Campos electricos. Propiedades de las cargas eléctricas

CAP.23 : CAMPOS ELECTRICOS

Dentro de las fuerzas fundamentales más importantes en el campo electromagnético esta la fuerza que realicen las cargas entre sí. Para esto es necesario conocer las propiedades de las cargas eléctricas, su ley más importante, conocer los campos eléctricos y el movimiento de partículas con cargas dentro de un campo eléctrico.

Propiedades de las cargas eléctricas

Cuando vemos que ciertos cuerpos se mueven e interactúan con las cargas eléctricas, se dice que los cuerpos están electrificados o se han cargado eléctricamente, en este caso existen distintos métodos para hacerlo, como por ejemplo podemos electrificar cuerpos por al momento de realizar fricción entre dos materiales con distintas propiedades.

Benjamín Franklin determino que existen dos tipos de cargas eléctricas a las que llamo como carga positiva y carga negativa, con los cual los protones son de carga positiva y los electrones son de carga negativa. Para comprobar la existencia de las cargas, se realiza el respectivo método de fricción con el cual se quiere que uno de los cuerpos frotados le sede electrones al otro cuerpo quedando este cargado negativamente y así se verá reflejado la atracción de cuerpos livianos con carga positiva, en caso tal de que se acerque a un objeto con carga negativa, estos objetos se alejaran debido a la repulsión que existe entre cargas, con esto se concluye que cargas de un mismo signo se repelen y cargas de signos opuestos se atraen.

Otra propiedad importante de las caras eléctricas, es que las cargas nunca se destruyen ni se crean sino que se conservan. Quiere decir que cuando se realiza el método de frotación, lo que esta ocurriendo es que un objeto le está transfiriendo electrones a otro objeto y por ello queda cargado negativamente, sin embargo el otro queda cargo positivamente gracias a la transferencia de protones que le ha dado le objeto que ha quedado cargado negativamente, al igual la magnitud de cargas al ser transferida, son iguales en los dos objetos tanto como para el objeto cargado negativamente como para el objeto cargado positivamente.

Según Robert Millikan las cargas eléctricas están cuantizadas, esto quiere decir que son representadas con números enteros q= ∓Ne donde q+ es carga positiva y q- carga negativa, tomando así a Ne como el numero entero con el cual se cuantizara el proton o el electron.

Objetos de carga mediante la inducción

Es importante clasificar los materiales en función de la capacidad de electrones que se mueven a través de material

Ente la clasificación de los materiales encontramos a los aislantes eléctricos; cuando estos materiales son frotados, solo la zona frotada se carga, además las partículas con carga no pueden moverse hacia otras zonas del material esto quiere decir que impide el flujo de electrones por todo el objeto. Entre los semiconductores podemos encontrar el vidrio, el hule y la madera.

También encontramos a los conductores eléctricos, estos materiales son todo lo contrario a los aislantes, cuando están con carga en alguna pequeña zona, la caga se distribuye de inmediato por toda la superficie del material. Entre ellos podemos encontrar como buenos conductores el cobre, el aluminio, la plata, entre otro.

La tercera clase de material son los semiconductores, cuyas propiedades eléctricas se ubican entre las correspondientes a los aislantes y conductores, como por ejemplo está el silicio y el germanio con el cual son perfectos para fabricar gran variedad de chips electrónicos utilizados para las computadoras, celulares y estéreos. Es importante conocer que las propiedades eléctricas de los semiconductores cambian, en varios ordenes de magnitud, a partir de la adicción de cantidades controladas de ciertos átomos.

Para cargar un objeto mediante inducción es importante conocer el comportamiento de las cargas en el momento de realizar el método; cuando se va realizar inducción lo que se pretende es alejar dentro del mismo material, la cargas eléctricas que se van a transferir, esto se puede realizar acercando otro material del mismo signo para poder repelar las cargas negativas, luego se conecta un material conductor en el lado por donde saldrán las cargas y asi depositarlas a tierra.

Ley de Coulomb

Charles Coulomb midió las magnitudes de las fuerzas eléctricas entre objetos con carga mediante la balanza de torsión, con el que el mismo invento.

A partir de los experimentos de Coulomb, se generalizan las propiedades de la fuerza eléctrica entre dos partículas inmóviles con carga. Por ello se utiliza el término de carga puntual que hace referencia a una partícula con carga de tamaño cero. Por ello se puede conocer la fuerza cuando existe un comportamiento eléctrico entre cargas, su magnitud es fuerza eléctrica (a veces llamada fuerza de Coulomb) y su ecuación es:

Fe=Ke (⃒q1⃒⃒q2⃒)/r^2

Donde Ke es la constante de Coulomb Ke=8.9876 ×〖10〗^9 (Nm^2)/C^2

La constante de Coulomb también se expresa como:

Ke=1/(4π∈0)

Donde E0 se conoce como la permitividad del vacío ∈0=8.8542 × 〖10〗^(-12) C^2/(Nm^2 )

El campo eléctrico

Michael Faraday desarrollo el concepto de campo en relación con las fuerzas eléctricas, donde se dice que existe un campo eléctrico en la región del espacio que rodea a un objeto con carga: la carga fuente. Donde otro objeto de carga conocido como carga de prueba entra en el campo eléctrico, una fuerza eléctrica actúa sobre él.

Donde campo eléctrico E=Ke∑_i▒〖qi/r^2 (ri) ̂ 〗

Campo eléctrico de una distribución de carga continua

El sistema de cargas se modela como si fuera continuo, es decir el sistema de cargas espaciadas en forma compacta es equivalente a una carga total que es distribuida de forma continua a lo largo de una línea, sobre aluna superficie, o por todo el volumen.

Líneas de campo eléctrico

Para poder visualizar los patrones de los campos eléctricos es necesario trazar líneas, conocidas como líneas de campo eléctrico, establecidas por Faraday, las cuales relacionan el campo eléctrico con una región del espacio.

Para poder trazar líneas de manera correcta es necesario tener en cuenta las siguientes características:

El vector E del campo eléctrico es tangente a la línea del campo eléctrico en cada punto. La dirección de la línea, indicada por una punta de flecha, es igual al vector del campo eléctrico. La dirección de la línea es la fuerza sobre una carga de prueba positiva colocada en el campo

El número

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