FENOMENOS ELECTROMAGNETICOS

INTRODUCCION

Históricamente los fenómenos eléctricos y magnéticos se descubrieron y estudiaron de forma independiente, hasta que en 1861 James Clerk Maxwell unificó todos ellos en las cuatro ecuaciones que llevan su nombre. Por simplicidad, en estas páginas trataremos por separado los fenómenos eléctricos y magnéticos.

LA CARGA ELÉCTRICA:

Es una propiedad fundamental de la materia que poseen algunas partículas subatómicas. Esta carga puede ser positiva o negativa. Todos los átomos están formados por protones (de carga positiva) y electrones (de carga negativa).

En general, los átomos son neutros, es decir, tienen el mismo número de electrones que de protones. Cuando un cuerpo está cargado, los átomos que lo constituyen tienen un defecto o un exceso de electrones.

En el Sistema Internacional, la unidad de carga eléctrica es el Culombio (C).

Un Culombio: es la cantidad de carga que pasa por la sección transversal de un conductor eléctrico en un segundo, cuando la corriente eléctrica es de un amperio.

La carga eléctrica es discreta, y la unidad elemental de carga es la que porta un electrón. En el Sistema Internacional, la carga del electrón es: e = 1,602x10-19 [C].

La carga del electrón es una constante física fundamental. El protón tiene la misma cantidad de carga que un electrón pero con signo opuesto.

PROPIEDADES DE UN CUERPO CARGADO ELÉCTRICAMENTE

Las cargas del mismo tipo se repelen y de distinto tipo se atraen. Esta atracción o repulsión entre cuerpos cargados eléctricamente permite la introducción de la existencia de fuerzas eléctricas, que serían de atracción o de repulsión.

Alrededor de un cuerpo o partícula cargada eléctricamente se forma una zona en donde otro cuerpo o partícula cargada eléctricamente va a ser atraída o repelida por la primera, a esta zona se le llama campo eléctrico.

la cantidad de carga eléctrica se conserva. Es decir, si consideramos las cargas eléctricas de todos los cuerpos, la suma total de la cantidad de carga se mantiene constante. Se verifica, entonces, que si un cuerpo “pierde” carga eléctrica hay otro u otros que la están “ganando” para sí.

El concepto de electrón (carga elemental indivisible) fue introducido en el siglo XIX para explicar las propiedades químicas de los átomos. Desde entonces hasta principios del siglo XX se propusieron distintos modelos atómicos. Tanto en el modelo de Rutherford como en el de Bohr, los electrones son partículas que giran en torno al núcleo, por lo que el átomo es un sistema solar en miniatura.

Con el descubrimiento de la mecánica cuántica se desarrolló una ecuación (la ecuación de Schrödinger, equivalente a la segunda ley de Newton en Mecánica Clásica) que permite calcular la función de onda asociada a un electrón. Éste ya no es una partícula con una posición bien definida, sino que lo que podemos determinar es la probabilidad de encontrar un electrón cerca de una cierta posición r del espacio. Esta probabilidad es el cuadrado de la función de onda.

Las soluciones de la ecuación de Schrödinger están cuantizadas, dependiendo sus soluciones de una serie de números cuánticos relacionados con su energía, con su momento angular y con su spin.

carga puntual: es una carga eléctrica localizada en un punto sin dimensiones. Este concepto es una idealización, y resultará muy útil a la hora de estudiar los fenómenos eléctricos.

distribución continúa de carga: es un objeto cargado cuyas dimensiones no son despreciables. Los fenómenos eléctricos producidos por distribuciones de carga son más complicados de analizar, aunque trataremos algunos sistemas sencillos.

PROCESOS DE ELECTRIZACIÓN

Se trata del procedimiento que permite que un cuerpo que se encuentra neutro eléctricamente adquiera carga eléctrica de algún tipo.

1-POR FRICCIÓN:

Para cargar un cuerpo neutro por el método de fricción se necesitan dos cuerpos neutros eléctricamente. Ocurre que a nivel superficial de ambos cuerpos se produce un traspaso de electrones de uno a otro cuerpo. Aquel que reciba más electrones quedará cargado negativamente y el otro, que cedió más electrones, quedará cargado positivamente.

2-POR CONTACTO:

Aquí necesitamos un cuerpo previamente cargado, por ejemplo negativamente, y otro neutro. Lo que sucede es que mientras dure el contacto la carga total que existe entre ambos cuerpos tiene a dividirse proporcionalmente según las capacidades que tiene cada uno de ellos para poseer carga eléctrica, consecuencia de esto es que el cuerpo que está cargado le traspasa, a nivel superficial, parte de sus electrones que tenía en exceso al que estaba neutro.

3-POR INDUCCIÓN O POR INFLUENCIA:

Igual que el método anterior, necesitamos un cuerpo neutro eléctricamente y otro cargado. Se Acerca los cuerpos sin que haya contacto. Veremos que en el cuerpo neutro se produce una polarización, donde el cuerpo cargado positivamente atrae a la carga negativa del que está neutro. Posteriormente se hace contacto a tierra en el cuerpo neutro. Para que se produzca un equilibrio entre los extremos cercanos y polarizados, suben electrones de tierra hacia el cuerpo neutro a través de la conexión a tierra. Luego se desconecta la conexión a tierra y se separan los cuerpos. Se observará que el cuerpo neutro quedará cargado negativamente y el que estaba positivo continúa así.

Generador de Van der Graff.

Una de las limitaciones que tienen los procedimientos de electrización que se trataron anteriormente es que la carga que puede adquirir un cuerpo, mediante esos métodos, es relativamente pequeña. Un dispositivo que permite generar grandes cantidades de carga electrostática es el conocido como generador de Van der Graff, que se muestra en la figura siguiente:

Este dispositivo tiene un motor que hace girar una banda sin fin y tiene un colector de carga (A) que proporciona carga eléctrica a la banda a través de un peine, mediante la fricción. La banda transporta la carga y al friccionarse con el otro colector de carga (B) la carga es traspasada a la esfera metálica.

Este dispositivo permite una curiosidad. Si una persona, debidamente aislada (apoyando los pies sobre una superficie aislante como una goma por ejemplo) toca la esfera con la mano, el pelo de su cabeza adquirirá carga eléctrica de un solo tipo por lo que tenderán a separarse entre sí, lo que tendrá como efecto que ellos, los pelos, se erizarán.

LEY DE COULOMB.

La fuerza de atracción o repulsión mutua entre cargas eléctricas q1 y q2, es directamente proporcional

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