Electrostática

Primeros Estudios de la Electricidad

Los primeros científicos que estudiaron la electricidad lo hicieron a través del fenómeno de la fricción. Tales de Mileto descubrió que al frotar una barra de ámbar con piel de cabra, esta adquiría la propiedad de atraer partículas de pasto seco. Siglos después, William Gilbert comenzó el estudio del elektron, de donde deriva el nombre de electricidad. Demostró que además del ámbar, materiales como el lacre, madera y vidrio también se electrizaban al ser frotados, adquiriendo la propiedad de atraer objetos livianos (plumas, cabellos, pelusas).

Electrostática

La electrostática estudia la electricidad producida por frotamiento que queda retenida en reposo en la zona donde se produjo la fricción.

Tipos de Electricidad

Charles François de Cisternay du Fay propuso la existencia de dos tipos de electricidad:

• Vítrea (positiva)
• Resinoso (negativa)

Du Fay observó que:

• Cargas eléctricas de distinto signo se atraen.
• Cargas eléctricas de igual signo se repelen.

Origen de las Cargas Eléctricas

El frotamiento de dos cuerpos produce una transferencia de electrones de un material a otro. El cuerpo que gana electrones adquiere carga negativa (-) y el que pierde electrones, carga positiva (+).

Serie Triboeléctrica

La serie triboeléctrica es un listado de materiales ordenados según su tendencia a ceder o ganar electrones. Los materiales ubicados en la parte superior de la tabla ceden electrones con facilidad, adquiriendo carga positiva, mientras que los del final de la tabla tienden a absorber electrones, adquiriendo carga negativa.

Materiales Aislantes y Conductores

Aislantes

Los materiales aislantes no permiten el paso de la electricidad porque los electrones no pueden desplazarse a través de ellos. Ejemplos de aislantes son el plástico, la goma y la madera seca.

Conductores

Los materiales conductores permiten la circulación de la electricidad, ya que los electrones se mueven con facilidad a través de ellos, ofreciendo muy poca resistencia. Los metales son buenos ejemplos de conductores.

Semiconductores

Los semiconductores son sustancias no metálicas que en condiciones ordinarias son malos conductores, pero al aumentar su temperatura, su conductividad aumenta considerablemente.

Superconductores

Los superconductores son materiales que conducen la electricidad sin resistencia cuando se enfrían a temperaturas muy bajas, cercanas al cero absoluto (0 K o -273.15 °C). Ejemplos de superconductores son el cobre, el itrio y el bario.

Electroscopio

El electroscopio es un instrumento simple que se utiliza para determinar si un cuerpo está cargado eléctricamente. Consiste en una varilla metálica aislada en su parte superior, con dos hojas metálicas delgadas en su extremo inferior. La varilla está montada en un recipiente de vidrio u otro material aislante y transparente. Al acercar un cuerpo cargado a la esfera superior, las hojas metálicas se separan o se juntan, indicando la presencia y el tipo de carga eléctrica.

Métodos de Electrización

Frotamiento

Al frotar un cuerpo contra otro, los electrones de uno se transfieren al otro, provocando un desequilibrio de cargas eléctricas. Si el material del cuerpo es aislante, las cargas eléctricas solo se manifiestan en la zona frotada; si es conductor, se distribuyen uniformemente en toda la superficie.

Contacto

Cuando un cuerpo electrizado se pone en contacto con otro neutro, este último adquiere cargas eléctricas del mismo signo que el cuerpo cargado.

Inducción Electrostática

Un cuerpo neutro puede electrizarse sin entrar en contacto con otro cargado, simplemente acercándolo. Este fenómeno se conoce como inducción electrostática.

Ley de Coulomb

La ley de Coulomb establece que la fuerza con la que se atraen o repelen dos cuerpos cargados eléctricamente es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

Fenómenos Eléctricos

Potencial Eléctrico

El potencial eléctrico (V) en un punto de un campo eléctrico es igual a la energía potencial eléctrica (EPE) por unidad de carga eléctrica positiva (q+).

Unidades: En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad de energía potencial eléctrica es el julio (J) y la de carga eléctrica es el culombio (C). Por lo tanto, la unidad de potencial eléctrico es el julio por culombio (J/C), que se conoce como voltio (V).

Diferencia de Potencial

La diferencia de potencial entre dos puntos de un campo eléctrico es igual al trabajo realizado para transportar una carga eléctrica de un punto al otro, dividido entre el valor de esa carga.

Poder de las Puntas

En un cuerpo conductor aislado, la distribución de las cargas eléctricas es siempre superficial, pero su densidad varía de acuerdo con la forma del cuerpo. En las zonas puntiagudas, la densidad de carga es mayor, lo que se conoce como el poder de las puntas.

Jaula de Faraday

La jaula de Faraday es una caja conductora que envuelve totalmente un aparato o dispositivo, protegiéndolo de la influencia de campos eléctricos externos.

Distribución de las Cargas Eléctricas en los Conductores

En un conductor, las cargas eléctricas, al ser todas del mismo signo, se repelen entre sí y tratan de situarse lo más lejos posible, distribuyéndose en la superficie del conductor.

Corriente Eléctrica

La corriente eléctrica es el flujo de electrones a través de un conductor. Se produce cuando existe una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.

Generador

Un generador es un dispositivo que proporciona la energía necesaria para mantener una diferencia de potencial y, por lo tanto, una corriente eléctrica en un circuito.

Circulación de las Cargas en un Conductor

Cuando se aplica una diferencia de potencial a un conductor, las cargas eléctricas se desplazan desde el punto de mayor potencial hacia el de menor potencial, estableciéndose una corriente eléctrica.

Sentido de la Corriente Eléctrica

El sentido real de la corriente eléctrica está dado por el desplazamiento de los electrones, que van desde el polo negativo hacia el positivo. Sin embargo, por convención, se utiliza el sentido contrario, del polo positivo al negativo.

Tipos de Corriente Eléctrica

Corriente Continua (CC)

En la corriente continua, los electrones se mueven siempre en el mismo sentido.

Corriente Alterna (CA)

En la corriente alterna, el sentido del movimiento de los electrones cambia periódicamente.

Intensidad de Corriente Eléctrica

La intensidad de corriente eléctrica (I) se define como la cantidad de carga eléctrica (q) que circula por una sección transversal de un conductor en un intervalo de tiempo (t) determinado.

Fórmula: I = q / t

Unidad: La unidad de intensidad de corriente eléctrica en el SI es el amperio (A).

Ley de Ohm

La ley de Ohm establece que la intensidad de la corriente eléctrica que atraviesa un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada a sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia del conductor.

Fórmula: I = V / R

Donde:

• I es la intensidad de corriente eléctrica en amperios (A)
• V es la diferencia de potencial en voltios (V)
• R es la resistencia eléctrica en ohmios (Ω)

En otras palabras, a mayor voltaje, mayor corriente; a mayor resistencia, menor corriente.