CARGAS ELÉCTRICAS Y MEDIDAS DEL CAMPO ELÉCTRICO

Marco Teórico

Todos los cuerpos poseen carga, ya sea neutra, positiva o negativa, y esto depende de la deficiencia (carga positiva) o exceso (carga negativa) de electrones. Las interacciones eléctricas entre los cuerpos se puede analizar con la Ley de Coulomb, que afirma que “La interacción electrostática entre dos partículas cargadas es proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de las distancias entre ellas y su dirección está en la recta que la une”, se expresa como:

[pic 1]

Donde F es la fuerza eléctrica, Q1 y Q2 son las magnitudes de las cargas a analizar, r es la distancia, u es un vector unitario en dirección de la fuerza y k se define como la constante de Coulomb:

[pic 2]

Ahora, la fuerza por unidad de carga que experimentaría una carga de prueba (generalmente positiva), colocada en una región del espacio, se le conoce como la intensidad campo eléctrico debido a una o más cargas (su suma vectorial):

[pic 3]

Donde la dirección del campo eléctrico es la misma de la fuerza que experimenta esta carga de prueba (positiva), donde la ecuación es:

[pic 4]

donde q es la carga de prueba (positiva), E el campo eléctrico, u un vector unitario en dirección del campo eléctrico y los demás parámetros ya habían sido previamente explicados.

1.5.1.   Identificar la existencia de carga eléctrica en un material:

Se puede utilizar un péndulo eléctrico, el cual tiene una esfera liviana de madera (que se conectó previamente a tierra para asegurar que esté neutra) colgada con un hilo, luego se le acerca el cuerpo del que se desconoce su carga, entonces si la esfera se atrae o repele, el cuerpo tiene carga eléctrica, de lo contrario tiene carga neutra.

[pic 5]

imagen tomada de: http://hverdugo.cl/conceptos/conceptos/electrostatica.pdf

1.5.2.  Verificar la existencia de dos tipos de carga eléctrica:

Se utiliza un electroscopio, que consiste en en una esfera conectada a dos láminas de metal a través de una varilla metálica, donde las láminas cuelgan dentro de un frasco seco, entonces si se acerca un cuerpo cargado negativamente a la esfera (ver figura), el sistema se polariza de tal forma que las varillas se repelen (al tener carga negativa), de manera opuesta las varillas se atraen, si se acerca un cuerpo cargado positivamente.

[pic 6][pic 7]

imagen tomada de:http://hverdugo.cl/conceptos/conceptos/electrostatica.pdf

1.7.4. Cómo es posible verificar el comportamiento de los materiales conductores y no conductores.

Los materiales conductores, tienen en su último nivel de energía, electrones que no se encuentran fuertemente ligados y libres, lo que genera que estos se muevan con facilidad en una nube esparciéndose en la superficie del material y  atrayendo cargas opuestas. Por el contrario, los átomos de los materiales no conductores tienen fijados los electrones, lo que no permite su movimiento en el material convirtiéndolos en aislantes.

Experimentalmente para saber si es conductor o no (sin asumir nada en un principio), se podría calentar el material logrando que si este es conductor su resistividad aumentaría mientras si es aislante la resistividad o resistencia eléctrica disminuiría. Y como se sabe por teoría que la conductividad es inversamente proporcional a la resistividad  entonces se sabría si es conductor o aislante.

A continuación se muestra la ecuación de la resistividad relacionada con la temperatura:

 [pic 8]

1.7.5.        ¿Por qué el vidrio se carga positivamente y el ámbar negativamente?

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