Modelos atómicos y métodos de electrización

Átomo. Thomson, Rutherford, Bohr, Coulomb. Frotamiento, inducción. Efecto termoiónico, fotoeléctrico y piezoeléctrico. Electricidad

  • Enviado por: Francisco Ortiz
  • Idioma: castellano
  • País: Chile Chile
  • 7 páginas

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Joseph John Thomson (1856 - 1940)

Como investigador descubre el origen de los rayos catódicos. Sospecha siempre que estos tienen un origen diferente a los rayos de luz y a los rayos X. En 1897 ya había determinado que se trataba de partículas, a las que llamó corpúsculos. Al medir su masa en relación con su carga eléctrica llega a la conclusión de que cada corpúsculo tiene dimensiones inferiores a los átomos. Por lo tanto, sugiere que deben ser partes constitutivas de los átomos, que pertenecen a su masa, con una carga de energía positiva. Thomson es el primero en esbozar un modelo gráfico de representación de los átomos, mediante el dibujo de una esfera con unos puntos insertados.

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Este modelo fue reemplazado por el de Rutherford, que se asemeja a un sistema planetario, sólo que las órbitas no son paralelas. Hallazgos posteriores confirmaron la existencia de una corriente de rayos opuesta a la del flujo de corpúsculos o electrones, como se conocieron posteriormente. Así, se verificó que las partículas descubiertas por Thomson eran subatómicas.

Ernest Rutherford (1871 - 1937)

Reuniendo los descubrimientos de Von Rôntgen, Becquerel y los esposos Curie, llega a desarrollar el primer modelo nuclear de representación del átomo. Recientemente J. J. Thomson había elaborado el primer modelo de átomo, en donde no se le consideraba como una partícula indivisible. Tras el descubrimiento del electrón, Thomson es el primero en presentar el átomo como una estructura. Rutherford va más lejos, al proponer que dichos electrones van alrededor de un núcleo describiendo órbitas similares a las del Sistema Solar. Por otra parte, intuye la existencia de partículas sin ninguna carga en el núcleo del átomo, a las que llamo neutrones.

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Niels Henrick Bohr (1885 - 1962)

En el modelo de Rutherford, los electrones giran alrededor del núcleo atómico y su traslación genera unza pérdida de energía. Sin embargo, Bohr propone que dicha pérdida no es continua sino que se da de manera escalonada, en proporciones regulares llamadas cuantos. Reitera, de esta forma lo ya intuido por Max Planck. Si el átomo funciona de esta manera, ello se debe reflejar la longitud de onda lumínica que emite. Las observaciones al respecto, llevadas a cabo en 1913, le dan la razón.

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CHARLES COULOMB

Encontró que las fuerzas de atracción (entre cargas opuestas) y de repulsión (entre cargas del mismo signo) son proporcionales al producto de sus cargas e inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia que las separa. Lo anterior queda expresado mediante la siguiente ecuación:

F = K q x q´ / r2

donde K es la constante de proporcionalidad. El arreglo de las cargas sería el siguiente:

Cuando entre estas cargas q y q' exista el vacío y éstas se expresen en coulombios (C) y la distancia entre ellas en metros, la constante toma el valor de K = 8.99 E9 N m2/C2, y entonces la fuerza queda dada en newtons. Estas fuerzas eléctricas se establecen a distancia y aun cuando las cargas se encuentren en reposo.

Cuando decimos que una cuerpo posee una carga de 1 C, ello significa que perdió o ganó 6,25x1018 electrones, es decir:

“1 C corresponde a 6,25x1018 electrones en exceso (si la carga del cuerpo fue negativa) o en defecto (si la carga del cuerpo fue positiva)”

MÉTODOS DE ELECTRIZACIÓN

Todos los métodos de electrización se basan en el paso de los electrones de la corteza de un cuerpo a otro, esto se puede conseguir de las siguientes formas:


1 ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO

Al frotar un cuerpo fuertemente con un paño, este se carga positiva o negativamente dependiendo de su tendencia a perder o ganar electrones respectivamente. Por ejemplo al frotar una barra de vidrio, ésta se cargará positivamente.


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2 ELECTRIZACIÓN POR CONTACTO
Cuando un cuerpo cargado se pone en contacto con otro, la carga eléctrica se distribuye entre los dos y, de esta manera, los dos cuerpos quedan cargados con el mismo tipo de carga.
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La figura muestra un electroscopio. Al tocar con un cuerpo cargado la esfera superior, la carga penetra hasta las láminas, éstas al adquirir la misma carga se repelen y se separan.

3 ELECTRIZACION POR INDUCCION
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.

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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.

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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

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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.

4 EFECTO TERMOIÓNICO

Es la ionización producida por el calor. A altas temperaturas los electrones que vibran cada vez más fuerte, pueden escapar del cuerpo; este quedará por tanto positivo.

Ese efecto es la base de la electrónica de válvulas.

5 EFECTO FOTOELÉCTRICO

Formación y liberación de partículas eléctricamente cargadas que se produce en la materia cuando es irradiada con luz u otra radiación electromagnética. El término efecto fotoeléctrico designa varios tipos de interacciones similares. 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.

6 EFECTO PIEZOELÉCTRICO

Fenómeno físico por el cual aparece una diferencia de potencial eléctrico entre las caras de un cristal cuando éste se somete a una presión mecánica. El efecto funciona también a la inversa: cuando se aplica un campo eléctrico a ciertas caras de una formación cristalina, ésta experimenta distorsiones mecánicas. Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenómeno en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron 'efecto piezoeléctrico' (del griego piezein, 'presionar').

El efecto piezoeléctrico se produce en varias sustancias cristalinas como el bario, el titanio o la turmalina. El efecto se explica por el desplazamiento de iones en cristales que tienen una celda unitaria asimétrica (la celda unitaria es el poliedro más simple que compone la estructura de un cristal). Cuando se comprime el cristal, los iones de las celdas se desplazan, provocando la polarización eléctrica de la misma. Debido a la regularidad de la estructura cristalina, estos efectos se acumulan, produciendo una diferencia de potencial eléctrico entre determinadas caras del cristal. Cuando se aplica al cristal un campo eléctrico externo, los iones de cada celda son desplazados por las fuerzas electrostáticas, produciendo una deformación mecánica. Dada su capacidad de convertir la deformación mecánica en voltaje eléctrico y un voltaje eléctrico en movimiento mecánico, los cristales piezoeléctricos se utilizan en dispositivos como los transductores, que se emplean en la reproducción de discos, y en los micrófonos. Los cristales piezoeléctricos también se usan como resonadores en osciladores electrónicos y amplificadores de alta frecuencia ya que, si se tallan estos cristales de una determinada manera, la frecuencia de resonancia es estable y bien definida.

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