son eléctricamente neutros. Por otra parte, al ser electrizado los cuerpos pueden captar o ceder electrones.

Pero si un cuerpo neutro adquiere electrones de otro cuerpo posee una cantidad excesiva de electrones en comparación con la cantidad normal. En estos casos está cargado negativamente.

En cambio, si un cuerpo neutro pierde electrones, tendrá más cargas positivas que negativas, en este caso está cargado positivamente.

Ilustremos esa idea:

Imagen3Cuando una varilla de ebonita se frota con un paño de lana se carga negativamente, en tanto que el paño de lana se carga negativamente. En este caso, los átomos del paño de lana retienen menos los electrones que entran en su composición que los átomos de la varilla de ebonita, por eso los electrones pasan del paño de lana a la varilla de ebonita. Entonces el paño de lana tiene ahora carencias de electrones, en tanto que la varilla de ebonita tiene exceso de estos.

Ley de Coulomb

E5

Los experimentos del francés Charles Coulomb (1736-1806) condujeron a determinar de qué depende la fuerza de interacción electrostática entre dos cargas puntuales en reposo q y q', separadas una distancia r.

¿De qué depende la fuerza de interacción electrostática?




Coulomb comprobó que, bajo ciertas circunstancias, la fuerza electrostática entre las cargas puntuales está relacionada con la magnitud de las cargas eléctricas y la distancia entre ellas.

E6

E7

Recuerda que...

E8

El descubrimiento de la ley de Coulomb fue el primer paso para el estudio de las propiedades de la carga eléctrica. La existencia de la carga eléctrica en los cuerpos o en las partículas elementales implica que aquellos o estas interaccionan según la ley de Coulomb.

¿Cuándo es válida la ley de Coulomb?

Se ha comprobado que esta ley es válida para distancias entre 107 m. hasta la separación entre partículas subatómicas, de 10-17 m y cuando los cuerpos eléctricamente cargados pueden considerarse cargas puntuales en reposo.

¿Qué hacer cuando interactúan más de dos partículas electrizadas?

Principio de superposición

En un sistema de partículas cargadas una de ellas ejerce su propia acción sobre otra partícula cargada, independientemente de la presencia de las restantes. La fuerza electrostática resultante sobre una de éstas, es igual a la suma vectorial de las fuerzas que el resto ejerce sobre ella.

Para un sistema de n cargas puntuales, se tiene que:

E10

E9

Ejemplo resuelto

Calcular la fuerza de interacción entre las cargas puntuales representadas en la figura.

 

F8

Solución:

Al ser las cargas de igual signo la fuerza de interacción será de repulsión.

 

Conclusiones

El desarrollo de la electricidad y sus aplicaciones tienen un notable impacto en la sociedad y en nuestras vidas. El conocimiento adquirido hasta la actualidad en esta rama ha transitado un arduo camino y es el resultado del esfuerzo de innumerables personalidades de la talla de: Volta, Faraday, Franklin, entre otros.

La electricidad se divide en dos partes fundamentales: la electrostática que estudia las cargas eléctricas en reposo y la electrodinámicaque se ocupa de las cargas eléctricas en movimiento, y sus interacciones.

La carga eléctrica y sus propiedades tienen un gran significado en la interacción de los cuerpos bajo determinadas condiciones, de ahí que constituye un concepto básico para el estudio de electricidad.

Uno de los primeros fenómenos eléctricos del que estuvo conocimiento la humanidad es la electrización de los cuerpos.

Un cuerpo está electrizado cuando adquiere carga eléctrica. Estas se pueden adquirir por tres vías fundamentales: frotamiento, por contacto y por inducción.

En dependencia de si los materiales son buenos conductores de la electricidad (conductores) o malos conductores (aisladores) se empelan en uno u otros fines. En la actualidad el uso de los materiales semiconductores y superconductores han propiciado un avance extraordinario en diversas ramas de la industria y la sociedad en general.

El fenómeno de la electrización tiene múltiples aplicaciones práctica, el principio de funcionamiento de una fotocopiadora láser y pintar autos con pistolas electrostática, son sola algunas de las aplicaciones de este importante fenómeno.

El fenómeno de la electrización sienta las bases para proseguir el estudio de los fenómenos y procesos eléctricos, de ahí la importancia de su estudio.

 

CN_Rec.Im.1

Actividades de continuidad

 

Ejercicios sobre electrización

1. Explica con tus propias palabras por qué puedes electrizar una tira recortada de una bolsita de productos industriales, frotándola con un papel, y no así una varilla de metal que sujetas con la mano.

2. ¿Qué pudieras hacer para intentar electrizar una varilla metálica?

3. Indica qué tipo de electricidad posee cada uno de los siguientes cuerpos. ¿En qué te basaste?

 

electrizacin15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

varilla_de_ebonita

 

 

 

 

 

 

 

Ver respuesta a los ejercicios

4. Tarea experimental. Construye un electroscopio similar al que se ilustra. Comprueba el tipo de carga eléctrica que poseen cuerpos que hayas electrizado previamente.

E4

 

OTROS RECURSOS
boton-31Experimentos sobre electrización
Respuesta a tareas de aprendizaje
boton-31Presentaciones electrónicas
 

 

 

 

Comentarios


Deja un comentario