Propiedads De Las Cargas Eléctricas

UNIDAD DIDÁCTICA 7

MATERIA Y ELECTRICIDAD

1.- La electricidad a través de la historia

Hacia el año 600 AC, el filósofo griego Tales de Mileto observó que frotando una varilla de ámbar con una piel o con lana, se podía crear pequeñas cargas, que atraían pequeños objetos. También habían observado que si la frotaban mucho tiempo podían causar la aparición de una chispa. Los griegos denominaron a este fenómeno electricidad.

Hace cuatrocientos años William Gilbert, posteriormente médico de la reina Isabel I de Inglaterra, publicó su gran estudio del magnetismo, "De Magnete" ("Sobre el Magneto"). Dando la primera explicación racional de la rara habilidad que tiene la aguja del imán de apuntar hacia el norte: la propia Tierra era magnética. "De Magnete" abrió la era de la física y astronomía modernas y comenzó un siglo marcado por los grandes descubrimientos de Galileo, Kepler, Newton y otros. Gilbert descubrió que muchos materiales se comportaban de manera parecida al ámbar cuando eran frotados y, por ello, los llamó eléctricos.

Charles François de Cisternay du Fay (París, 1698 – 1739) fue un físico francés, superintendente de los jardines reales. De familia prominente con influencia en ambientes militares y eclesiásticos, su padre le consiguió el nombramiento de químico adjunto en la Academie des Sciences.

Aún sin tener una formación científica Du Fay pronto destacó en sus experimentos sobre la electricidad, realizando varios descubrimientos cruciales: entre ellos, la existencia de cargas de distinto signo (que llamó vítrea y resinosa, actualmente denominadas positiva y negativa), la existencia de cuerpos conductores y aislantes, y la fuerza de repulsión existente entre cuerpos cargados con electricidad del mismo signo.

La afición de Benjamin Franklin por los temas científicos comenzó a mediados de XVII, y coincidió con el comienzo de su actividad política. Estuvo claramente influenciado por científicos coetáneos como Isaac Newton, o Joseph Addison (especialmente sus obras Ensayo sobre el entendimiento de Locke y El espectador). En 1743 es elegido presidente de la Sociedad Filosófica Americana.

A partir de 1747 se dedica principalmente al estudio de los fenómenos eléctricos. Enunció el Principio de conservación de la electricidad. De sus estudios nace su obra científica más destacada, Experimentos y observaciones sobre electricidad. En 1752 lleva a cabo en Francia su famoso experimento con la cometa. Ató una cometa con esqueleto de metal a un hilo de seda, en cuyo extremo llevaba una llave también metálica. Haciéndola volar un día de tormenta, confirmó que la llave se cargaba de electricidad, demostrando así que las nubes están cargadas de electricidad y los rayos son descargas eléctricas. Gracias a este experimento creó su más famoso invento, el pararrayos. A partir de ahí, se instalaron por todo el estado (había ya 400 en 1782), llegando a Europa en la década de los '60. Presentó la teoría del fluido único para explicar los dos tipos de electricidad atmosférica, la positiva y la negativa, a partir de la observación del comportamiento de las varillas de ámbar, o del conductor eléctrico, entre otros.

Los fenómenos observados por Cisternay du Fay y por Franklin se deben a lo que se denomina electricidad estática (cargas eléctricas en reposo), que se explica a su vez por la naturaleza eléctrica de la materia.

Hay dos tipos de carga eléctrica, la positiva y la negativa. Dos cargas eléctricas del mismo signo (las dos positivas o las dos negativas) se repelen. Por el contrario, si las dos cargas eléctricas son de distinto signo (una positiva y la otra negativa), habrá atracción entre ellas.

Las cargas eléctricas se explican a partir de la estructura atómica de la materia. La carga positiva la llevan los protones y la negativa los electrones. Si un cuerpo está cargado positivamente es por tener un exceso de protones; es decir, como lo que se mueve suelen ser los electrones, por tener menos electrones que protones. Por otro lado, si un cuerpo está cargado negativamente es por tener más electrones que protones. Los cuerpos sin carga son aquellos que tienen el mismo número de protones que de electrones.

átomo eléctricamente neutro

átomo con carga negativa

átomo con carga positiva

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2.- Electrización de la materia

La materia por defecto es eléctricamente neutra. Un cuerpo se encuentra cargado cuando ha perdido o ganado electrones, de manera que algunos átomos ya no tienen el mismo número de electrones que de protones y por tanto se denominan iones. Un átomo se cargará positivamente si pierde electrones y se cargará negativamente si gana electrones.

2.1.- Unidades de carga eléctrica

Las cargas eléctricas se detectan mediante un electroscopio o péndulo eléctrico. La carga eléctrica o cantidad de energía, Q, es una magnitud que se puede medir. Por definición, los electrones tienen carga -1, también notada -e. Los protones tienen la carga opuesta, +1 o +e. En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina culombio (símbolo C). Se define como la cantidad de carga que pasa por una sección en 1 segundo cuando la corriente eléctrica es de 1 amperio, y se corresponde con la carga de 6,25 × 1018 electrones aproximadamente. Por tanto, la carga de un electrón equivale a 1,6 x 10-9 C.

2.2.- Métodos de electrización

Cargar o electrizar un cuerpo consiste en conseguir que el número de electrones de algunos de sus átomos no sea igual al número de protones.

Existen dos métodos fundamentales para cargar un cuerpo: por contacto y por inducción o frotamiento.

Para el estudio de la electrización se emplean dos instrumentos muy útiles, el péndulo eléctrico y el electroscopio.

El electroscopio consta de dos láminas delgadas de oro o aluminio A que están fijas en el extremo de una varilla metálica B que pasa a través de un soporte C de ebonita, ámbar o azufre. Cuando se toca la bola del electroscopio con un cuerpo cargado, las hojas adquieren carga del mismo signo y se repelen siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que ha recibido. La fuerza de repulsión

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