Electrostática

Fuerzas eléctricas. Unidades de cargas eléctricas. Electrización por contacto, por frotamiento, por inducción. Benjamin Franklin. Ley de Coulomb. Culombio

  • Enviado por: Andres H Fragoso Licona
  • Idioma: castellano
  • País: México México
  • 4 páginas

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“ELECTROSTATICA”

La electrostática se encarga del estudio de las cargas eléctricas, las fuerzas que se ejercen entre ellas y su comportamiento en los materiales

CONCEPTO Y UNIDADES DE CARGA ELECTRICA

Las fuerzas eléctricas provienen de las partículas que componen los átomos, esto es los protones (con carga +), los electrones (con carga -) y los neutrones (con carga neutra, por lo que no atrae ni rechaza a los electrones ó a los protones).

Cuando a un cuerpo se le dota de propiedades eléctricas se dice que ha sido electrizado.

Si una barra de ámbar (de caucho o de plástico) se frota con un paño de lana, se electriza. Lo mismo sucede si una varilla de vidrio se frota con un paño de seda. Aun cuando ambas varillas pueden atraer objetos ligeros, como hilos o trocitos de papel, la propiedad eléctrica adquirida por frotamiento no es equivalente en ambos casos. Así, puede observarse que dos barras de ámbar electrizadas se repelen entre sí, y lo mismo sucede en el caso de que ambas sean de vidrio. Sin embargo, la barra de ámbar es capaz de atraer a la de vidrio y viceversa.


Este tipo de experiencias llevaron a W. Gilbert (1544-1603) a distinguir, por primera vez, entre la electricidad que adquiere el vidrio y la que adquiere el ámbar.

Posteriormente Benjamin Frankiin en el siglo XVIII explicó los fenómenos eléctricos a través de la teoría del "fluido eléctrico" existente en todos los cuerpos. El pensaba que en los cuerpos no electrizados (neutros) el fluido permanecía de manera equilibrada, pero cuando dichos cuerpos se electrizaban entre sí, el "fluido eléctrico" se transfería: el que quedaba con más fluido era electrizado positivamente (+) y el que resultaba con menos fluido se electrizaba de modo negativo (-). Llamó a la electricidad «vítrea» de Gilbert electricidad positiva (+) y a la «resinosa» electricidad negativa (-).


Las experiencias de electrización pusieron de manifiesto que:


Cargas eléctricas de distinto signo se atraen y cargas eléctricas de igual signo se repelen.


Una experiencia sencilla sirvió de apoyo a Franklin para avanzar en la descripción de la carga eléctrica como propiedad de la materia. Cuando se frota la barra de vidrio con el paño de seda, se observa que tanto una como otra se electrizan ejerciendo por separado fuerzas de diferente signo sobre un tercer cuerpo cargado. Pero si una vez efectuada la electrización se envuelve la barra con el paño de seda, no se aprecia fuerza alguna sobre el cuerpo anterior. Ello indica que a pesar de estar electrizadas sus partes, el conjunto paño-barra se comporta como si no lo estuviera, manteniendo una neutralidad eléctrica.

Se ha visto que existen en la Naturaleza dos tipos de cargas, positiva y negativa, y que la cantidad más pequeña de carga es el electrón (misma carga que el protón, pero de signo contrario). También se ha visto que existe una fuerza entre las cargas.  


La unidad natural de carga eléctrica es el electrón, que es: 

 
La menor cantidad de carga eléctrica que puede existir.

Como esta unidad es extremadamente pequeña para aplicaciones prácticas y para evitar el tener que hablar de cargas del orden de billones o trillones de unidades de carga, se ha definido en el Sistema Internacional de Unidades el culombio:  

Un Culombio es la cantidad de carga que a la distancia de 1 metro ejerce sobre otra cantidad de carga igual, la fuerza de 9 x 109 Nw.*  

Recordar que la fuerza de 1 Kg es igual a 9,8 Nw

Así pues de esta definición resulta ser que :

1 Culombio = 6,23 x 1018 electrones

Como el culombio puede no ser manejable en algunas aplicaciones, por ser demasiado grande, se utilizan también sus divisores:

1 miliculombio = la milésima parte del culombio por lo que : 

1 Cul = 1.000 mCul

1 microculombio = la millonésima parte del culombio por lo que :  

1 Cul = 1.000.000 microCul

 

 Cul

 mCul

 microCul

1 Cul =

1

103

106

1 mCul =

10-3

1

103

 1 microCul =

10-6

10-3

1

FORMAS DE ELECTRIZACION DE UN CUERPO

Existen 3 formas principales por als que un cuerpo puede adquirir una carga electrica, las cuales son las siguientes:

A.- Electrización Por Contacto

Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si toco un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero también queda con carga positiva.

B.- Electrización Por Frotamiento

Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa.

C.- Electrización Por Inducción

Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro.
Como resultado de esta relación, la redistribución inicial se ve alterada: las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo electrizado se acercan a éste.
En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas está cargado positivamente y en otras negativamente
Decimos entonces que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.

CONCEPTO DE CAMPO ELECTRICO

El concepto físico de campo


Las cargas eléctricas no precisan de ningún medio material para ejercer su influencia sobre otras, de ahí que las fuerzas eléctricas sean consideradas fuerzas de acción a distancia. Cuando en la naturaleza se da una situación de este estilo, se recurre a la idea de campo para facilitar la descripción en términos físicos de la influencia que uno o más cuerpos ejercen sobre el espacio que les rodea.


La noción física de campo se corresponde con la de un espacio dotado de propiedades medibles. En el caso de que se trate de un campo de fuerzas éste viene a ser aquella región del espacio en donde se dejan sentir los efectos de fuerzas a distancia. Así, la influencia gravitatoria sobre el espacio que rodea la Tierra se hace visible cuando en cualquiera de sus puntos se sitúa, a modo de detector, un cuerpo de prueba y se mide su peso, es decir, la fuerza con que la Tierra lo atrae. Dicha influencia gravitatoria se conoce como campo gravitatorio terrestre. De un modo análogo la física introduce la noción de campo magnético y también la de campo eléctrico o electrostático.

El campo eléctrico


El campo eléctrico asociado a una carga aislada o a un conjunto de cargas es aquella región del espacio en donde se dejan sentir sus efectos. Así, si en un punto cualquiera del espacio en donde está definido un campo eléctrico se coloca una carga de prueba o carga testigo, se observará la aparición de fuerzas eléctricas, es decir, de atracciones o de repulsiones sobre ella.

LEY DE COULOMB.

Se ha hablado de que existe una fuerza entre las cargas eléctricas, pero no se ha dicho nada sobre cuánto vale esa fuerza. La Ley de Coulomb nos da su valor:

'Electrostática'

Donde F es la fuerza (medida en Newton (N)) ejercida entre dos cargas de valores Q1 y Q2 (ambas en culombios) separadas una distancia d (expresada en metros)
y K es una constante universal que vale: 9 x 109.

Si las dos cargas son del mismo signo (ambas son positivas o negativas) la fuerza tiende a separarlas (fuerza de repulsión)  
Si son de signo contrario (una positiva y otra negativa), la fuerza tiende a unirlas (atracción)